517
Dari hubungan ini kita dapat mendapatkan laju elektron
B E
= 12.3
v 5 Jika dikenai m
erbentuk irisan lingkaran. Dengan demikian berlaku edan magnet, lintasan electron dalam daerah yang mengandung medan
b
r mv
2
= evB
atau
Br v
m e =
12.4 dengan r : jari-jari kelengkungan lintasan ketika dikenakan medan magnet saja.
Substitusi persamaan 12.3 ke dalam persamaan 12.4 diperoleh
r B
E e =
12.5 m
2
Semua besaran di ruas kanan persam itentukan. Dari hasil pengukuran yang teliti Thomson mendapatkan
aan 12.4 dapat diukur. Dengan demikian nilai em dapat d
11
10 76
, 1
× =
e Ckg
12.6 m
12.3 Percobaan Millikan
etelah nilai em dapat ditentukan, yang menjadi tantangan berikutnya adalah menentukan nilai e i percobaan Thompson, nilai-nilai tersebut tidak dapat ditentukan.
ukur uatan electron. Percobaan tetesan minyak yang dia lakukan, secara prinsip, cukup sederhana,
S dan m sendiri-sendiri. Dar
Perlu ada satu percobaan lain yang dapat menentukan nilai tersebut. Yang perlu ditentukan cukup satu saja, entah e atau m. Karena nilai yang lainnya dapat ditentukan berdasarkan nilai em.
Millikan adalah orang yang berhasil merancang suatu eksperimen yang berhasil meng m
seperti diilustrasikan pada Gbr. 12.4. Dua elektroda dipasang dalam posisi horizontal, satu di atas dan satu dibawah. Antara dua elektroda diberi beda potensial sehingga muncul medan listrik.
518
tif. uatan negatif tersebut bisa dihasilkan dengan mengionisasi gas antara dua elektroda
Gambar 12.4 Skema per on.
i samping itu, karena tetesan minyak memiliki massa maka tetesan tersebut dikenai gaya
olarisasi elektroda diatur sehingga arah gaya listrik ke atas. Besar medan listrik diatur sehingga kedua gaya dalam keadaan seimbang dan partikel tidak bergerak ke atas atau ke bawah. Dalam
ondisi ini berlaku Tetesan minyak disemprotkan ke dalam ruang antar dua elektroda dan diberi muatan nega
M menggunakan radioaktif atau cara lainnya. Misalkan muatan yang dikandung tetesan minyak q
maka, tetesan tersebut mendapat gaya listrik
qE F
C
=
mg mg
qE 6
πηrv
v
Tetes minyak diam Tetes minyak bergerak
mg mg
qE 6
πηrv
v
Tetes minyak diam Tetes minyak bergerak
cobaan tetes minyak dari Millikan untuk menentukan muatan electr D
gravitasi ke bawah sebesar
mg W
= P
k
mg qE
=
519
tau a
E mg
q =
12.7
Agar q tetesan m
kibat gravitasi. Tetapi karena di ruang tersebut ada udara maka ada gaya Stokes yang arahnya dapat dihitung maka massa tetesan minyak harus ditentukan. Untuk menentukan massa
inyak, medan listrik tiba-tiba dihilangkan sehingga tetesan tersebut bergerak jatuh a
berlawanan dengan arah gerak tetesan yang besarnya
rv F
S
πη 6
= 12.8
dengan η : viskositas udara, r : jari-jari tetesan, dan v : laju tetesan
ula-mula laju jatuh tetesan kecil. Makin lama makin besar hingga suatu saat laju mencapai nal. Pada laju terminal, gaya
tokes sama besar dengan gaya gravitasi, atau M
nilai tertentu yang tidak berubah lagi. Laju ini disebut laju termi S
mg rv
= πη
6 Jika
ρ adalah massa jenis minyak, maka
⎟ ⎠
⎜ ⎝ 3
m m
⎞ ⎛
= =
3
4 r
V π
ρ ρ
12.9 engan demikian
m D
g r
rv
m
⎜ ⎝ 3
⎟ ⎠
⎞ ⎛
=
3
4 6
π ρ
πη alau kalian sederhanakan kalian dapatkan ungkapan untu jari-jari adalah
K
g v
r
ρ η
2 9
=
m
12.10 Massa tetesan minyak akhirnya dapat ditulis
2 3
3 3
2 9
3 4
2 9
3 4
3 4
⎟⎟ ⎠
⎞ ⎜⎜
⎝ ⎛
= ⎟
⎟ ⎠
⎞ ⎜
⎜ ⎝
⎛ ×
× =
⎟ ⎠
⎞ ⎜
⎝ ⎛
= g
v g
v r
m
m m
m m
m
ρ µ
πρ ρ
µ π
ρ π
ρ 12.11
Akhirnya muatan tetesan memenuhi
2 3
2 9
3 4
⎟⎟ ⎞
⎜⎜ ⎛
= =
g v
E g
E mg
q
m
ρ µ
πρ ⎠
⎝
m
12.12 Semua parameter di ruas kanan persamaan 12.12 dapat diukur dalam eksperimen sehingga nilai
q dapat ditentukan.
