7 Fakta Menarik Terkait dengan Penemuan Baru Gelombang Gravitasi

Baca selengkapnya »

Gelombang gravitasi ditemukan dari dua black hole yang saling bertabrakan

Baru-baru ini kelompok ilmuwan dari National Science Foundation, Caltech, dan MIT mengumumkan bahwa mereka telah berhasil menemukan bukti keberadaan gelombang gravitasi sekaligus membuktikan bahwa teori Albert Einstein mengenai gelombang gravitasi adalah benar.

Penemuan tersebut merupakan salah satu penemuan di bidang sains terbesar sepanjang sejarah modern. Penemunya pun direncanakan akan diberikan penghargaan Nobel. Namun, apa itu gelombang gravitasi?

Gelombang gravitasi merupakan gelombang yang sangat kuat bahkan mampu memperlebar ruang dan waktu di sekitarnya. Para ilmuwan menemukan gelombang tersebut dengan menggunakan alat khusus bernama LIGO atau Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory.


Berikut adalah tujuh fakta menarik mengenai gelombang gravitasi dari Business Insider:

1. Gelombang gravitasi pertama kali diprediksi oleh Albert Einstein hampir 100 tahun yang lalu. Saat teori ini dipublikasikan oleh Einstein, ilmuwan belum memiliki teknologi yang memadai sehingga tidak bisa dibuktikan pada saat itu.



2. Ilmuwan meyakini bahwa ketika duablack hole saling bertabrakan, keduanya akan memancarkan gelombang gravitasi yang sangat kuat hingga akhirnya dapat mengganggu kestabilan ruang dan waktu.



3. Gelombang gravitasi dapat merambat melewati ruang dan waktu, namun bentuknya sangat kecil sehingga sangat sulit dideteksi. LIGO merupakan alat khusus untuk mendeteksi gelombang gravitasi. LIGO dikatakan mampu mendeteksi distorsi berukuran satu juta kali lebih kecil daripada atom hidrogen.



4. Gelombang gravitasi memungkinkan para ilmuwan untuk memperirakan kapan dua black hole saling bertabrakan. Gelombang gravitasi yang baru-baru ini terdeteksi oleh LIGO merupakan hasil tabrakan antara duablack hole.

Ilmuwan juga memprediksi bahwa energi hasil dari tabrakan tersebut bisa mencapai 50 kali lebih kuat dari energi seluruh bintang di alam semesta.



5. Black hole bukanlah satu-satunya objek yang memancarkan gelombang gravitasi. Bumi, Matahari dan planet serta bintang lainnya juga memiliki gelombang gravitasi.

Sayangnya gelombang tersebut sangat kecil, yaitu sekitar 100 miliar lebih kecil ketimbang gelombang gravitasi yang dipancarkan dari dua black hole yang bertabrakan. Hal tersebut membuat gelombang gravitasi bumi tidak bisa dideteksi oleh alat yang ada saat ini.



6. Ilmuwan memprediksi bahwa setiap 15 menit sekali akan ada dua black holeyang saling bertabrakan yang akan memancarkan gelombang gravitasi yang dapat dideteksi.



7. Sebelum ditemukannya gelombang gravitasi, ilmuwan tidak pernah tahu bahwa black hole dapat bertabrakan dan bergabung menjadi satu.

Ini membuktikan bahwa penemuan gelombang gravitasi tidak hanya untuk membuktikan teori Einstein, penemuan ini juga membuktikan adanya fenomena baru pada black hole yang tidak pernah diketahui sebelumnya.

7 Fakta Menarik Terkait dengan Penemuan Baru Gelombang Gravitasi

Posted by : Dilayolanda

Date :Kamis, 25 Februari 2016

With 0komentar

Tag : Fisika;Fisika Lanjutan, Informasi Sains

Ilmuwan Temukan Bintang Terpanas di Alam Semesta

Baca selengkapnya »

Postdam Universitu/daily mail

ilsutrasi bintang terpanas yang ditemukan

Ilmuwan menemukan bintang terpanas di alam semesta. Bintang kerdil super terang di tepi galaksi Bima Sakti ini 42 kali lebih panas dibandingkan matahari. Suhu bintang ini memcahkan rekor hingga 250 ribu derajat Celcius.

Dilansir dari Daily Mail, bintang bernama RX J0439.8-6609 ini lebih panas dibandingkan bintang terpanas yang sebelumnya ditemukan. Sebagai informasi, bintang yang terdekat dengan bumi yakni matahari suhunya mencapai 50 ribu derajat Celcius. Para peneliti di Universitas Tubungen dan Potsdam di Jerman menggunakan teleskop Hubble untuk mengukur spektrum ultraviolet dari bintang ini.

Dari spektrum tersebut, mereka bisa memperkirakan berapa suhu yang dipancarkan. Bintang kecil RX J0439.8-6609 menghapus rekor sebelumnya yang dikenal sebagai bintang terpanas yang memiliki suhu 200 ribu derajat Celius meski sekarang sudah mulai mendingin.

Ketika bintang ini ditemukan 20 tahun lalu, bintang ini begitu cerah dan menjadi bagian dari Large Magellanic Cloud, galaksi kecil yang mengorbit di Bima Sakti.  Data terbaru menunjukkan bintang ini bergerak menjauh dengan kecepatan 220 km per detik. Temuan ini telah dipublikasikan dalam edisi terbaru Astronomy and Astrophysic.

Ilmuwan Temukan Bintang Terpanas di Alam Semesta

Posted by : Dilayolanda

Date :Jumat, 27 November 2015

With 0komentar

Tag : Fisika;Fisika Lanjutan, Informasi Sains

Pertama di Dunia, Penyu Ini Memancarkan Cahaya Neon

Baca selengkapnya »

Melakukan ekspedisi di Kepulauan Solomon, ilmuwan berhasil mengungkap keberadaan penyu yang memancarkan cahaya neon. Menariknya, fenomena itu dijumpai pada penyu yang sebenarnya sudah dikenal luas dan terancam punah, hawksbill sea turtle atau penyu sisik (Eretmochelys imbricata).

Penyu tersebut memancarkan cahaya dengan biofluoresensi, memantulkan cahaya biru yang diterimanya menjadi cahaya lain, dalam hal ini hijau dan kuning. Biofluoresensi berbeda dengan bioluminesensi ketika hewan menghasilkan cahaya sendiri lewat reaksi kimia tertentu.

Biofluoresensi telah dijumpai pada banyak hewan laut, seperti pari, hiu, dan hewan lunak berukuran kecil. Temuan ini mengagumkan karena untuk kali pertama hal tersebut ditemukan pada penyu secara khusus, dan reptil secara umum.

"Saya sudah (mempelajari penyu) dalam waktu lama, dan saya pikir tidak ada orang yang pernah menjumpai ini. Ini benar-benar mengagumkan," kata Alexander Gaos, Direktur Eastern Pacific Hawksbill Initiative, yang tak terlibat riset, seperti dikutip National Geographic pada Senin (28/9/2015).

