Desain Eksperimen Model Atom. docx

TUGAS 1 MAKALAH FISIKA INTI
Disusun Guna Memenuhi salah satu tugas mata kuliah Pendahuluan Fisika Inti
Pengampu : Dyah Fitriana Masithoh, S.Si, M.Sc

Disusunoleh :
IFFATI AULIA RACHMA

NIM. K2311034

Kelas B
Pendidikan Fisika 2011

JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU
PENGETAHUAN ALAM
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2014

A. Eksperimen e/m
1. Penemuan Sinar Katoda oleh Crookes

Kenyataan bahwa perubahan-perubahan kimia dapat dihasilkan oleh karena arus
listrik, misalnya pada proses elektrolisis, menunjukkan adanya hubungan antara materi
dengan listrik. Peristiwa elektrolisis memberi petunjuk bahwa atom mungkin merupakan
bagian dari suatu susunan yang mempunyai sifat listrik karena materi diasumsikan terdiri
atas bangunan atom-atom. Faraday telah berhasil mempelajari peristiwa elektrolisis dengan
mengemukakan hukumnya bahwa hasil elektrolisis sebanding dengan arus listrik dan massa
atom; hal ini menyarankan bahwa suatu struktur listrik harus melibatkan partikel-partikel
listrik tertentu (karena partikel mempunyai massa).
Peristiwa lain yang berkaitan dengan arus listrik ditunjukkan pula dalam tabung
gelas (tabung Crookes). Bila dalam tabung Crookes yang bertekanan biasa dipasang dua
elektrode yang dihubungkan dengan sumber arus listrik ternyata tidak menunjukkan adanya
gejala aliran listrik dalam medium tabung. Namun, bila tekanan udara atau gas dalam tabung
dikurangi menjadi sangat rendah ternyata nampak adanya loncatan sinar yang menjalar dari
katode menuju anode. Loncatan sinar ini kemudian disebut sebagai sinar katode. Sayangnya
penyelidikan-penyelidikan terhadap peristiwa terjadinya sinar katode, yang sebenarnya telah
dimulai sejak 1853 oleh Masson (Perancis), terhambat karena belum tersedianya tabung gelas
yang memadai untuk percobaan yang bersangkutan.
Bersamaan dengan keberhasilannya membuat tabung gelas yang lebih memadai, S.
W. Crookes (1870 – 1879) dapat melakukan pengamatan-pengamatan yang lebih efektif
terhadap sifat-sifat sinar katode; tabung gelas yang dihasilkan kemudian dikenal sebagai

tabung crookes. Hasil penyelidikannya antara lain adalah sebagai berikut.
(1) Jika di antara kedua elektrode dipasang suatu objek, ternyata diperoleh bayangan
bangun objek ini pada layar pendar di belakangnya. Mengapa? Ini hanya akan terjadi jika
sinar katode berjalan menurut jejak lurus.
(2) Jika di antara kedua elektrode dipasang baling-baling, ternyata baling-baling ini
menjadi berputar. Mengapa? Ini hanya akan terjadi jika sinar katode mempunyai energi
kinetik.

(3) Sinar katode dapat menimbulkan peristiwa pendar (fluoresen) pada senyawasenyawa tertentu misalnya ZnS sebagaimana peristiwa munculnya gambar pada layar televisi.
(4) Sinar katode dibelokkan oleh medan magnetik (Gambar 1.1a) dan medan listrik
(Gambar 1.1b), dan menuju pelat (kutub) positif; ini berarti bahwa sinar katode bermuatan
negatif bukan?
(5) Jika sinar katode mengenai lembaran tipis logam akan mengakibatkan panas
hingga membara.
(6) Sinar katode mampu mengionkan molekul-molekul gas yang dilaluinya.
(7) Sinar katode mampu menghasilkan radiasi penetrasi (tembus) tinggi (sebagai
sinar-X) jika difokuskan pada suatu target.
(8) Sinar katode merusak film maupun kertas foto.
Jadi, sinar katode terdiri atas partikel-partikel bermuatan negatif. G. J. Stoney pada
1881 mengemukakan bahwa sifat listrik dibawa oleh partikel negatif secara individual.

Parikel ini diusulkan dengan nama elektron (berasal dari bahasa Yunani yang atinya amber
yaitu suatu bahan untuk mendapatkan muatan listrik ketika digosok dengan sutera). Dengan
mengganti berbagai macam gas pengisi tabung dapat diketahui bahwa terjadinya sinar katode
tidak bergantung pada jenis gas yang ada. Kesimpulan apa yang dapat ditarik dari
pengamatan ini? Tentu secara sederhana dapat disimpulkan bahwa setiap atom (materi)
mengandung partikel bermuatan negatif, elektron, bukan?
(Modul PLPG Kimia-rev)
2. Eksperimen Pertama J.J Thomson

Gambar skematik dari peralatan yang digunakan dalam percobaan pertama Thomson.
Sinar katoda melewati dari tabung di kiri atas ke dalam bola yang lebih besar, di mana
mereka dibelokkan dengan medan magnet. Ketika mereka dibengkokkan agar untuk
memasuki celah dalam silinder, elektrometer yang mengukur muatan ditransfer ke silinder.
Pertama, dalam variasi dari 1895 percobaan oleh Jean Perrin, Thomson membangun
tabung sinar katoda yang berakhir dengan sepasang silinder logam dengan celah di dalamnya.
Silinder ini pada gilirannya terhubung ke elektrometer, perangkat untuk menangkap dan
mengukur muatan listrik. Perrin telah menemukan bahwa sinar katoda menyimpan muatan
listrik. Thomson ingin melihat apakah, dengan menekuk sinar dengan magnet, dia bisa
memisahkan muatan dari sinar. Ia menemukan bahwa ketika sinar memasuki celah dalam
silinder, elektrometer mengukur sejumlah besar muatan negatif. Elektrometer tidak mencatat

banyak muatan listrik jika sinar yang membelok sehingga mereka tidak akan memasuki
celah. Seperti Thomson melihatnya, muatan negatif dan sinar katoda harus entah bagaimana
saling menempel: Anda tidak dapat memisahkan muatan dari sinar.
(http://www.aip.org/history/electron/jj1897.htm)
Jika sinar tersebut partikel listrik negatif, maka ketika mereka memasuki sebuah ruang
tertutup mereka harus membawa ke dalamnya muatan listrik negatif. Hal ini telah terbukti
menjadi kasus oleh Perrin, yang ditempatkan di depan pesawat katoda dua silinder logam

koaksial yang terisolasi dari satu sama lain: bagian luar silinder ini adalah terhubung dengan
bumi, bagian dalam dengan elektroskop daun emas. Silinder ini ditutup kecuali untuk dua
lubang-lubang kecil, satu di setiap silinder, ditempatkan sehingga sinar katoda bisa melewati
mereka ke bagian dalam silinder bagian dalam. Perrin menemukan bahwa ketika sinar
dilewatkan ke dalam silinder dalam elektroskop yang menerima muatan listrik negatif,
sementara tidak ada muatan pergi ke elektroskop ketika sinar yang dibelokkan oleh magnet
tidak lagi melewati lubang.
Percobaan ini membuktikan bahwa sesuatu diisi dengan listrik negatif ditembakkan
dari katoda, melakukan perjalanan di sudut kanan ke sana, dan bahwa sesuatu ini dibelokkan
oleh magnet; terbuka, namun, untuk sanggahan bahwa itu tidak membuktikan bahwa
penyebab elektrifikasi di elektroskop yang ada hubungannya dengan sinar katoda. Sekarang
para pendukung teori aetherial tidak menyangkal bahwa partikel listrik yang ditembakkan

