1.9 yang dapat diamati. Hubungan jari-jari dengan kecepatan jatuhnya butir minyak
dinyatakan dengan rumusan,
r
= ρ
η
g v
2 9
½
, dan massa butir minyak dapat dihitung menurut rumusan m = 43
π
r
3
ρ
, dengan
η
= kekentalan udara dalam alat,
ρ
= rapatan minyak, dan g = gaya gravitasi. Jika dengan beda potensial sebesar V butir minyak yang
bermuatan dapat ditahan melayang di antara kedua pelat A-K, maka berlaku hubungan: gaya listrik pada butir minyak = gaya gravitasi pada butir minyak
yaitu: d
q V
= m g atau
q = V
d g
m …………………. 1.4
dengan d = jarak antara kedua pelat A-K, dan q = muatan butir minyak. Besaran-besaran m, g, d, dan V, semua telah diketahui; dengan demikian muatan
butir minyak dapat ditentukan, dan dari berbagai macam cairan dan berulangkali percobaan ternyata selalu diperoleh hasil yang merupakan kelipatan bilangan bulat
tertentu. Hasil tersebut antara lain: 9,6·10
-10
, 24,0·10
-10
, 4,8·10
-10
, dan 14,4·10
-10
ses. Bilangan-bilangan ini secara berturut-turut jelas merupakan kelipatan dari 2q, 5q, 1q,
dan 3q. Oleh karena
belum pernah
ditemui nilai terkecil selain 4,8·10
-10
, maka harga ini kemudian
dianggap
sebagai muatan satu elektron, dan yang lain menunjukkan jumlah elektron yang dapat ditangkap oleh setiap butiran minyak yang diselidiki.
Harga muatan elektron yang disepakati dewasa ini adalah sebesar 4,803·10
-10
ses atau 1,602·10
-19
C. Dengan ditemukannya harga muatan elektron tersebut, maka massanya dapat dihitung menurut rumusan rasio muatan-massa yaitu,
m = m
e e
=
1 -
8 -19
g C
10 1,76
C 10
1,602 ⋅
⋅
= 9,11·10
-28
gram
1.2 Penemuan Sinar Terusan: Proton
Setelah penemuan partikel negatif elektron tentulah ada partikel lawannya positif bukan? Nah, untuk menyelidiki adanya partikel ini, E. Goldstein 1886
mempelajari terjadinya sinar pada tabung Crookes dengan menggunakan katode berbentuk piringan sepenuh lingkaran tabung dan berlubang-lubang pada bagian
tengahnya. Ternyata, selain terjadi sinar katode, juga terjadi seberkas sinar yang lolos lewat lubang katode Gambar 1.3; sinar ini kemudian disebut sebagai
sinar terusan
1.10 atau
sinar kanal
. W. Wien 1898 dapat menunjukkan bahwa sinar terusan ini juga dibelokkan oleh medan magnetik maupun medan listrik. Akan tetapi, simpangan
pembelokan ini berlawanan arah dan lebih kecil daripada pembelokan sinar katode. Oleh karena itu disimpulkan bahwa sinar terusan bermuatan positif dan terdiri atas
partikel-partikel yang lebih berat daripada elektron; sinar terusan yang kemudian sering juga disebut sinar positif mempunyai muatan kelipatan dari +1,60·10
-19
C.
Setelah penemuan sinar terusan, peristiwa munculnya cahaya dalam tabung gas Crookes dapat dijelaskan lebih rinci sebagai berikut. Sebagaimana ditunjukkan Gambar
1.4, elektron dari atom-atom katode mengalir ke anode dan sebagian besar menabrak atom-atom gas apapun yang ada dalam tabung. Hal ini dapat mengakibatkan keluarnya
satu elektron atau lebih dari atom gas tersebut sehingga menghasilkan partikel positif. Elektron-elektron ini tentu mengalir ke anode sedangkan partikel-partikel positif
mengalir ke katode dan sebagian besar menabraknya, namun beberapa lolos lewat lubang katode yang terdeteksi oleh layar pendar di belakang katode. Sejumlah
kelebihan energi yang diraih oleh atom-atom gas dibebaskan dalam bentuk cahaya yang memenuhi isi tabung.
Dengan cara yang sama sebagaimana penentuan rasio muatan-massa elektron, Thomson 1913 kemudian mampu menentukan rasio muatan-massa partikel positif
tersebut. Dari berbagai percobaan ternyata diperoleh hasil bahwa rasio muatan-massa Gambar 1.3
Bagan alat terjadinya sinar terusan
+
B V
A
-
K
Gambar 1.4 Bagan terjadinya sinar anode dalam tabung Crookes
+ -
+
Katode Anode
elektron Elektron menumbuk atom gas
dan membebaskan elektron Ion positif mengalir ke katode
sinar kanal Aliran elektron ke anode
sinar katode
1.11 m
q , jauh lebih besar daripada rasio muatan-massa elektron m
e . Tambahan pula harga m
q
bergantung
pada jenis gas yang digunakan dalam tabung. Berdasarkan hasil percobaannya, E. Rutherford pada 1914 dapat menunjukkan
bahwa
partikel teringan
yang dijumpai pada sinar positip ternyata mempunyai massa
sebesar
massa atom hidrogen. Dengan asumsi bahwa muatan positip ini tentulah sama dengan muatan sebuah elektron tetapi dengan tanda berlawanan, maka dapat
disimpulkan bahwa partikel teringan ini tidak lain adalah ion H
+
, yaitu atom hidrogen yang kehilangan satu elektronnya. Percobaan-percobaan lebih lanjut sampai pada
rasionalisasi bahwa atom hidrogen yang bermuatan positip merupakan satu satuan partikel positif terkecil dalam susunan atom yang kemudian disebut
proton
. Massa proton ini adalah kira-kira 1,67·10
-24
gram, atau 1837 kali massa elektron. Perlu dicatat bahwa dalam berulang kali percobaan ditemuai adanya harga-harga kelipatan m
q ; hal
ini dapat diinterpretasikan bahwa atom gas yang diselidiki dapat melepaskan
satu
,
dua
atau
tiga
elektron.
1.3 Penemuan Neutron