Kisah penemuan

Penemuan bermula dari program penelitian David Gruber, ahli biologi kelautan dari City University of New York, di Kepulauan Solomon pada akhir Juli lalu. Gruber berniat merekam hiu kecil dan terumbu karang yang memancarkan cahaya di wilayah itu.

Suatu malam, ketika menyelam, tim Gruber sedang berjaga untuk buaya yang biasa melewati perairan itu. Tiba-tiba, penyu bercahaya itu keluar. Gruber mengatakan, penyu itu tampak seperti pesawat antariksa raksasa milik alien yang bercahaya hijau dan merah.

Gruber merekam penyu itu dengan kamera. Dia mengikuti penyu tersebut untuk beberapa saat hingga akhirnya memutuskan untuk berhenti. "Saya tak ingin mengusiknya," ungkap Gruber.

Gruber mengira bahwa penyu sisik sulit ditemukan, hingga akhirnya mengetahui bahwa warga sekitar banyak yang menangkarkan bayinya. Gruber sempat mengobservasi kemampuan penyu yang ditangkarkan dalam memancarkan cahaya. Hasilnya, semua penyu memancarkan cahaya merah.

Teka-teki

Gaos dan Gruber mengungkapkan, biasanya biofluoresensi pada hewan berfungsi untuk menarik perhatian hewan yang dimangsa, bertahan dari pemangsa, serta untuk komunikasi. Dalam kasus penyu sisik, keduanya belum bisa memastikan. Studi pada penyu itu juga sulit.

"Akan sulit untuk mempelajari penyu itu karena populasinya hanya tersisa sedikit dan sangat dilindungi," kata Gruber. Populasi jenis itu berkurang 90 persen dalam beberapa dekade. Oleh karenanya, Gruber akan mempelajari penyu hijau yang masih memiliki kedekatan. 

Pertama di Dunia, Penyu Ini Memancarkan Cahaya Neon

Posted by : Dilayolanda

Date :Rabu, 30 September 2015

With 0komentar

Tag : Fisika;Fisika Lanjutan, Informasi Sains, Informasi Umum;News

LAPORAN FISIKA EKSPERIMEN : Eksperimen Franck-Hertz

Baca selengkapnya »

Abstrak. Ekaperimen Franck-Hertz bertujuan untuk membuktikan bahwa energy eksitasi electron atom terkuantisasi secara diskrit serta untuk menentukan tegangan eksitasi atom Neon dan panjang gelombang foton yang diemisikan. Pada saat electron terkuantisasi (berpindah ke tingkat energy yang lebih rendah) maka electron tersebut akan memancarkan energy berupa foton dengan panjang gelombang tertentu. Panjang gelombang dari foton bergantung dari nilai energy eksitasi atom tersebut. Berdasarkan hasil perhitungan diperoleh tegangan eksitasi atom Neon sebesar  dengan prosentase kesalahan dan panjang gelombang foton sebesar  

Keywords: eksperimen franck-hertz, energy eksitasi, panjang gelombang foton, atom neon

1                    Pendahuluan

Sebuah atom dapat mengeksitasi ke tingkat energi di atas tingkat energi dasar yang menyebabkan atom tersebut memancarkan radiasi melalui dua cara. Salah satunya adalah tumbukan dengan partikel lain. Pada saat tumbukan, sebagian dari energi kinetik pada partikel akan diserap oleh atom. Atom yang tereksitasi dengan cara ini akan kembali ke tingkat dasar dalam waktu rata-rata 10^-8 sekon dengan memancarkan satu foton atau lebih. Cara lainnya adalah dengan lucutan listrik dalam gas bertekanan rendah sehingga timbul medan listrik yang mempercepat elektron dan ion atomik sampai energi kinetiknya cukup untuk megeksitasi atom ketika terjadi tumbukan.

Percobaan Frank – Hertz bertujuan untuk mengetahui secara langsung kebenaran teori kuantum bahwa tenaga electron atom itu bertingkat – tingkat (terkuantisasi). Mengamati hubungan antara arus anoda Ia dengan besarnya tegangan kisi Vg dan menetukan tegangan eksitasi aton Neon dan panjang gelombang foton yang dipancarkan.

Gambar 1  Skema percobaan Franck Hertz

Jika arus electron tersebut dihalangi dengan suatu atom (Neon), maka electron – electron dengan kecepatan Vg itu dapat menumbuk atom – atom neon, namun tidak ada pelepasan energy karena yang terjadi adalah tumbukan elastic sempurna. Untuk membuat electron melepaskan energinya adalah jika electron memiliki energy yang cukup untuk menyebabkan atom Neon bertransisi ke suatu keadaan eksitasi. Setelah electron mengalami tumbukan tersebut maka akan bergerak dengan energy lebih rendah. Dengan demikian jika electron harus melewati kisi dan energinya tidak cukup untuk mengatasi tegangan perlambat rendah, ia tidak akan dapat mencapai plat anoda, sehingga arus pada ammeter pun akan mengalami penurunan.

Dari percobaan ini akan menghasilkan sebuah grafik hubungan antara arus dengan tegangan pemercepat yang menunjukkan adanya penurunan arus dengan Vg tertentu sebagai berikut :

Gambar 2  Kurva arus anoda sebagai fungsi dari tegangan pemercepat.

Energi eksitasi atom (Neon) merupakan perkalian antara tegangan eksitasi atom, V_e dengan muatan electron (e):

                                       (1)

Gambar 3  Diagram Parsial energy Neon

Untuk menjaga kestabilan, electron yang tereksitasi akan kembali ke tingkat energy semula dengan mengemisikan foton berenergi sama dengan energy eksitasi. Panjang gelombang, &lamb

LAPORAN FISIKA EKSPERIMEN : Eksperimen Franck-Hertz

Posted by : Dilayolanda

Date :Jumat, 03 Juli 2015

With 0komentar

Tag : Fisika;Fisika Lanjutan

LAPORAN FISIKA EKSPERIMEN : Tetes Minyak Milikan

Baca selengkapnya »