dari katoda; mereka menyangkal, bagaimanapun, bahwa partikel bermuatan ini memiliki
lebih berkaitan dengan sinar katoda dari senapan-bola telah dengan lampu kilat saat senapan
ditembakkan. Oleh karena itu saya telah mengulangi percobaan Perrin dalam bentuk yang
tidak terbuka untuk keberatan semacam ini. Pengaturan yang digunakan adalah sebagai
berikut: - Dua silinder koaksial (Gambar 1) dengan celah di dalamnya ditempatkan dalam
bola terhubung dengan pelepasan-tabung; sinar katoda dari katoda A masuk ke dalam bola
melalui celah di sumbat logam dipasang ke leher tabung; sumbat ini terhubung dengan anoda
dan disimpan ke bumi. Sinar katoda dengan demikian tidak jatuh pada silinder kecuali
mereka dibelokkan oleh magnet. Silinder luar dihubungkan dengan bumi, bagian dalam
dengan electrometer tersebut. Ketika sinar katoda (yang jalan itu dilacak oleh pendar pada
kaca) tidak jatuh pada celah, muatan listrik dikirim ke elektrometer saat induksi-coil
memproduksi sinar diatur dalam tindakan kecil dan tidak teratur; ketika Namun, sinar yang
dibengkokkan oleh magnet sehingga jatuh pada celah ada muatan listrik negatif yang besar
dikirim ke electrometer tersebut. Aku terkejut melihat besarnya muatan; pada beberapa
kesempatan listrik yang cukup negatif pergi melalui celah sempit ke dalam silinder dalam
dalam satu detik untuk mengubah potensi kapasitas 1,5 mikrofarad dengan 20 volt. Jika sinar
yang begitu banyak dibengkokkan oleh magnet yang mereka melampaui celah dalam silinder,
muatan melewati ke silinder jatuh lagi untuk bagian kecil dari nilai ketika tujuannya adalah
benar. Dengan demikian penelitian ini menunjukkan bahwa bagaimanapun kami memutar
dan membelokkan sinar katoda oleh kekuatan magnet, elektrifikasi negatif mengikuti jalan

yang sama seperti sinar, dan bahwa listrik negatif ini tak terpisahkan dan terhubung dengan
sinar katoda.

Ketika sinar diputar oleh magnet sehingga dapat melewati celah ke dalam silinder bagian
dalam pembelokan dari elektrometer terhubung dengan silinder ini meningkat hingga nilai
tertentu, dan kemudian tetap diam meskipun sinar terus tuangkan ke dalam silinder. Hal ini
disebabkan fakta bahwa gas di bohlam menjadi konduktor listrik ketika sinar katoda
melewatinya, dan dengan demikian, meskipun silinder bagian dalam sempurna terisolasi
ketika sinar tidak melewati, namun segera setelah sinar melewati bohlam udara antara
silinder dalam dan luar menjadi konduktor, dan listrik lolos dari silinder dalam ke bumi.
Dengan demikian muatan dalam silinder dalam tidak terus meningkat; silinder merebahkan
diri ke dalam keadaan ekuilibrium di mana tingkat di mana ia mendapatkan listrik negatif dari
sinar setara dengan tingkat di mana ia kehilangan dengan konduksi melalui udara. Jika
silinder dalam memiliki muatan positif awal, akan dengan cepat kehilangan muatan itu dan
memperoleh negatif yang lain; sedangkan jika muatan awal adalah yang negatif, silinder akan
bocor jika potensi negatif awal nilainya lebih besar dari nilai ekuilibrium.
(J.J Thomson, 1897. “Cathode Rays” dalam Philosophical Magazine, 44, 293 (1897).
[facsimile from Stephen Wright, Classical Scientific Papers Physics (Mills and Boon, 1964).]
3. Percobaan Kedua J.J Thomson

Gambar skematik aparat Thomson dalam percobaan kedua. Sinar dari katoda (C)
melewati celah di anoda (A) dan melalui celah di sumbat logam yang dibumikan (B).
Tegangan listrik didirikan antara pelat aluminium (D dan E), dan sebuah skala disisipkan di
luar akhir tindakan tabung defleksi sinar. Semua upaya telah gagal ketika fisikawan mencoba
untuk membengkokkan sinar katoda dengan medan listrik. Sekarang Thomson memikirkan
pendekatan baru. Sebuah partikel bermuatan akan normal kurva ketika bergerak melalui
medan listrik, tetapi tidak jika itu dikelilingi oleh konduktor (selubung tembaga, misalnya).
Thomson menduga bahwa jejak gas yang tersisa dalam tabung sedang berubah menjadi
konduktor listrik oleh sinar katoda sendiri. Untuk menguji ide ini, ia berusaha keras untuk
mengekstrak hampir semua gas dari tabung, dan menemukan bahwa sekarang sinar katoda
mengalami pembelokan dalam medan listrik pada akhirnya.
Sinar dari katoda C melewati celah di anoda A , yang merupakan sumbat logam pas
erat ke dalam tabung dan terhubung dengan bumi ; setelah melewati celah kedua di lain
sumbat logam terhubung bumi B , mereka melakukan perjalanan antara dua pelat aluminium
paralel sekitar 5 cm . panjang 2 luas dan pada jarak 1,5 cm . mereka kemudian jatuh di ujung
tabung dan menghasilkan didefinisikan dengan baik Potongan kecil pendar sempit. Skala
disisipkan pada bagian luar tabung berfungsi untuk mengukur pembelokan dari potongan
kecil ini. Pada exhaustions tinggi sinar yang dibelokkan ketika dua lempeng aluminium yang
terhubung dengan baterai terminal sel penyimpanan kecil; sinar mengalami depresi ketika

pelat atas terhubung dengan kutub negatif dari baterai, semakin rendah dengan positif, dan
muncul ketika pelat atas terhubung dengan positif, semakin rendah dengan kutub negatif.
Pembelokan adalah sebanding dengan perbedaan potensial antara pelat, dan aku bisa
mendeteksi pembelokan ketika potensi-perbedaan kecil seperti dua volt. Itu hanya ketika
vakum itu bagus yang pembelokan berlangsung, tetapi bahwa tidak adanya pembelokan
adalah karena konduktivitas medium ditunjukkan oleh apa yang terjadi ketika vakum baru
saja tiba di tahap di mana pembelokan dimulai . Pada tahap ini ada pembelokan dari sinar
ketika lempeng pertama kali terhubung dengan terminal baterai, tetapi jika hubungan ini
dipertahankan potongan kecil dari pendar secara bertahap merayap kembali ke posisi
undeflected nya. Ini hanya apa yang akan terjadi jika ruang antara plat konduktor, meskipun
sangat buruk, untuk kemudian ion positif dan negatif antara pelat akan perlahan-lahan
menyebar, hingga plat positif menjadi dilapisi dengan ion negatif, pelat negatif dengan yang
positif; sehingga intensitas listrik antara pelat akan lenyap dan sinar katoda bebas dari gaya
elektrostatis. Ilustrasi lain dari ini diberikan oleh apa yang terjadi ketika tekanan cukup