Namun setelah dianalisi, semua muatan yang diukur nilainya merupakan elipatan bulat dari suatu nilai muatan sebesar 1,602
× 10
-19
C. Dari sini Millikan berkesimpulan
= 1,602 × 10
-19
C engan menggunakan perbandingan nilai em yang diperoleh dari percobaan Thompson seperti
maka diperoleh massa electron Millikan melakukan pengamatan pada sejumlah besar tetesan minyak dan mendapat sejumlah
besar nilai muatan. k
bahwa muatan sebesar 1,602
× 10
-19
C merupakan muatan elementer muatan terkecil yang ada dalam atom. Dan muatan tersebut sama dengan muatan electron.
Jadi disimpulkan bahwa besar muatan electron adalah e
D pada persmaan 12.6
31 11
19
10 11
, 9
10 76
, 1
10 602
, 1
− −
× =
× ×
= =
m e
e m
kg Contoh
Pada percobaan Millikan, tetes air yang memiliki diameter 1,20 µm melayang di udara yang
iam. Di tempat tersebut terdapat medan liatrik yang berarah ke bawah yang besarnya 462 NC. pakah berat tetesan tersebut? b Berapa kelebihan electron yang dimiliki tetesan
m tetesan d
a Bera tersebut?
Jawab Diameter tesesan d = 1,20
µm = 1,20 × 10
-6
m
19 3
6 3
3 3
10 9
10 2
, 1
14 ,
3 6
1 a Volu
6 2
3 3
⎠ ⎝
1 4
4
− −
× =
× ×
× =
= ⎟
⎞ ⎜
⎛ =
= d
d r
V π
π π
m3 Massa tetesan:
kg
16 19
10 9
10 9
000 1
− −
× =
× ×
= = V
m ρ
520
521
Berat tetesan: N
b Jika muatan listrik tetesan Q maka gaya ke atas listrik ke atas yang dialami tetesan adalah
arena tetesan diam maka gaya ke atas sama dengan berat tetesan sehingga E = W
15 16
8210 ,
8 8
, 9
10 9
− −
= ×
× =
= mg W
F = QE K
Q
17 15
10 91
, 1
10 82
, 8
− −
× =
× =
= W
C Q
462 E
lah kelebihan electron yang dikandung tetesan air tersebut adalah Maka jum
119 10
602 ,
1 10
91 ,
1
19 17
= ×
× =
=
− −
e Q
n
elektron
12.4 Model atom Thompso Konsekuansi dari penemuan electron sebagai partikel penyusunan atom adalah pemikiran
ntang bentuk atom itu sendiri. Penemuan electron menggagalkan semua teori tentang atom ingga saat itu. Teori atom baru perlu dibangun yang memperhitungkan keberadaan electron
tom. Yang pertama kali menyusun model atom baru ini adalah
an negatif adalah wijen dan muatan positif adalah bulatan ketan. Dengan demikian, aterial dibentuk oleh susunan atom-atom yang menyerupai onde-onde tersebut.