Abstrak. Eksperimen tetes minyak milikan bertujuan untuk menentukan jari-jari dan muatan listrik sebuah tetes minyak serta menentukan muatan listrik dari elektron. Eksperimen ini dilakukan dengan cara minyak disemprotkan ke dalam plat sejajar Milikan setelah itu diamati dengan mikroskop dipilih satu butiran yang diukur t naik dan t turun selama tiga kali putaran dan mengukur tegangan ketika tetes minyak diam dan mulai naik. Setelah itu mencari v kecepatan guna mencari r (jari-jari) dan q (muatan). Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan didapatkan jari-jari tetes minyak r=(7,246±0,0005) 〖10〗^(-6) m. Jumlah muatan pada variasi tegangan 296,7 volt dan 600 volt berturut-turut adalah (7,31±0,012)〖10〗^(-18) C dan (3.113±0.625) 〖10〗^(-20) C. Muatan electron berdasarkan perhitungan pada variasi tegangan tegangan 296,7 volt dan 600 volt berturut-turut sebesar 1,589x〖10〗^(-19) C dan 1,628x〖10〗^(-19) C sedangkan pada referensi sebesar (1,602x〖10〗^(-19) C). Kata Kunci: tetes minyak milikan, jari-jari tetes minyak, muatan butiran minyak,muatan electron, medan listrik.
Pendahuluan
Elektron merupakan partikel bermuatan negative. Semua konsep fisika yang berhubungan dengan hal yang bersifat mikroskopis maka akan disinggung sifat electron diantaranya nilai muatannya. Nilai muatan electron sangat penting dalam aspek kelistrikan misal tentang arus listrik yang dinyatakan sebagai muatan per waktu. Hal yang paling penting yakni bagaimana nilai muatan electron tersebut diperoleh. Kemudian Robert A. Milikan melakukan percobaan yang dikenal dengan nama percobaan tetes minyak Milikan.
Dengan menyemprotkan minyak paraffin ke ruang antar plat sejajar Milikan dan mengamati gerakan tetes minyak dengan mikroskop. Dengan mikroskop dapat diamati dan diukur kecepatan vertical tetes minyak tersebut. Setiap satu skala yang terlihat pada lensa okuler mikroskop dikonversi ke meter adalah s=x/1,875 〖10〗^(-4) m dengan x adalah jumlah skala.
Tetes minyak mengalami tiga gaya yang berbeda, yaitu gaya viskositas, gaya gravitasi, dan gaya listrik. Dari analisis ketiga gaya ini, dapat diturunkan suatu persamaan yang dapat digunakan untuk menentukan muatan electron (q). Ketika tidak ada medan listrik E dalam dua keeping sejajar. Tetes minyak jatuh ke bawah hanya disebabkan oleh gaya gravitasi dan diperlambat oleh gaya gesek udara(gaya Stokes dan gaya Archimedes). Gaya-gaya yang bekerja pada tetes minyak tersebut adalah:
Gaya gravitasi yakni gaya ke bawah yang dialami tetes minyak F_g=m_(minyak.).g
(1) Gaya gesek, gaya yang arahnya melawan gaya gravitasi dalam hal ini sama dengan gaya Stokes F_r=6πrηv_1 (
2) Gaya Archimedes, yakni gaya dengan arah ke atas F_A=m_(L.).g
(3) dengan m_minyak,m_L,η, r,v_1, masing-masing merupakan massa tetes minyak, massa udaradengan volum sama dengan tetes minyak, viskositas udara, jari-jari tetes minyak, dan kecepatan gerak tetes minyak ke bawah. Dari ketiga gaya tersebut didapat resultan gaya yang dialami oleh tetes minyak yang memenuhi: m_minyak.g-6πrηv_1-m_(L.).g=0 (4) Bila 〖 m〗_minyak-m_(L.)=m, maka persamaan
(4) dapat ditulis menjadi: m_..g-6πrηv_1=0 (5) dengan m_..g merupakan berat tetes minyak setelah dikurangi oleh gaya Archimedes.
Bila ρ_minyak-ρ_L=ρ, dengan ρ_minyak,ρ_L, adalah rapat minyak tetes minyak dan rapat massa udara, maka dengan mengganti m=ρV=4/3 πr^3 ρ akan diperoleh resultan gaya tetes minyak : 4/3 πr^3 ρ-6πrηv_1=0 atau r=√((9ηv_1)/2ρg) (6)