rendah untuk menunjukkan pembelokan dan perbedaan yang besar potensi, mengatakan 200
volt, didirikan antara pelat; dalam situasi seperti ini ada pembelokan besar sinar katoda, tetapi
media di bawah gaya istirahat elektro besar turun setiap sekarang dan kemudian dan debit
terang lewat di antara pelat; ketika hal ini terjadi potongan kecil berpendar yang dihasilkan
oleh sinar katoda melompat kembali ke posisi undeflected nya. Ketika sinar katoda

dibelokkan oleh medan elektrostatik, band berpendar memecah menjadi beberapa band terang
dipisahkan oleh spasi relatif gelap; fenomena yang persis analog dengan yang diamati oleh
Birkeland ketika sinar katoda dibelokkan oleh magnet, dan disebut oleh dia spektrum
magnetik.
Konduktivitas dari Gas di mana katoda Sinar lewat.
Konduktivitas gas yang diselidiki dengan cara aparat yang ditunjukkan pada gambar.
2 . Bagian atas plat D dihubungkan dengan satu terminal baterai penyimpanan-sel kecil,
terminal lainnya yang terhubung dengan bumi; lain piring E dihubungkan dengan salah satu
lapisan dari kondensor dari satu kapasitas microfarad, lapisan lain yang ke bumi; satu pasang
kuadran electrometer juga terhubung dengan E, pasangan lain kuadran yang ke bumi. Ketika
sinar katoda lewat antara pelat, dua pasang kuadran elektrometer yang pertama kali
terhubung satu sama lain, dan kemudian connexion antara mereka yang rusak. Jika ruang
antara lempeng non-konduktor, potensi pasangan kuadran tidak terhubung dengan bumi akan
tetap nol dan jarum elektrometer akan dibelokkan. Selalu ada pembelokan dari elektrometer,
menunjukkan bahwa melewati arus antara pelat. Besarnya arus tergantung sangat sangat pada
tekanan gas; begitu banyak sehingga, memang, bahwa sulit untuk mendapatkan bacaan yang
konsisten sebagai akibat dari perubahan yang selalu terjadi dalam tekanan saat debit melewati
tabung.
Kami terlebih dahulu akan mempertimbangkan kasus ketika tekanan hanya cukup
rendah untuk memungkinkan potongan kecil berpendar untuk muncul di ujung tabung; dalam

hal ini hubungan antara arus antara pelat dan perbedaan awal potensial diwakili oleh kurva
ditunjukkan pada gambar. 3 Pada gambar ini abscissae mewakili perbedaan awal potensial
antara pelat, masing-masing divisi yang mewakili dua volt. Jumlah listrik yang telah berlalu
antara pelat dalam satu menit adalah jumlah yang dibutuhkan untuk menaikkan 1 microfarad
perbedaan potential- ditunjukkan oleh kurva. Kurva atas dan bawah berkaitan dengan kasus

ketika pelat atas dihubungkan dengan kutub negatif dan positif masing-masing baterai.

Bahkan ketika tidak ada perbedaan awal potensial antara pelat pelat bawah
mengakuisisi muatan negatif dari dampak itu dari beberapa sinar katoda.
Kita melihat dari kurva bahwa arus antara pelat segera mencapai nilai di mana ia
hanya sedikit dipengaruhi oleh peningkatan potensi-perbedaan antara pelat; ini adalah fitur
umum untuk konduksi melalui gas dilalui oleh sinar Röntgen, oleh sinar uranium,
berdasarkan sinar ultra-violet, dan, seperti sekarang kita lihat, dengan sinar katoda. Tingkat
kebocoran tidak jauh berbeda apakah pelat atas menjadi awalnya listrik positif atau negatif.
Arus antara pelat hanya berlangsung untuk waktu yang singkat; itu berhenti lama
sebelum potensi pelat bawah pendekatan bahwa dari atas. Jadi, misalnya, ketika potensi pelat
atas adalah sekitar 400 volt di atas bahwa bumi, potensi pelat bawah tidak pernah naik di atas
6 volt: sama, jika pelat atas dihubungkan dengan kutub negatif dari baterai, penurunan
potensi pelat bawah adalah sangat kecil dibandingkan dengan potensi-perbedaan antara pelat

atas dan bumi.
Hasil ini apa yang harus kita harapkan jika gas antara pelat dan steker B ( gbr. 2 )
adalah konduktor yang sangat jauh lebih baik daripada gas antara pelat, untuk pelat bawah
akan berada dalam kondisi mapan ketika arus datang ke itu dari pelat atas adalah sama
dengan saat pergi dari ke steker; jika konduktivitas gas antara pelat dan steker jauh lebih
besar dari itu antara pelat, perbedaan kecil potensial antara pelat bawah dan steker akan
konsisten dengan besar potensi-perbedaan antara pelat.
Sejauh ini telah kita bahas kasus ketika tekanan setinggi konsisten dengan sinar
katoda mencapai ujung tabung; kita sekarang akan pergi ke ekstrim lain dan
mempertimbangkan kasus ketika tekanan serendah konsisten dengan berlalunya debit melalui

bola lampu. Dalam hal ini, ketika lempeng tidak terhubung dengan baterai kita mendapatkan
muatan negatif dikomunikasikan kepada piring yang lebih rendah, tetapi hanya sangat lambat
dibandingkan dengan efek pada kasus sebelumnya. Ketika pelat atas dihubungkan dengan
kutub negatif baterai, arus ini ke pelat bawah hanya sedikit meningkat bahkan ketika
perbedaan potensial adalah sebanyak 400 volt: potensi-perbedaan kecil dari sekitar 20 volt
tampaknya sedikit menurun tingkat kebocoran. Potensi-perbedaan yang jauh melebihi 400
volt tidak dapat digunakan, seolah-olah dielektrik antara pelat mampu mempertahankan
mereka untuk beberapa waktu, namun setelah waktu yang berkedip busur sangat terang di
antara pelat dan membebaskan begitu banyak gas untuk merusak vakum. Garis-garis dalam
spektrum cahaya ini adalah garis merkuri terutama; bagian yang meninggalkan tanda yang
sangat aneh pada pelat aluminium.
Jika pelat atas yang bermuatan positif, maka muatan negatif dikomunikasikan kepada
pelat yang lebih rendah berkurang, dan berhenti ketika potensi-perbedaan antara lempeng itu
sekitar 20 volt; tetapi pada tekanan terendah, namun besar (sampai 400 volt) potensiperbedaan, tidak ada kebocoran listrik positif terhadap pelat bawah sama sekali tidak
sebanding dengan kebocoran listrik negatif ke piring ini ketika dua piring terputus dari
baterai. Bahkan pada tekanan yang sangat rendah ini semua fakta yang konsisten dengan
pandangan bahwa efek yang disebabkan oleh partikel listrik negatif perjalanan sepanjang
sinar katoda, sisa gas memiliki sedikit konduktivitas. Beberapa percobaan dilakukan dengan
tabung yang mirip dengan yang ditunjukkan pada gambar. 2 , dengan pengecualian bahwa
kedua konektor B tidak hadir, sehingga jumlah yang jauh lebih besar dari sinar katoda
melewati antara pelat. Ketika pelat atas terhubung dengan kutub positif dari baterai debit
bercahaya dengan striations baik ditandai lewat di antara pelat atas dan plug-terhubung bumi
melalui mana sinar katoda mengalir; ini terjadi meskipun perbedaan potential- antara pelat
dan steker tidak melebihi 20 volt. Dengan demikian tampaknya bahwa jika kami
menyediakan sinar katoda dari sumber eksternal ke katoda potensi-perbedaan kecil sudah
cukup untuk menghasilkan debit karakteristik melalui gas.
4. Percobaan Ketiga J.J Thompson