Gambar 12.5 Model atom Thompson
n
te h
sebagai partikel penyusunan a Thompson.
Pada model Thompson, atom dianggap sebagai sebuah bola bermuatan positif yang dipermukaannya ditempeli oleh electron-elektron. Bentuk atom ini serupa dengan onde-onde
dengan muat m
Muatam positif
Elektron Muatam positif
Elektron
522
Konsekuensi dari model ini adalah, apabila material yang sangat tipis ditempakkan dengan partikel yang memiliki energi sangat tinggi, seperti partikel alfa yang dihasilkan dari peluruhan
radioaktif, maka ada dua kemungkinan yang terjadi, yaitu:
merupakan bola yang sangat keras.
ambar 12.7 Semua partikel menembus atom semua atom berupa bola lunak.
tas, dan mengamati apakah salah satu kemungkinan di atas muncul. Orang yang pertama kali memikirkan percobaan semacam ini adalah Rutherford.
12.5 Percobaan Rutherford Untuk mengecek model atom Thompson, Rutherford menembakkan lapisan tipis emas dengan
partikel alfa. Partikel alfa merupakan partikel berenergi tinggi yang dipancarkan dari unsur radioaktif. Kemudian sinar alfa yang dipantulkan atau diteruskan oleh lapisan emas tersebut
dideteksi. Skema percobaan Rutherford tampak pada Gbr 12.8. Gambar 12.6 Semua partikel dipantulkan oleh atom
1 Semua partikel dipantulkan oleh material jika dianggap atom-atom
G 2 Semua partikel menembus material jika dianggap
Dengan demikian, untuk menguji kebenaran teori atom Thompson kita dapat melakukan percobaan di a
523
Thompson? i Sebagian besar volum
n ruang kosong. Ini sesuai dengan pengamatan bahwa sebagian besar paetikel alfa m
ii Massa atom sangat kecil menyerupai titik. Konsentrasi
massa inilah yang me e tersebut sangat kecil maka jumlah
iii Pembelokkan partikel alfa entrasi massa memiliki muatan
ang sama dengan partikel alfa sehingga gaya listrik yang dihasilkan tolak-menolak. Jadi onsentrasi massa atom harus bermuatan listrik positif. Konsentrasi massa yang bermutan positif
Karena atom juga mengandung electron yang bermuatan negatif, maka electron haruslah lalui gaya Coulomb, maka agar electron tidak
i dengan kecepatan tertentu. Hal cobaan Rutherford
Gambar 12.8 Skema per Hasil dari percobaan Rutherford adalah
i Sebagian besar partikel alfa menembus material ii Sebagian kecil partikel partikel tersebut dibelokkan arahnya
iii Lebih sedikit lagi partikel dibelokkan dalam arah hampir berlawanan dengan arah datang
ula. sem
Adanya bermacam-macam sudut pantulan ini tidak dapat dijelaskan dengan model atom Thompson. Dengan demikian model atom Thompson tidak terbukti.
12.6 Model Atom Rutherford Bagaimana menjelaskan hasil percobaan Rutherford yang tidak sejalan dengan model atom
Hasil percobaan Rutherford dapat dijelaskan sebagai berikut e material merupaka
enembus material. terkonsentrasi pada volume yang
mantulkan partikel alfa. Karena volum partikel alfa yang dipantulkan sangat kecil.
hanya dapat dijelaskan jika kons y
k ini selanjutnya dinamai inti atom.
iv berada di sekitar inti.
v Karena electron dan inti saling tarik-menarik me bergabung dengan inti, electron haruslah berputar mengitari int
ini serupa dengan planet-planet yang berputar mengitari matahari untuk menghindari jatuh ke
524
akibat gaya gravitasi.
engan model seperti system tata surya maka kita dapat menghitung energi yang dimiliki electron yang mengitari inti atom. Kita mulai dengan menentukan gaya yang dialami electron.
Besar gaya tarik electron dan inti adalah matahari
elektron elektron
elektron
inti inti
inti
Gambar 12.9 atas Penjelasan tentang hasil percobaan Rutherford dan b model atom Rutheford
12.7 Energi Atom Rutherford D