Pada plat sejajar dialirkan medan listrik sedemikian hingga tetes minyak bergerak ke atas dengan kecepatan v_2. Bila tegangan antar plat U dan jarak antar kedua plat adalah d, maka E=U/d dan gaya yang bekerja pada tetes minyak tersebut adalah: q.E-m.g-6πrηv_2=0 (7) atau q.U/d-4/3 πr^3 ρg-6πrηv_2=0 (8)
Untuk tetes minyak yang melayang diantara plat sejajar karena pengaruh medan listrik E, maka persamaan (8) menjadi: q.U/d-4/3 πr^3 ρg=0 (9)
Dari penjelasan di atas terlihat bahwa terdapat dua metode yang berbeda yang dapat digunakan untuk menentukan muatan electron: Mengukur kecepatan jatuh bebas v_1 sebelum diberikan medan listrik dan mengukur tegangan U_1, sehingga tetes minyak diam diantara dua plat sejajar. Formulasi metode ini dapat dilakukan dengan subtitusi persamaan (6) dan persamaan (9), sehingga diperoleh: q=η (6πdv_1)/U_1 √((9ηv_1)/2ρg) (10) dengan d=6mm Mengukur kecepatan jatuh tetes minyak dalam ruang bebas medan listrik v_1dan kecepatan naik v_2 pada tegangan tentu U_2. Formulasi metode ini dilakukan dengan subtitusi persamaan (6) ke dalam persamaan (8) sehingga diperoleh: q=(v_1+v_2)√(v_1 )/U_2 η^(3/2) 18πd/√2ρg (11) Lalu nilai q yang diperoleh dari kedua persamaan di atas digunakan untuk menghitung banyak butiran dengan rumus: N=q/e^- dengan nilai e^-=1,602×〖10〗^(-19) C (12) Muatan electron merupakan muatan diskrit ( terkuantisasi), yaitu kelipatan bilangan bulat dari muatan dasar e (1,602x〖10〗^(-19) C).
Metode
Jenis praktikum tetes minyak milikan ini yakni kuantitatif. Hal ini dikarenakan output data yang dihasilkan berupa nilai waktu tetes minyak naik turun akibat pengaruh medan listrik yang didasari variasi tegangan sehingga nantinya digunakan untuk mencari nilai jari-jari butiran minyak serta muatannya. Pada percobaan ini yang diukur adalah waktu tempuh butiran untuk naik dari posisi tengah sebagai titik acuan sampai batas atas serta waktu tempuh untuk turun dari posisi batas atas kembali ke posisi semula. Sehingga nantinya akan didapatkan kecepatan yang nantinya digunakan untuk mencari nilai jari-jari butiran minyak serta muatan minyak dan elektronnya. Percobaan ini dilakukan dengan cara disiapkan alat dan bahan diantaranya mikroskop, sprayer, minyak paraffin, sumber cahaya, powes supply, stop watch dan system peralatan Milikan. Hasil dan Pembahasan Eksperimen tetes minyak Milikan ini dilakukan untuk menentukan jari-jari tetes minyak dan menentukan nilai muatan butiran minyak. Ketika minyak disemprotkan, karena butiran-butiran minyak bergerak menumbuk partikel cahaya sehingga electron pada butiran minyak tersebut memiliki energy yang didapatkan dari foton pada cahaya tersebut. Kemudian butiran-butiran minyak akan bergerak turun karena dipengaruhi oleh gaya gravitasi, kemudian satelah diberi medan butiran minyak akan bergerak naik, karena gaya dari luar berupa medan listrik tersebut cukup kuat sehingga nilainya lebih besar dari gaya gravitasi bumi yang arahnya ke bawah. Pada percobaan kali ini kita mengamati butiran minyak dengan menggunakan mikroskop. Sifat bayangan yang terbentuk pada lensa okuler mikroskop yaitu nyata, terbalik dan diperbesar. Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan diperoleh data sebagai berikut:
Table 2.1 : data hasil pengamatan NO Jumlah skala Waktu yang diperlukan t Tegangan t naik (s) t turun (s) U_1 (V) U_2 (V) 1. 10 9.83 6.26 280 600 2. 10 9.47 8.23 340 600 3. 10 7.87 270 600 Untuk menghitung jari-jari butiran minyak dihitung terlebih dahulu kecepatan naik dan kecepatan turun butiran Table 2.1 : kecepatan tetes minyak No Waktu yang diperlukan t Kecepatan butiran minyak (m/s) t naik (s) t turun (s) v_1 v_2 1. 9.83 6.26 (5,53±1,012) 〖10〗^(-5) m/s (7,16±6,34) 〖10〗^(-5) m/s 2. 9.47 8.23 3. 7.87Rata-rata t (9,65±0,183) (7,45±0,885)
Berdasarkan data pada table 2.1 waktu tempuh butiran miyak untuk bergerak turun relative lebih cepat daripada waktu tempuh untuk bergerak naik. Pada saat gerakan naik butiran minyak hanya dipengaruhi gaya gravitasi bumi, gaya Stokes dan gaya Archimedes. Dimana gaya stokes dan gaya Archimedes arah gayanya berlawanan dengan arah gerak butiran minyak sehingga gaya-gaya tersebut menghambat gerak butiran. Sedangkan saat gerakan turun butiran minyak dipengaruhi gaya listrik , gaya gravitasi bumi, gaya Stokes dan gaya Archimedes. Gaya listrik yang arahnya ke atas searah dengan gaya Archimedes tetapi berlawanan arah dengan gaya Archimedes dan gaya gravitasi. Sehingga resultan yang dialami butiran minyak tersebut menyebabkan gerak butiran ke bawah membutuhkan waktu lebih cepat. Adanya gerakan yang lebih cepat ini dikarenakan gaya luar yang terjadi pada butiran minyak, yaitu gaya listrik sangat besar sehingga menyebabkan gerak turunnya butiran lebih cepat. Gaya listrik yang dialami butiran minyak menunjukkan bahwa butiran minyak memiliki muatan. Hal ini terjadi karena pada saat paraffin disemprotkan menggunakan sprayer, butiran-butiran minyak bergesekan dengan pipa otomizer sehingga butiran minyak dapat dimuati.
Setelah diperoleh nilai kecepatan, kemudian dapat dicari jari-jari butiran minyak dengan menggunakan persamaan (6), muatan butiran minyak mengunakan persamaan (10 dan 11), jumlah electron pada butiran minyak mengunakan persamaan (12) dan muatan electron pada butiran minyak menggunakan persamaan (13)
Table 2.3 : hasil perhitungan jari-jari tetes minyak (r), muatan tetes minyak (q), jumlah electron pada butiran minyak (N) dan muatan electron pada butiran minyak (q_c) Jari-jari butiran minyak Dipengaruhi Tegangan U_1 Dipengaruhi Tegangan U_2 r (m) q (C) N q_c (C) q (C) N q_c (C) (7,246±0,0005) 〖10〗^(-6) 7,31±0,012)〖10〗^(-18) 46 1,589x〖10〗^(-19) (3.113±0.625) 〖10〗^(-18) 19 1,628x〖10〗^(-19)
Pada percobaan ini menggunakan minyak paraffin yang memiliki massa jenis 875,3kgm^(-3).Pada saat minyak paraffin disemprotkan dan masuk ke dalam ruang antar plat mengalami gerak jatuh bebas yang diakibatkan oleh gaya gravitasi. Saat butiran minyak jatuh terjadi gesekan terhadap udara ( fluida) dan cahaya lampu sehingga butiran minyak terionisasi. Ionisasi menghasilkan electron yang melekat akan melekat ke butiran minyak, sehingga tetes minyak menjadi bermuatan. Saat switch pembalik digerakkan ke atas maka tetes minyak yang bermuatan negative akan bergerak mengikuti gerakan switch pembalik yaitu tetes minyak akan mendekati plat kutub positif. Data yang diperoleh dari percobaan ini yaitu waktu saat tetes minyak naik dari batas garis bawah sampai batas garis atas dan waktu ketika tetes minyak turun dari batas garis atas ke batas garis bawah. Pada saat butiran naik waktu yang diperlukan lebih lama daripada saat butiran turun sehingga kecepatan saat naik lebih kecil daripada kecepatan saat turun. Dari perhitungan rata-rata diperoleh jari-jari tetes minyak sebesar r=(7,246±0,0005) 〖10〗^(-6) m, dan muatan electron sebesar 1,589x〖10〗^(-19) C pada tegangan 297 V dan 1,628x〖10〗^(-19) C pada tegangan 600V. Semakin kecil waktu yang dibutuhkan butiran minyak untuk naik dan turun maka semakin besar kecepatannya. Semakin besar kecepatan gerakan butiran minyak maka jari-jari tetesan minyak semakin besar akan menyebabkan muatan tiap butiran minyak juga semakin besar.
Kesimpulan
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan didapatkan jari-jari tetes minyak r=(7,246±0,0005) 〖10〗^(-6) m. Jumlah muatan pada variasi tegangan 296,7 volt dan 600 volt berturut-turut adalah (7,31±0,012)〖10〗^(-18) C dan (3.113±0.625) 〖10〗^(-20) C. Muatan electron berdasarkan perhitungan pada variasi tegangan tegangan 296,7 volt dan 600 volt berturut-turut sebesar 1,589x〖10〗^(-19) C dan 1,628x〖10〗^(-19) C sedangkan pada referensi sebesar (1,602x〖10〗^(-19) C).
Ucapan Terimakasih
Penulis mengucapkan terimakasih kepada Dosen pembimbing Fisika Eksperimental I yakni Bapak Andi Ahmad Zaidan, S.Si, M.Si yang telah membimbing praktikum dan terimakasih kepada teman-teman satu kelompok atas kerjasamanya dalam melakukan praktikum.
Referensi
Beiser, Arthur., 1987, Komsep Fisika Modern, 4nd ed, Erlangga Jakarta.
Hidayah, Latifatul., 2012,Tetes Minyak Milikan, Jurnal Praktikum Fisika Modern Tetes Minyak Milikan, 1-5.
Widodo, Aris., 2013, Percobaan Tetes Minyak Milikan, Jurnal Praktikum Fisika Modern, 1-4.
Zaidan, A., 2009, Pengantar Fisika Modern, tidak dipublikasikan.