Pembelokan magnetik dari Katoda Sinar di Gas Berbeda.
The pembelokan sinar katoda oleh medan magnet dipelajari dengan bantuan aparat
ditunjukkan pada gambar. 4. katoda itu ditempatkan di samping tabung diikat ke sebuah beljar; pembukaan antara tabung ini dan bell-jar ditutup oleh plug logam dengan celah di
dalamnya; plug terhubung dengan bumi dan digunakan sebagai anoda. Sinar katoda melewati
celah di plug ke bell-jar, lewat di depan piring vertikal kaca memerintah ke dalam kotak
kecil. Lonceng-jar ditempatkan antara dua kumparan paralel besar disusun sebagai
galvanometer Helmholtz. Jalannya sinar ditentukan dengan mengambil foto dari bell-jar
ketika sinar katoda yang lewat meskipun; divisi di piring memungkinkan jalur sinar yang
akan ditentukan. Dalam aksi dari medan magnet sinar sempit sinar katoda menyebar ke
luminositas berbentuk kipas luas dalam gas. Luminositas kipas ini tidak merata, tetapi kental
di sepanjang garis tertentu. The pendar pada kaca juga tidak terdistribusi secara merata; itu
banyak tersebar, menunjukkan bahwa sinar terdiri dari sinar yang dibelokkan tidak semua
pada tingkat yang sama dengan magnet. Luminositas pada kaca dilintasi band sepanjang yang
luminositas sangat jauh lebih besar daripada di bagian yang berdekatan. Maskapai band
terang dan gelap disebut oleh Birkeland, yang pertama kali mengamati mereka, spektrum
magnetik. Bintik-bintik terang pada kaca tidak berarti selalu penghentian garis-garis terang
luminositas dalam gas; pada kenyataannya, dalam beberapa kasus tempat yang sangat terang
pada kaca tidak terhubung dengan katoda oleh luminositas yang cukup, meskipun mungkin
ada banyak luminositas di bagian lain dari gas. Satu hal yang sangat menarik yang dibawa
oleh foto-foto adalah bahwa dalam medan magnet yang diberikan, dan dengan rata-rata
perbedaan potential- diberikan antara terminal, jalan sinar tidak tergantung pada sifat gas.
Foto-foto diambil dari debit dalam hidrogen, udara, asam karbonat , metil iodida, yaitu gas
yang kerapatan berkisar dari 1 sampai 70, namun, tidak hanya itu jalan sinar yang paling
dibelokkan sama dalam semua kasus, tetapi bahkan rincian, seperti distribusi ruang terang

dan gelap, yang sama; pada kenyataannya, foto-foto hampir tidak bisa dibedakan satu sama
lain. Perlu dicatat bahwa tekanan yang tidak sama; tekanan dalam gas yang berbeda
disesuaikan sehingga berarti potensi-perbedaan antara katoda dan anoda yang sama di semua
gas. Ketika tekanan gas diturunkan, potensi-perbedaan antara terminal meningkat, dan
pembelokan dari sinar yang dihasilkan oleh magnet berkurang, atau pada tingkat apapun
pembelokan dari sinar ketika pendar adalah mengurangi maksimum. Jika udara-break
dimasukkan efek dari jenis yang sama diproduksi.
Dalam percobaan dengan gas yang berbeda, tekanan yang setinggi konsisten dengan
penampilan pendar pada kaca, sehingga untuk memastikan memiliki sebanyak mungkin gas
yang dipertimbangkan dalam tabung.
Sebagai sinar katoda membawa muatan listrik negatif, yang dibelokkan oleh gaya
elektrostatik seolah-olah mereka listrik negatif, dan bertindak dengan kekuatan magnet hanya
cara di mana gaya ini akan bertindak pada tubuh listrik negatif bergerak sepanjang jalan sinar
ini, aku bisa melihat ada jalan keluar dari kesimpulan bahwa mereka adalah muatan listrik
negatif yang dibawa oleh partikel materi. Pertanyaan berikutnya muncul, Apakah partikelpartikel ini? mereka atom, atau molekul, atau materi dalam keadaan masih halus
subdivisi? Untuk menyoroti tentang hal ini, saya telah membuat serangkaian pengukuran
rasio massa partikel-partikel ini dengan muatan yang dibawa oleh itu. Untuk menentukan
jumlah ini, saya telah menggunakan dua metode independen.
Yang pertama adalah sebagai berikut:
- Misalkan kita mempertimbangkan seikat sinar katoda homogen. Biarkan m menjadi
massa dari masing-masing partikel, e muatan yang dibawa oleh itu. Biarkan N adalah jumlah
partikel yang melintasi setiap bagian dari balok dalam waktu tertentu; maka Q kuantitas
listrik yang dibawa oleh partikel-partikel ini diberikan oleh persamaan

Kita dapat mengukur Q jika kita menerima sinar katoda di bagian dalam kapal
terhubung dengan elektrometer. Ketika sinar ini menyerang terhadap benda padat, suhu tubuh
dinaikkan; energi kinetik dari partikel yang bergerak diubah menjadi panas; jika kita
menganggap bahwa semua energi ini diubah menjadi panas, maka jika kita mengukur

peningkatan suhu tubuh kapasitas termal dikenal disebabkan oleh dampak dari sinar ini, kita
dapat menentukan W, energi kinetik dari partikel, dan jika v adalah kecepatan partikel,

Jika ρ adalah jari-jari kelengkungan jalan sinar ini dalam medan magnet H seragam,
maka

di mana saya ditulis untuk Hρ untuk singkatnya. Dari persamaan ini kita mendapatkan

Jadi, jika kita tahu nilai-nilai Q, W, dan I, kita dapat menyimpulkan nilai-nilai v dan m / e.
Untuk mengukur jumlah ini, saya telah menggunakan tabung dari tiga jenis. Yang
pertama saya mencoba seperti itu terwakili dalam gambar 2 , kecuali bahwa piring E dan D
tidak hadir, dan dua silinder koaksial diikat ke ujung tabung. Sinar dari katoda C jatuh pada
sumbat logam B, yang dihubungkan dengan bumi, dan melayani untuk anoda; celah
horisontal dipotong plug. Sinar katoda melewati celah ini, dan kemudian menyerang terhadap
dua silinder koaksial pada ujung tabung; celah dipotong dalam silinder tersebut, sehingga
sinar katoda masuk ke bagian dalam silinder dalam. Silinder luar dihubungkan dengan bumi,
silinder bagian, yang terisolasi dari satu luar, terhubung dengan elektrometer, pembelokan
yang dari yang mengukur Q, kuantitas listrik yang dibawa ke dalam silinder dalam oleh sinar.
Beberapa termo-listrik ditempatkan di belakang celah dalam silinder dalam; pasangan ini
terbuat dari irisan sangat tipis besi dan tembaga diikat ke sangat halus besi dan tembaga
kabel. Kabel ini melewati silinder, yang terisolasi dari mereka, dan melalui kaca ke luar
tabung, yang mereka terhubung dengan galvanometer resistansi rendah, pembelokan yang
yang memberikan data untuk menghitung kenaikan suhu persimpangan yang dihasilkan oleh
dampak terhadap itu dari sinar katoda.