LAPORAN FISIKA EKSPERIMEN : Tetes Minyak Milikan

Posted by : Dilayolanda

Date :

With 0komentar

Tag : Fisika;Fisika Lanjutan

LAPORAN FISIKA EKSPERIMEN : Pengukuran Tensile Strength, Compressive Strength dan Modulus Elastisitas Benda Padat

Baca selengkapnya »

1          Pendahuluan

Sifat-sifat mekanik zat padat seperti kekuatan tarik (tensile strength), kekuatan tekan (compressive strength), modulus elastis (moduus young, modulus geser dan modulus bulk), keuletan, ketangguhan, kekerasan dan kekuatan impak merupakan sifat-sifat fisis zat padat yang perlu mendapatkan perhatian bagi para peneliti yang melakukan penelitian tentang rekayasa bahan, karena sifat-sifat tersebut memberikan peranan penting bagi terciptanya syatu bahan yang sesuai dengan yang dikehendaki. Masing-masing benda padat seperti logam, keramik, polimer, semikonduktor, dan superkonduktor masing-masing memiliki sifat-sifat mekanik yang berbeda satu sama lain. Hal inilah yang menyebabkan adanya perbedaan aplikasi bagi bermacam-macam benda padat tersebut diatas. Sebagai contoh, logam memiliki tingkat kekuatan yang lebih tinggi dibandingkan polimer. Oleh karenanya logam banyak digunakan untuk peralatan yang membutuhkan kekuatan yang besar (alat-alat industri, komponen peralatan transportasi dan lain-lain), sementara polimer banyak digunakan untuk peralatan rumah tangga.
Mengingat pentingnya pengetahuan tentang sifat-sifat mekanik dalam rekayasa bahan maka akan dilakukan pengukuran beberapa sifat-sifat mekanik zat padat dengan menggunakan autograph tipe AG-10 TE Shimadzu. Sifat-sifat mekanik yang akan diukur adalah stress (tegangan), strain (regangan), kekuatan tarik (tensile strength), kekuatan tekan ( compressive strength) dan modulus elastisitas.

2          Dasar Teori

2.1         Stress (Tegangan)

Stress atau tegangan didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya terhadap luas penampang daerah yang dikenai gaya tersebut (Van Vlack, 1991). Dalam satuan international stress memiliki lambang S dan satuan N/m². Gaya yang bekerja pada benda menyebabkan terjadinya perubahan ukuran benda. Pengaruh vector gaya terhadap sumbu x menghasilkan besaran tensile stress dengan lambang σx . Indeks x menyatakan arah vektor gaya. Pengaruh gaya terhadap sumbu y dan sumbu z menghasilkan momen yang disebut besaran shear stress. Untuk sumbu y, shear stress dilambangkan σxy , sedangkan untuk sumbu z dilambangkan σxz.
Hubungan antara besaran-besaran tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut:
 (1)
                         (2)
dengan i,j,k adalah vektor satuan untuk masing-masing sumbu.

2.2         Strain (Regangan)

Strain atau regangan didefinisikan sebagai perbandingan perubahan panjang benda terhadap panjang mula-mula akibat suatu gaya dengan arah sejajar perubahan panjang tersebut (Van Vlack,1991). Dalam satuan internasional, strain memiliki lambang  dengan satuan mm/mm atau %.
          (3)
dengan adalah perubahan panjang benda dan Lo adalah panjang benda mula-mula. Benda padat yang dikenai gaya akan mengalami perubahan ukuran. Jika gayanya berupa gaya tarik maka benda akan memanjang, sebaliknya jika gayanya adalah gaya tekan, maka benda akan memendek. Hal ini terjadi jika ukuran panjangnya jauh lebih besar dari lebarnya. Sementara jika ukuran panjang dan lebar suatu benda hampir sama maka akibat adanya gaya akan mengakibatkan terjadinya regangan geser. (Callister,1991).

2.3         Modulus Elastisitas

Elastisitas didefenisikan sebagai kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa mengakibatkan tejadinya perubahan bentuk yang permanen setelah tegangan dihilangkan. Peristiwa ini disebut juga deformasi elastis. Deformasi elastis terjadi bila logam atau bahan padat dibebani gaya. Bila tegangan tersebut disebabkan oleh gaya tarik maka benda akan bertambah panjang, setelah gaya ditiadakan benda akan kembali ke bentuk semula. Sebaliknya jika tegangan tersebut disebabkan oleh gaya tekan maka akan mengakibatkan benda akan menjadi lebih pendek dari keadaan semula (Van Vlack, 1991). Bila hanya ada deformasi elastik, maka regangan sebanding dengan tegangan. Perbandingan antara tegangan (σ) dan regangan elastik () disebut modulus elastisitas (modulus young) yang dapat dituliskan sebagai berikut :
                       (4)
Persamaan (4) dikenal juga dengan Hukum Hooke. Hukum Hooke berlaku dibawah batas elastik, dimana untuk sebagian besar bahan selama beban atau tegangan tidak melampaui batas elastik, regangan akan sebanding dengan tegangan. Regangan elastik akan sebanding dengan tegangan bila pada bahan / logam hanya terjadi deformasi elastik.
Regangan elastik merupakan hasil perpanjangan sel satuan dalam arah tegangan tarik, atau hasil kontraksi dari sel satuan dalam arah tekan. Makin besar gaya tarik menarik antara atom logam, makin tinggi pula modulus elastisitasnya. Modulus elastisitas bersifat anisotropik, yaitu berubah sesuai arah kristal dikenal sebagai anisotropik kristalografi.
Pada pembebanan geser, bekerja dua gaya yang sejajar (gambar 1). Tegangan geser σs adalah gaya Fs dibagi dengan luas bidang geser As.
                       (5)
Gaya geser menyebabkan adanya pergeseran sudut . Regangan geser  didefinisikan sebagai tangen . Perbandingan tegangan geser σs dengan regangan geser  disebut modulus geser G.
                         (6)
Modulus geser G disebut juga modulus kekakuan, berbeda dengan modulus elastisitas (modulus young) E. Untuk regangan kecil berlaku hubungan:
           (7)
adalah bilangan poisson yaitu perbandingan negatif antara regangan melintang y dengan regangan tarik z . Bilangan Poisson  berada antara 0,25 sampai 0,5, maka nilai G mendekati 35 % dari E.
Kekuatan tarik (tensile strenght) atau kekuatan tekan (compressive strenght) menyatakan ukuran tegangan yang diperlukan untuk mematahkan atau merusak bahan.
Diagram antara stress (tegangan) dan strain (regangan) dapat digunakan untuk menentukan sifat mekanik dari suatu bahan. Diagram tersebut menggambarkan perubahan stress terhadap strain bila benda dikenai suatu gaya.

2.4         Deformasi Plastis

Hukum Hooke menyatakan bahwa strain berbanding lurus dengan stress dan hukum ini dipenuhi oleh benda pada daerah elastis. Jika bahan ditarik oleh suatu gaya pada daerah elastis, maka benda tersebut akan mengalami perubahan ukuran, kemudian setelah gaya dihilangkan maka benda akan kembali pada keadaan semula.
Pada tegangan yang lebih tinggi (melewati batas elastis), terjadi pergeseran tetap atom - atom dalam suatu bahan disamping regangan elastik. Regangan tetap ini tidak mampu kembali pada keadaan semula ketika tegangan ditiadakan. Regangan ini disebut regangan palastis (plastic strain). Pada daerah plastis, ukuran banda tidak dapat kembali seperti semula apabila gaya telah dihilangkan. Grafik stress  terhadap strain pada daerah elastis adalah linier sedangkan pada daerah plastis menunjukkan harga maksimum ulitimate strentht. Harga slope grafik linier dinyatakan sebagai modulus Young.  Luas daerah total dari kurva menyatakan harga modulus of toughness, sedangkan luas daerah elastis menyatakan harga modulus of resilence. Modulus of toughness (ketangguhan) didefinisikan sebagai energy total yang diserap oleh benda tiap  satu satuan volume hingga terjadi deformasi struktur (patah atau robek). Modulus of resilence didefinisikan sebagai energy yang diserap oleh benda setiap satu satuan pada daerah elastis. Kedua besaran ini berpengaruh pada kerja benda yang pada umumnya pada daerah elastis.
Keuletan (dusility)  menyatakan besarnya regangan plastis sampai patah, dapat dinyatakan sebagai presentasi perpanjangan (precent elongation).
                 (10)
Kekuatan luluh (Yield strength), S_y merupakan ketahanan suatu bahan terhadap deformasi plastis dinyatakan dengan besarnya gaya pada suatu luluh dibagi luas penampang.

2.5         Kekuatan Tekan (Compresive Strength)

Kekuatan tekan (compressive strength) menyatakan ukuran besar gaya yang diperlukan untuk  merusak bahan.
                       (11)
dengan F_s merupakan besar gaya yang diberikan, sedangkan A_s merupakan luas permukaan bahan yang diuji.

3          Metodologi Penelitian

3.1         Alat dan Bahan

Alat yang digunakan adalah sebagai berikut:

1. Autograph tipe AG-10 TE Shimadzu.
2. Penggaris
3. Mikrometer skrup

Bahan yang dibutuhkan adalah:

1. PVC
2. Tablet berbentuk  silindris
   1. Memotong bahan sesuai dengan keperluan.
   2. Memasang asesoris alat untuk uji tarik kemudian memilih beban (load cell) yang sesuai dengan kekuatan bahan uji A,B, dan C.
   3. Meletakkan bahan uji pada tempatnya.
   4. Menyalakan power supply, tombol 1 dan 2 dinyalakan dan di set up.
   5. Mengatur jarak maksimum yang diperlukan.
   6. Mengatur kecepatan pembebanan (pilih kecepatan rendah)
   7. Memilih range beban (gaya) yang diukur
   8. Menarik load cell perlahan-lahan, kemudian stop, dan mencatat besar gaya dan strainnya
   9. Mengulangi langkah 8, dengan perubahan yang sangat kecil sampai tercapai keadaan plastik atau sampah patah.

3.2         Prosedur Percobaan

3.2.1        Pengukuran Stress, Strain dan Kekuatan Tarik (Tensile Strength)

10.  Menulis hasil pengamatan pada tabel.

3.2.2        Pengukuran Kekuatan Tekan (Compressive Strength)

1. Memotong bahan sesuai dengan keperluan

2.  Memasang asesoris alat untuk uji tekan kemudian memilih beban (load cell) yang sesuai dengan kekuatan bahan uji A,B dan C.

1. Meletakkan bahan uji pada tempatnya.
2. Menyalakan power supply,tombol 1 dan 2 dinyalakan dan di set up
3. Mengatur jarak maksimum yang diperlukan
4. Mengatur kecepatan pembebanan (pilih kecepatan rendah)
5. Memilih range beban (gaya) yang diukur
6. Menurunkan load cell perlahan-lahan, kemudian di stop, dan mencatat besar gaya strainnya.
7. Mengulangi langkah 8 dengan perubahan yang sangat kecil, sampai patah.
8. Menuliskan hasil pengamatan pada table.

Untuk mengetahui sifat-sifat mekanik suatu bahan, maka perlu dilakukan beberapa pengujian diantaranya  kekuatan tarik (tensile strength) dan kekuatan tekan (compression strength) dengan menggunakan autograph tipe AG-10 TE Shimadzu.

4.1              Kekuatan Tarik (Tensile Strength)

Kekuatan tarik (tensile strength) menyatakan ukuran besar gaya yang diperlukan untuk mematahkan bahan. Dalam praktikum ini bahan yang digunakan adalah PVC.
Diagram antara stress (tegangan) dan strain (regangan) hasil praktikum ditunjukkan gambar di bawah ini:

Grafik 1. Grafik Hubungan Stress dengan Strain
Dari grafik tampak hubungan stress dengan strain berbanding lurus yang hanya berlaku pada daerah elastis.Daerah elastis pada grafik ditunjukkan oleh garis warna biru, dimana pada saat itu PVC diberi tegangan tetapi PVC tersebut mampu mempertahankan bentuknya saat tegangan dihilangkan.
  Perbandingan stress dengan strain disebut dengan modulus young atau modulus elastisitas. Besar modulus young tidak lain adalah gradient pada grafik yaitu sebesar 1782548,2. Semakin besar gaya tarik menarik antara atom bahan, semakin tinggi modulus elastisitasnya.
      Sedangkan garis merah pada grafik di atas menunjukkan bahwa PVC sudah mengalami daerah plastis. Keadaan dimana suatu bahan sudah tidak dapat kembali ke bentuknya semula. Garis merah menunjukkan bahwa meskipun strain bertambah namun besarnya stress tetap. Daerah plastis tersebut terjadi ketika PVC diberi gaya sebesar 487 Newton.
      Deformasi struktur atau titik ketika PVC patah pada saat percobaan yaitu ketika diberi gaya 487 Newton dengan perubahan panjang sebesar 26,01 mm.
      Sedangkan deformasi plastis ditunjukkan pada table di bawah ini:
Tabel 1. Hasil Analisis Deformasi Plastis

NO
1	0,00466		0,117
2	0,00499		0,125
3	0,00509		0,127
4	0,02601		0,650

      Deformasi plastis merupakan besarnya regangan plastis sampai patah. PVC berada pada daerah plastis ketika diberi gaya sebesar 487 Newton.

4.2              Kekuatan Tekan (Compressive Strength)

Kekuatan tekan (compressive strength) menyatakan ukuran besar gaya yang diperlukan untuk  merusak bahan. Semakin besar luas permukaaan suatu bahan maka besar gaya yang diperlukan untuk merusak bahan tersebut juga semakin besar.  Dalam praktikum ini bahan yang digunakan tablet berbentuk silinder. Dari hasil analisis diperoleh kekuatan tekan sebesar
.

5          Kesimpulan

1. Modulus elastisitas PVC hasil praktikum sebesar 1782548,2.
2. Kekuatan tekan tablet berbentuk silinder  hasil praktikum sebesar ...

6          Daftar Pustaka

Lawrence H. Van Vlack, 1995, Ilmu dan Teknologi Bahan, edisi kelima (penerjemah Sriati Djaprie), Erlangga, Jakarta.

Sears, Francis W. ,Mark W.Zemansky, 1962, Fisika untuk Universitas 1 (Mekanika, Panas, Bunyi), Alih bahasa : Ir.Soedarjana, Drs. Amir Achmad, Tirta Mandiri, Jakarta.