Nilai I, yaitu, Hρ, di mana ρ adalah kelengkungan jalur sinar dalam medan magnet
kekuatan H ditemukan sebagai berikut: - Tabung tetap antara dua kumparan lingkaran besar
ditempatkan sejajar satu sama lain, dan dipisahkan oleh jarak yang sama dengan jari-jari baik;
kumparan ini menghasilkan medan magnet seragam, kekuatan dari yang didapatkan
mengukur dengan ammeter kekuatan arus melewati mereka. Sinar katoda dengan demikian
dalam bidang seragam, sehingga jalan mereka melingkar. Misalkan sinar, ketika dibelokkan
oleh magnet, serangan terhadap kaca tabung di E (gbr. 5), kemudian, jika ρ adalah jari-jari
jalur melingkar dari sinar,

dengan demikian, jika kita mengukur CE dan AC kita memiliki sarana untuk
menentukan jari-jari kelengkungan dari jalur sinar.

Tipe kedua tabung seperti yang digunakan untuk memotret jalan sinar ( gambar 4. );
silinder ganda dengan persimpangan termo-listrik seperti yang digunakan dalam tabung
sebelumnya ditempatkan di garis api sinar, bagian dalam lonceng-jar berjajar dengan kasa
tembaga terhubung dengan bumi. Tabung ini memberikan hasil yang sangat memuaskan;
kami tidak pernah bermasalah dengan cahaya bulat silinder, dan bacaan yang paling
konkordan; satu-satunya kelemahan adalah bahwa sebagai beberapa connexions harus dibuat
dengan penyegelan-lilin, itu tidak mungkin untuk mendapatkan exhaustions tertinggi dengan
tabung ini, sehingga berbagai tekanan untuk tabung ini kurang dari itu untuk tabung 1. Hasil
punya dengan tabung ini diberikan dalam Tabel di bawah judul Tabung 2.
Jenis tabung ketiga itu mirip dengan yang pertama, kecuali bahwa bukaan di dua
silinder dibuat sangat jauh lebih kecil; dalam tabung ini celah dalam silinder digantikan oleh
lubang-lubang kecil, sekitar 1,5 millim. diameter. Sebagai konsekuensi dari kecilnya bukaan,
besarnya efek sangat jauh berkurang; untuk mendapatkan hasil yang dapat diukur itu perlu
untuk mengurangi kapasitas kondensor di connexion dengan silinder batin untuk .15

microfarad, dan untuk membuat galvanometer sangat sensitif, seperti kenaikan suhu
persimpangan termo-listrik dalam percobaan ini hanya sekitar 0,5 ° C rata-rata. Hasil yang
diperoleh dalam tabung ini diberikan dalam Tabel di bawah judul Tabung 3.

Ini akan melihat bahwa nilai m / e jauh lebih besar untuk tabung 3, di mana
pembukaan adalah sebuah lubang kecil, daripada Tabung 1 dan 2, di mana pembukaan adalah
celah daerah jauh lebih besar. Saya berpendapat bahwa nilai-nilai m / e dapatkan dari Tabung
1 dan 2 terlalu kecil, sebagai akibat dari kebocoran dari silinder dalam ke luar dengan gas
yang diberikan konduktor dengan berlalunya sinar katoda.
Ini akan terlihat dari tabel ini bahwa nilai m / e independen dari sifat gas.
saya jelaskan metode lain untuk mengukur jumlah m / e dan v dari yang sama sekali
berbeda dari sebelumnya; Metode ini didasarkan pada pembelokan sinar katoda dalam medan
elektrostatik . Jika kita mengukur pembelokan dialami oleh sinar ketika melintasi panjang
yang diberikan di bawah intensitas listrik seragam , dan pembelokan dari sinar ketika mereka
melintasi jarak yang diberikan di bawah medan magnet seragam , kita dapat menemukan
nilai-nilai m / e dan v di dengan cara berikut : Biarkan ruang yang dilewati oleh sinar di bawah listrik intensitas F seragam menjadi l
, waktu yang dibutuhkan untuk sinar untuk melintasi ruang ini karena itu l / v , kecepatan
dalam arah F adalah

sehingga θ , sudut yang dilalui mana sinar yang dibelokkan ketika mereka
meninggalkan medan listrik dan masuk wilayah yang bebas dari gaya listrik , diberikan oleh
persamaan

Jika , bukannya intensitas listrik , sinar yang bertindak dengan kekuatan magnet H
pada sudut kanan sinar , dan memperluas melintasi jarak l , kecepatan di sudut kanan ke jalur
awal dari sinar adalah

sehingga φ , sudut di mana sinar yang dibelokkan ketika mereka meninggalkan medan
magnet , diberikan oleh persamaan

Dari persamaan ini, kita mendapatkan

dan

Dalam percobaan yang sebenarnya H disesuaikan sehingga φ = θ ; dalam hal ini
persamaan menjadi

Serangkaian percobaan dilakukan untuk melihat apakah pembelokan elektrostatik
sebanding dengan intensitas listrik antara pelat ; ini ditemukan menjadi kasus . Dalam
percobaan berikut arus melalui kumparan diatur sehingga pembelokan elektrostatik adalah
sama dengan magnet : -

Dalam perhitungan m / e dan v tidak ada tunjangan telah dibuat untuk gaya magnet
karena kumparan di wilayah luar piring ; di wilayah ini gaya magnet akan berada di arah
yang berlawanan dengan yang antara pelat , dan akan cenderung menekuk sinar katoda dalam
arah yang berlawanan : dengan demikian nilai efektif H akan lebih kecil dari nilai yang
digunakan dalam persamaan , sehingga nilai-nilai m / e yang lebih besar , dan orang-orang
dari v kurang dari mereka akan jika koreksi ini diterapkan . Metode ini menentukan nilai-nilai

m / e dan v jauh lebih melelahkan dan mungkin lebih akurat dibandingkan dengan metode
sebelumnya ; itu tidak bisa, bagaimanapun , digunakan untuk berbagai range tekanan.
Dengan demikian untuk pembawa listrik di sinar katoda m / e sangat kecil
dibandingkan dengan nilai di elektrolisis . Kecilnya m / e mungkin karena kecilnya m atau
kebesaran e , atau kombinasi dari keduanya. Dua poin mendasar tentang ini operator
tampaknya saya untuk menjadi ( 1 ) bahwa operator adalah sama apapun gas melalui mana
debit berlalu, ( 2 ) bahwa jalan bebas rata-rata tergantung pada apa-apa selain kepadatan
media yang dilalui oleh ini sinar .
Mungkin dianggap bahwa kemerdekaan massa pembawa gas melalui mana melewati
debit karena massa yang bersangkutan menjadi massa kuasi yang tubuh dibebankan memiliki
dalam kebajikan dari medan listrik didirikan di lingkungan tersebut; bergerak badan
melibatkan produksi medan listrik yang bervariasi , dan , karena itu , dari sejumlah energi
yang sebanding dengan kuadrat kecepatan .
Jika , dalam medan listrik sangat intens di lingkungan katoda , molekul gas yang
dipisahkan dan dibagi , tidak ke atom kimia biasa , tetapi ke dalam atom primordial , yang
kita wajib untuk menyebutnya corpuscle; dan jika sel-sel ini diisi dengan listrik dan
diproyeksikan dari katoda oleh medan listrik , mereka akan berperilaku persis seperti sinar
katoda . Mereka jelas akan memberikan nilai m / e yang independen dari sifat gas dan
tekanannya , untuk operator yang sama apapun gas mungkin ; lagi , jalan bebas rata-rata
corpuscles ini akan tergantung hanya pada kepadatan media yang mereka lalui.
Kecilnya nilai m / e , saya pikir , karena kebesaran e serta kecilnya m . Tampaknya
saya ada beberapa bukti bahwa muatan membuatan corpuscles di dalam atom yang lebih
besar dibandingkan dengan yang dibawa oleh ion elektrolit.