Tim KBK Fisika Material, 2014. Petunjuk Praktikum Fisika Eksperimental I, Laboratorium Fisika Material FST UA , Surabaya.

LAPORAN FISIKA EKSPERIMEN : Pengukuran Tensile Strength, Compressive Strength dan Modulus Elastisitas Benda Padat

Posted by : Dilayolanda

Date :

With 0komentar

Tag : Fisika;Fisika Lanjutan

LAPORAN FISIKA EKSPERIMEN : EFEK FOTOLISTRIK

Baca selengkapnya »

Abstrak. 
Efek fotolistrik adalah suatu fenomena dimana terjadi lepasnya electron yang ada dalam suatu logam akibat adanya interaksi dari cahaya. Elektron yang terlepas tersebut dinamakan fotoelektron. Cahaya yang digunakan agar dapat mengeluarkan logam harus memiliki frekuensi tertentu yang sesuai dengan panjang gelombangnya. Batas minimal frekuensi cahaya yang digunakan untuk mengeluarkan electron dinamakan frekuensi ambang, sedangkan energy yang mempunyai frekuensi ambang disebut dengan fungsi kerja.

Dari hasil percobaan diperoleh fungsi kerja sel foto sebesar ϕ=(0.533878679±0.49070463)10^(-19) J dan nilai tetapan Planck sebesar h=(2.392230836±0.830797397)x10^(-34) Js sedangkan pada referensi sebesar 6.626x10^(-34) Js. Besar energy kinetic pada panjang gelombang 5769.59 Ǻ sebesar 0.442 eV, panjang gelombang 5460.74Ǻ sebesar 0.486 eVdan panjang gelombang 4347.50Ǻ sebesar 0.696 eV
Keywords: efek fotolistrik, konstanta planck, energy kinetik.

Pendahuluan
Pada tahun 1887, Heinrich Hertz melakukan eksperimen untuk membuktikan gelombang elektromagnetik yang diprediksi oleh Maxwell.
Pada eksperimen Hertz terdapat fenomena fotolistrik yang tidak dapat dijelaskan oleh teori fisika pada saat itu. Pada tahun 1900, P.Lenard melakukan eksperimen yakni sinar katoda dilewatkan ke sebuah lubang (anoda) kemudian dilewatkan dalam sebuah medan magnet dan dideteksi perilakunya. Tahun1905, Einstein mengasumsikan bahwa kuantitas energy yang digunakan Planck dalam radiasi benda hitam merupakan sifat dasar dari cahaya. Einstein mengatakan bahwa ketika sebuah logam dikenai suatu cahaya tertentu, maka elektron dari logam tersebut akan tereksitasi sehingga lepas dari orbitnya dan membentuk suatu arus listrik. Pengeluaran elektron dari logam tersebut tidak berlaku untuk sebarang cahaya tetapi cahaya yang memiliki suatu energi tertentu yang sama dengan energi ambang dan satu foton daripada cahaya tersebut akan diserap oleh satu buah elektron saja yang ada pada logam tersebut. Einstein mengadakan suatu percobaan dimana menggunakan lempeng logam yang diletakan sebagai anoda dalam tabung dan disinari oleh beberapa cahaya hingga timbul elektron bebas yang bergerak dari anoda ke katoda yang kemudian disebut dengan arus elektron atau arus listrik yang dideteksi dengan multimeter yang dipasang pada peralatan tersebut. Dasar Teori Untuk melepaskan elektron diperlukan sejumlah tenaga minimal yang besarnya bergantung pada jenis/ sifat logam tersebut. Tenaga minimal ini disebut dengan fungsi kerja dari logam dan dilambangkan oleh ϕ. Keperluan tenaga tersebut disebabkan elektron terikat oleh logamnya. Tenaga gelombang elektromagnetik/ foton terkuantisasi besanya adalah :
E_f=hv (1)
Dimana v adalah frekuensi gelombang elektromagnetik dan h adalah tetapan planck. Bila dikenakan pada suatu logam dengan fungsi kerja ϕ, dimana hv>ϕ, maka elektron dapat terlepas dari logam. Bila tenaga foton tepat sama dengan fungsi kerja logam yang dikenainya, frekuensi sebesar frekuensi foton tersebut disebut frekuensi ambang dari logam yaitu : v_o=ϕ/h (2) Sehingga dapat dikatakan bila frekuensi foton lebih kecil dari pada frekuensi ambang logam, maka tidak akan terjadi pelepasan elektron dan jika lebih besar dari frekuensi foton terhadap frrekuensi ambang logamnya maka akan terjadi pelepasan elektron yang biasa disebut efek fotolistrik. Elektron yang terlepas dari logam karena dikenai foton, akibat efek fotolistrik ini disebut fotoelektron, yang mempunyai tenaga kinetik sebesar : E_k=hv-hv_o=h(v-v_o )=hv-ϕ (3) Sistem peralatan untuk mempelajari efek fotolistrik ditunjukan pada gambar di atas. Dua elektroda dalam tabung hampa, dimana salah satunya adalah logam yang disinari (sebuah sel foto). Antara kedua elektroda diberi beda potensial sebesar Va dengan baterai E1 dan E2, yang nilainya dapat divariasi dari Va = - E1 sampai dengan V2 = + E2 dengan suatu potensiometer. Arus fotoelektron (Ie) dapat diukur dengan mikrometer atau galvanometer. Untuk suatu nilai v > vo dengan intensitas tertentu, dapat diamati Ie sebagai fungsi ve. Ie akan mencapai nol bila Va diturunkan mencapai suatu nilai tertentu, Va = Vs (tegangan penghenti / Stopping Voltage) yang memenuhi persamaan : V_S=h/e v-ϕ/e (4) Persamaan diatas menunjukan bahwa Vs merupakan fungsi v, sehingga pengukuran Vs untuk berbagai nilai v memungkinkan untuk menentukan nilai h/e dan ϕ/e.

Metode Pada percobaan ini akan digunakan beberapa macam peralatan yaitu sebagai berikut ini : Sel foto, lampu sumber cahaya dan Sumber dayanya serta diafragma, multimeter dan galvanometer yang terangkum didalam peralatan Planck Constant Measuring, Ogawa Seiki Ltd. Jepang. Filter Cahaya yang telah diketahui beberapa nilai panjang gelombangnya Filter Cahaya dari Plastik mika dengan warna yang berbeda yaitu Biru, Hijau dan Kuning Pada percobaan kali ini, dapat ditentukan tetapan planck dari hasil eksperimen dan kemudian menentukan nilai teapan planck dan tenaga kinetik maksimum dari efek fotolistrik atau gejala fotoelektron.