B. Eksperimen Rutherford
Eksperimen Geiger-Marsden (juga disebut percobaan foil emas Rutherford)
adalah serangkaian tengara percobaan di mana para ilmuwan menemukan bahwa setiap atom
mengandung inti di mana muatan positif dan sebagian besar massa terkonsentrasi. Mereka

menyimpulkan ini dengan mengamati bagaimana partikel alpha tersebar ketika mereka
menyerang sebuah foil logam tipis. Percobaan dilakukan antara tahun 1908 dan 1913 oleh
Hans Geiger dan Ernest Marsden di bawah arahan Ernest Rutherford di Laboratorium Fisika
dari University of Manchester .
Teori populer struktur atom pada saat percobaan Rutherford adalah " plum Model
puding ". Model ini dirancang oleh Lord Kelvin dan dikembangkan lebih lanjut oleh JJ
Thomson , ilmuwan yang menemukan elektron . Teori ini menyatakan bahwa elektron
bermuatan negatif dalam atom didistribusikan dalam lautan seragam muatan positif seperti
plum dalam mangkuk puding Natal . Sebuah teori bersaing diusulkan oleh Hantaro Nagaoka .
[1] [2]

Nagaoka menolak model Thomson dengan alasan bahwa muatan yang berlawanan tidak

bisa menembus satu sama lain. Dia mengusulkan sebaliknya bahwa muatan positif atom
terkonsentrasi di inti, dengan elektron yang mengorbit itu seperti cincin di sekitar Saturnus.
Implikasi dari model atom Thomson
Sebuah partikel alfa adalah, bermuatan positif partikel sub-mikroskopik materi.
Menurut model Thomson, jika partikel alfa yang berbenturan dengan atom, itu hanya akan
terbang langsung melalui, jalurnya yang dibelokkan oleh paling sebagian kecil dari gelar.
Pada skala atom, konsep "zat padat" tidak ada artinya, sehingga partikel alpha tidak akan
memantul dari atom seperti bola biliar; satu-satunya hal yang akan mempengaruhi akan
medan listrik atom, dan model Thomson memperkirakan bahwa medan listrik dalam atom
terlalu lemah untuk mempengaruhi alpha partikel yang lewat secara signifikan. Kedua
muatan negatif dan positif dalam atom Thomson yang tersebar di seluruh volume atom.
Menurut hukum Coulomb , yang kurang terkonsentrasi muatan listrik, semakin lemah medan
listrik tersebut pada permukaannya akan. [3] [4]
Sebagai contoh bekerja, pertimbangkan partikel alfa melewati tangensial ke atom
emas, di mana ia akan mengalami medan listrik pada terkuat dan dengan demikian
mengalami θ lendutan maksimum. Karena elektron sangat ringan dibandingkan dengan
partikel alpha, kita dapat mengabaikan pengaruh mereka sepenuhnya dan bukannya melihat
atom sebagai sebuah bola berat muatan positif.

Menggunakan fisika klasik, kita bisa mendekati perubahan lateral alpha partikel
dalam momentum Δp menggunakan persamaan impuls hubungan kekuatan dan gaya
Coulomb :

Kita bisa melihat bahwa dengan tumbukan atom tunggal, paling partikel alpha akan
dibelokkan oleh dengan sudut yang kecil. Jika partikel alfa yang melewati lempeng emas
sekitar 400 atom tebal dan mengalami defleksi maksimal dalam arah yang sama (astronomis
tidak mungkin), masih akan menjadi defleksi kecil.
Latar Belakang

Ernest Rutherford adalah seorang profesor fisika di University of Manchester . Dia
sudah menerima banyak penghargaan untuk studi radiasi. Dia telah menemukan adanya sinar
alfa , sinar beta , dan sinar gamma , dan telah membuktikan bahwa ini adalah konsekuensi
dari disintegrasi atom . Pada tahun 1906, ia menerima kunjungan dari seorang fisikawan
Jerman muda menjanjikan bernama Hans Geiger , dan sangat terkesan bahwa ia meminta
Geiger untuk tinggal dan membantunya dengan penelitiannya.

[6]

Ernest Marsden adalah

seorang mahasiswa fisika sarjana belajar di bawah Geiger.
Partikel alfa kecil, partikel bermuatan positif yang spontan dipancarkan oleh zat
tertentu seperti uranium dan radium . Rutherford sendiri telah menemukan mereka dalam
1899. Pada tahun 1908 ia mencoba untuk tepat mengukur mereka muatan-to-mass ratio .
Untuk melakukan hal ini, ia pertama kali perlu tahu berapa banyak alpha partikel sampel nya
radium memberi off (setelah itu ia akan mengukur total muatan dan membagi satu dengan
lainnya). Partikel alpha terlalu kecil untuk dilihat bahkan dengan mikroskop, tetapi
Rutherford tahu bahwa partikel alpha mengionisasi molekul udara, dan jika udara dalam
medan listrik, ion akan menghasilkan arus listrik. Pada prinsip ini, Rutherford dan Geiger
merancang perangkat penghitungan sederhana yang terdiri dari dua elektroda dalam tabung
kaca. Setiap partikel alpha yang melewati tabung akan membuat pulsa listrik yang bisa
dihitung. Itu adalah versi awal dari Geiger . [6]
Meja yang Geiger dan Rutherford dibangun terbukti tidak dapat diandalkan karena
partikel alpha sedang terlalu kuat dibelokkan oleh tabrakan dengan molekul udara dalam
ruang deteksi. Lintasan sangat bervariasi dari partikel alpha berarti bahwa mereka tidak
semua menghasilkan jumlah yang sama ion saat mereka melewati gas, sehingga
menghasilkan pembacaan yang tidak menentu. Hal ini membingungkan Rutherford karena ia
berpikir bahwa partikel alpha yang terlalu berat untuk dibelokkan begitu kuat. Rutherford
meminta Geiger untuk menyelidiki berapa banyak materi yang bisa menyebarkan sinar alpha.
[7]

Percobaan mereka merancang terlibat membombardir foil logam dengan partikel
alpha untuk mengamati bagaimana foil tersebar mereka. Karena partikel alfa sangat kecil,
mereka menggunakan layar neon untuk mengukur lintasan mereka. Setiap dampak partikel
alfa pada layar menghasilkan kilatan cahaya kecil. Untuk menghitung ini berkedip cahaya
kecil, Geiger dan Marsden harus bekerja di laboratorium gelap, mengintip melalui mikroskop
selama berjam-jam.

[8]

Rutherford tidak memiliki daya tahan untuk pekerjaan ini, itulah

sebabnya mengapa ia meninggalkannya untuk rekan-rekannya yang lebih muda. [9] Untuk foil
logam, mereka menguji berbagai logam, tetapi mereka lebih suka emas karena mereka bisa
membuat foil sangat tipis, seperti emas sangat ulet.

[10]

Sebagai sumber partikel alpha,

substansi Rutherford pilihan adalah radium , zat beberapa juta kali lebih radioaktif dari
uranium.
Percobaan Tahun 1908

1908 Percobaan

Alat ini digambarkan dalam sebuah makalah 1908 oleh Hans Geiger. Itu hanya bisa
mengukur defleksi dari beberapa derajat.
Geiger membangun sebuah tabung kaca panjang, hampir dua meter panjangnya. Di
salah satu ujung tabung adalah kuantitas " radium emanasi "(R) yang berfungsi sebagai
sumber partikel alpha. Ujung tabung ditutupi dengan layar berpendar (Z). Di tengah-tengah
tabung adalah celah 0,9 mm-lebar. Partikel alpha dari R melewati celah tersebut dan
menciptakan sebuah potongan kecil bersinar cahaya pada layar. Sebuah mikroskop (M)
digunakan untuk menghitung kelipan di layar dan mengukur penyebaran mereka. Ketika
udara dipompa keluar dari tabung dan partikel alpha yang terhalang, mereka meninggalkan
citra rapi dan ketat pada layar yang berhubungan dengan bentuk celah. Ketika ada udara di

dalam tabung, potongan kecil bersinar menjadi lebih menyebar. Geiger kemudian mempompa
keluar udara dan menempatkan beberapa foil emas sepanjang celah di AA. Hal ini juga
menyebabkan potongan kecil cahaya pada layar menjadi lebih menyebar. Percobaan ini
menunjukkan bahwa baik udara dan padatan nyata bisa menyebarkan partikel alpha. Aparat,
namun hanya bisa mengamati sudut kecil dari defleksi. Rutherford ingin tahu apakah partikel
alpha sedang tersebar oleh sudut-bahkan mungkin lebih besar lebih besar dari 90 °.
Percobaan 1909

Geiger dan Marsden menggambarkan percobaan eponymous mereka dengan mana
mereka membuktikan bahwa partikel alfa memang bisa tersebar lebih dari 90 °. Dalam
percobaan mereka, mereka menyiapkan kecil tabung kerucut gelas (AB) yang berisi "radium
emanasi" ( radon ), "radium A" (radium yang sebenarnya), dan "radium C" ( bismuth -214);
akhir terbuka disegel dengan mika . ini mereka emitor partikel alpha. Mereka kemudian
mendirikan piring timbal (P), di bawah mana mereka ditempatkan layar fluorescent (S).
Tabung diadakan di atas piring, sehingga partikel alpha dipancarkan tidak bisa langsung
menyerang layar. Mereka melihat beberapa scintillations di screen-ini adalah karena beberapa
partikel alpha bisa menghindari piring dipimpin oleh memantul dari molekul udara
(percobaan tidak dilakukan dalam ruang hampa). Mereka kemudian menempatkan foil logam
(R) ke sisi pelat timah. Mereka menunjuk tabung di foil untuk melihat apakah partikel alpha
akan terpental dan menabrak layar di sisi lain dari piring, dan itu memang apa yang mereka
lihat. Menghitung scintillations, mereka melihat bahwa logam dengan massa atom yang lebih
tinggi, seperti emas, tercermin partikel alpha lebih dari yang ringan seperti aluminium.

Geiger dan Marsden kemudian ingin memperkirakan jumlah partikel alfa yang
dipantulkan. Setup sebelumnya tidak cocok untuk melakukan hal ini karena tabung berisi
beberapa zat radioaktif (radium ditambah produk pembusukan) dan dengan demikian partikel
alfa yang dipancarkan memiliki berbagai rentang , dan karena itu sulit bagi mereka untuk
memastikan apa menilai tabung itu memancarkan partikel alpha . Kali ini, mereka
menempatkan sejumlah kecil radium C (bismuth-214) dari pelat timah, yang memantul
reflektor platinum (R) dan ke layar. Mereka menemukan bahwa hanya sebagian kecil dari
partikel alfa yang melanda reflektor memantul ke layar (dalam hal ini, 1 di 8000).
Percobaan Tahun 1910

Geiger menjelaskan percobaan dimana ia berusaha untuk mengukur seberapa sudut
yang paling mungkin saat partikel alpha dibelokkan bervariasi dengan melewati bahan, yang
ketebalan material, dan kecepatan dari partikel alpha. Dia membangun sebuah tabung gelas
kedap udara yang udara dipompa keluar. Pada salah satu ujung adalah bohlam (B) yang berisi
"radium emanasi" ( radon -222). Melalui merkuri, yang radon di B dipompa pipa kaca sempit
yang berakhir pada A terpasang dengan mika . Di ujung lain dari tabung adalah neon seng
sulfida layar (S). Mikroskop yang digunakan untuk menghitung scintillations pada layar itu
ditempelkan skala milimeter vertikal dengan vernier, yang memungkinkan Geiger untuk
secara tepat mengukur di mana kilatan cahaya muncul di layar dan dengan demikian

menghitung sudut partikel 'defleksi. Partikel alpha dipancarkan dari A dipersempit ke balok
dengan lubang bundar kecil di D. Geiger ditempatkan foil logam di jalur sinar di D dan E
untuk mengamati bagaimana zona berkedip berubah. Dia juga bisa memvariasikan kecepatan
partikel alpha dengan menempatkan tambahan lembar mika atau aluminium pada A. Dari
pengukuran ia mengambil, Geiger menemukan bahwa sudut yang paling mungkin dari
defleksi meningkat dengan ketebalan material, sebanding dengan massa atom bahan, dan
menurun dengan kecepatan partikel alpha, dan bahwa dalam hal apapun kemungkinan bahwa
partikel

akan

dibelokkan

oleh

lebih

dari

90

°

adalah

makin

kecil.

Mereka menemukan bahwa atom bisa membelokkan partikel alfa sebanyak 150 °. Ini
seharusnya tidak mungkin menurut model Thomson. Jelas, partikel-partikel tersebut telah
mengalami kekuatan elektrostatis jauh lebih besar dari model Thomson menyarankan mereka
akan, yang pada gilirannya tersirat bahwa muatan positif atom terkonsentrasi dalam volume
yang lebih kecil daripada Thomson dibayangkan. [5]
Ketika Geiger dan Marsden ditembak partikel alpha pada foil logam mereka, mereka
melihat hanya sebagian kecil dari partikel alfa yang dibelokkan oleh lebih dari 90 °. Paling
hanya terbang langsung melalui foil. Hal ini menunjukkan bahwa mereka bola kecil muatan
positif intens dipisahkan oleh jurang besar ruang kosong.

[5]

Bayangkan Anda berdiri di tepi

belukar pohon dengan tas besar penuh bola tenis. Jika Anda adalah untuk membabi buta
melemparkan bola tenis di pohon-pohon, Anda akan melihat bahwa sebagian besar bola akan
terbang melalui memukul apa-apa, sementara beberapa akan menyerang batang pohon dan
terpental ke segala arah. Analogi ini menggambarkan apa Rutherford lihat dalam pola
hamburan partikel alpha. Kebanyakan partikel langsung melalui foil logam karena materi
yang adalah ruang kosong, tetapi beberapa telah "memukul" beberapa kecil tapi kuat kendala:
inti atom.
Rutherford melihat ada pilihan selain untuk mengabaikan model Thomson atom, dan
sebagai gantinya mengusulkan suatu model di mana atom terdiri dari ruang kosong, dengan
segala muatan positif yang terkonsentrasi di pusatnya dalam volume yang sangat kecil,
dikelilingi oleh awan elektron.

Mengingat hasil percobaan di atas, Rutherford menerbitkan kertas tengara pada tahun
1911 dimana ia mengusulkan bahwa atom mengandung pusatnya volume muatan listrik yang
sangat kecil dan intens (pada kenyataannya, Rutherford memperlakukan sebagai muatan titik
dalam perhitungan ).

[14]

Untuk tujuan perhitungan matematika ia diasumsikan muatan pusat

ini adalah positif, namun ia mengakui ia tidak bisa membuktikan ini dan bahwa ia harus
menunggu untuk eksperimen lain untuk mengembangkan teorinya.
Rutherford mengembangkan persamaan matematika yang dimodelkan bagaimana foil
harus menyebarkan partikel alpha jika semua muatan positif terkonsentrasi di satu titik di
pusat atom.

s = jumlah partikel alpha jatuh pada satuan luas pada sudut defleksi Φ
r = jarak dari titik kejadian sinar α pada bahan hamburan
X = Jumlah partikel jatuh pada materi hamburan
n = jumlah atom dalam satuan volume material
t = ketebalan foil
Q n = muatan positif inti atom
Q α = muatan positif dari partikel alfa
m = massa partikel alfa
v = kecepatan partikel alpha
Pada tahun 1911 makalahnya ( lihat di atas ), Rutherford telah menyimpulkan bahwa
atom harus mengandung "muatan central" intens terkonsentrasi untuk menghasilkan medan
listrik yang diperlukan kuat untuk membelokkan partikel alfa oleh sudut besar. Dia
menganggap itu bermuatan positif untuk tujuan perhitungan, tetapi mengakui ia tidak bisa
membuktikannya dengan data yang ia miliki saat itu. Dua tahun kemudian, dalam bukunya
Zat Radioaktif dan Radiasi mereka,

ia menyatakan bahwa "muatan pusat" positif

berdasarkan hasil eksperimen baru. Dia juga disebut muatan ini tengah "inti".
Percobaan 1913
Geiger dan Marsden menggambarkan serangkaian percobaan di mana mereka
berusaha untuk eksperimen memverifikasi persamaan di atas yang Rutherford dikembangkan.
Persamaan Rutherford memperkirakan bahwa jumlah kelipan per menit s yang akan diamati
pada sudut Φ diberikan harus proporsional dengan:

1.

csc 4 Φ / 2

2.

ketebalan foil t

3.

besarnya muatan pusat Q n

4.

1 / (mv 2) 2
5.

Paper mereka menjelaskan 1913 empat percobaan di mana mereka

membuktikan masing-masing empat hubungan ini.
Untuk menguji seberapa hamburan bervariasi dengan sudut defleksi (yaitu jika s α
csc 4 Φ / 2) Geiger dan Marsden membangun sebuah alat yang terdiri dari sebuah silinder
logam berongga yang dipasang di meja putar. Di dalam silinder adalah foil logam (F) dan
sumber radiasi yang mengandung radon (R), dipasang pada kolom terpisah (T) yang
memungkinkan silinder untuk memutar secara independen. Sebuah mikroskop (M)
dengan lensa obyektif yang ditutupi oleh fluorescent seng sulfida layar (S) menembus
dinding silinder dan menunjuk kertas logam. Dengan memutar meja, mikroskop dapat
dipindahkan lingkaran penuh di sekitar foil, memungkinkan Geiger untuk mengamati dan
menghitung

partikel

alpha

dibelokkan

hingga

150

°.

Mengoreksi

kesalahan

eksperimental, Geiger dan Marsden menemukan bahwa jumlah partikel alpha yang
dibelokkan dengan sudut Φ diberikan memang sebanding dengan csc 4 Φ /

Geiger dan Marsden kemudian diuji bagaimana hamburan bervariasi dengan
ketebalan foil (yaitu jika s α t). Mereka membangun sebuah disc (S) dengan enam lubang
dibor di dalamnya. Lubang-lubang yang ditutupi dengan foil logam (F) dari berbagai
ketebalan, atau tidak ada untuk kontrol. Disc ini kemudian disegel dalam cincin kuningan
(A) antara dua pelat kaca (B dan C). Disk dapat diputar dengan menggunakan batang (P)
untuk membawa setiap jendela di depan sumber partikel alpha (R). Pada panel kaca
belakang adalah seng sulfida layar (Z). Geiger dan Marsden menemukan bahwa jumlah
scintillations yang muncul di layar seng sulfida memang sebanding dengan ketebalan
selama mengatakan ketebalan kecil.

Geiger dan Marsden kembali peralatan di atas untuk mengukur bagaimana pola
hamburan bervariasi dengan kuadrat dari muatan inti (yaitu jika s α Q

n

2).

Geiger dan

Marsden tidak tahu apa muatan positif inti logam mereka (mereka baru saja menemukan
inti ada sama sekali), tetapi mereka menganggap itu sebanding dengan berat atom,
sehingga mereka diuji apakah hamburan adalah proporsional dengan berat atom kuadrat.
Geiger dan Marsden menutupi lubang disk dengan foil emas, timah, perak, tembaga, dan
aluminium. Mereka mengukur kekuatan menghentikan setiap foil ini dengan
menyamakan ke ketebalan setara udara. Mereka menghitung jumlah scintillations per
menit setiap foil yang dihasilkan pada layar. Mereka membagi jumlah scintillations per
menit dengan setara udara foil bersangkutan, kemudian dibagi lagi dengan akar kuadrat
dari berat atom (Geiger dan Marsden tahu bahwa untuk foil kekuasaan menghentikan
sama, jumlah atom per satuan luas sebanding dengan akar kuadrat dari berat atom).
Dengan demikian, untuk setiap logam, Geiger dan Marsden diperoleh jumlah
scintillations bahwa sejumlah atom yang tetap menghasilkan. Untuk masing-masing
logam, mereka kemudian dibagi angka ini dengan kuadrat dari berat atom, dan
menemukan bahwa rasio yang kurang lebih sama. Dengan demikian mereka
membuktikan bahwa s α Q n 2.
Akhirnya, Geiger dan Marsden diuji bagaimana hamburan bervariasi dengan
kecepatan partikel alpha (yaitu jika s α 1 / v 4). Menggunakan alat yang sama lagi, mereka

memperlambat partikel alpha dengan menempatkan lembar tambahan mika di depan
sumber partikel alpha. Mereka menemukan bahwa, dalam rentang kesalahan
eksperimental, bahwa jumlah scinitillations memang sebanding dengan 1 / v 4.
(http://en.wikipedia.org/wiki/Geiger%E2%80%93Marsden_experiment)
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 t