Untuk memenuhi tujuan dari percobaan tersebut maka dapat digunakan prosedur percobaan sebagai berikut : Menyiapkan semua peralatan yang digunakan untuk mencapai tujuan daripada eksperimen ini, dimana menyiapkan peralatan Planck Constant Measuring dan melihat fungsi dari masing – masing tombol hingga percobaan dapat berjalan dengan lancar. Sumber cahaya dinyalakan dan mengatur intensitas lampu. Mengatur galvanometer dan voltmeter menunjuk angka nol ketika sebelum dan setelah menggunakan cahaya dengan menggunakan filter hitam ( kalibrasi alat ). Lubang penutup dibuka sehingga cahaya bisa masuk ke photo cell kemudian mengatur galvanometer sehingga menunjuk angka nol, pada saat ini tegangan yang ditunjukkan multimeter dicatat. Kemudian mengulangi langkah ke 4 dengan mengganti filter yang lain berpanjang gelombang λ=5769.59 Ǻ , λ=5460.74 Ǻ dan λ=4347.50 Ǻ. Mengulangi langkah 4 dan 5 untuk intensitas yang berbeda Hasil Pengamatan

Tabel 1.1 Data Pengamatan  (Ǻ)  (Hz) Intensitas Vs (Volt) (Volt) 5769.59 5.1926〖x10〗^14 I 0.35 0.4000 I I 0.40 I I I 0.40 IV 0.45 5460.74 5.4901〖x10〗^14 I 0.50 0.5375 I I 0.50 I I I 0.55 IV 0.60 4347.50 6.8959〖x10〗^14 I 0.65 0.6875 I I 0.65 I I I 0.70 IV 0.75

Hasil Analisis dan Pembahasan
Efek fotolistrik adalah suatu fenomena dimana terjadi lepasnya electron yang ada dalam suatu logam akibat adanya interaksi dari cahaya. Eksperimen ini harus dilakukan dadalam ruang hampa, agar electron tidak kehilangan energinya karena bertumbukan dengan molekul udara. Laju pancaran electron diukur sebagai arus listrik pada rangkaian luar dengan menggunakan sebuah amperemeter, sedangkan energy kinetiknya dapat ditentukan dengan menggunakan suatu potensial penghenti pada anoda sehingga electron tidak memiliki energy yang cukup untuk memanjati bukit potensial yang terpasang. Teganngan yang terpasang ini disebut dengan potensial penghenti Vs. Karena electron yang bernergi tinggi tidak dapat melewati potensial penghenti ini, maka pengukuran Vs merupakan suatu cara yang digunakan untuk menentukan energy kinetic maksimum electron. Agar terjadi efek fotolistrik, cahaya yang digunakan agar dapat mengeluarkan elektron dari suatu logam tidak bisa digunakan sembarang cahaya, tetapi dibutuhkan suatu cahaya dengan panjang gelombang tertentu sehingga tentunya frekuensi yang dimiliki juga akan tertentu sesuai dengan panjang gelombangnya. Untuk mendapatkan cahaya dengan panjang gelombang tertentu maka digunakan filter yang dapat meloloskan cahaya sesuai dengan panjang gelombang yang diinginkan. Dalam percobaan ini menggunakan tiga buah filter dengan panjang gelombang λ=5769.59 Ǻ, λ=5460.74 Ǻ dan λ=4347.50 Ǻ. Pengaruh penggunaan intensitas yang berbeda terhadap gejala efek fotolistrik dengan filter yang sama adalah perubahan arus yang berbanding lurus dengan intensitas cahaya. Ketika intensitas yang digunakan terlalu rendah maka tidak ada electron yang diemisikan ke permukaan logam. Aliran arus ini terjadi karena adanya elektron yang terlepas dari permukaan (disebut sebagai fotoelektron). Apabila tegangan (Vs) diperkecil, arus ikut mengecil dan jika tegangan terus diperkecil sampai nilainya negatif, ternyata pada saat tegangan mencapai nilai tertentu (-Vs), layar menunjuk angka nol yang berarti tidak ada arus listrik yang mengalir atau tidak ada elektron yang keluar dari permukaan logam. Potensial Vs ini disebut potensial henti. Pengaruh intensitas cahaya terhadap energi kinetik elektron-foto berdasarkan percobaan yang dilakukan yaitu intensitas cahaya tidak bergantung pada energi kinetik fotoelektrontetapi hanya bergantung pada panjang gelombang.
Dari hasil eksperimen yang dilakukan, diperoleh energi kinetik maksimum elektron untuk tiap panjang gelombang yang diketahui yaitu pada 5769,59 Ǻ memiliki energi kinetik 0.442 eV dan pada panjang gelombang 5460,74 Ǻ diperoleh energi kinetik maksimum elektron 0.486 eV serta untuk panjang gelombang 4347,50 Ǻ maka energi kinetik maksimumnya adalah 0.696 eV. Sedangkan untuk fungsi kerja logamnya diperoleh sebesar 0.33 eV dan untuk tetapan planck yang diperoleh secara eksperimen adalah (2.392230836±0.830797397)x10^(-34) Js dan memberikan kesalahan 65.27% dari tetapan planck literatur.
 Berdasarkan hasil tersebut, semakin rendah panjang gelombang cahaya yang mengenai suatu permukaan logam, maka energi kinetik maksimum elektron akan meningkat dan untuk sebaliknya jika semakin tinggi panjang gelombang cahaya yang mengenai suatu permukaan logam, maka energi kinetik maksimum elektron akan menurun. Kemudian untuk memberikan efek fotoelektron pada logam tersebut dibutuhkan cahaya dengan energi lebih besar dari 0.33 eV dan besarnya 65.27% kesalahan untuk tetapan planck dikarenakan alat percobaan yang kondisinya kurang bagus maupun ketidaktelitian praktikan dalam pengambilan data.

Kesimpulan
Dengan percobaan efek fotolistrik dapat ditentukan fungsi kerja sel foto, nilai tetapan Planck dan energy kinetic maksimum fotoelektron. Berdasarkan analisis data didapatkan fungsi kerja sel foto sebesar 0.33 eV dan tetapan Planck sebesar (2.392230836±0.830797397)x10^(-34) Js sedangkan pada literature 6.626x10^(-34) Js , sehingga prosentase besar kesalahan ukur adalah 65.27%

Referensi:
 Beiser, Arthur., 1987, Komsep Fisika Modern, 4nd ed, Erlangga Jakarta. Krane, Kenneth. S, 1982. Fisika Modern, Terjemahan : Hans. J. Wospakrik dan Sofia Nikhsolihin, Jakarta : Penerbit UI. Zaidan, A., 2009, Pengantar Fisika Modern, tidak dipublikasikan.

LAPORAN FISIKA EKSPERIMEN : EFEK FOTOLISTRIK

Posted by : Dilayolanda

Date :

With 1 komentar:

Tag : Fisika;Fisika Lanjutan

LAPORAN FISIKA EKSPERIMEN : Pengukuran Emisivitas Efektif Rata-rata suatu Material Padat (Solid Materials)

Baca selengkapnya »

Abstrak.  Emisivitas adalah rasio energi yang diradiasikan oleh material tertentu dengan energi yang dirasikan oleh benda hitam (black body) pada temperatur yang sama. Emisivitas mengindikasikan seberapa besar transfer radiasi termal yang dapat dipancarkan oleh suatu material padat. Dari hasil analisis nilai emisivitas kuningan pada percobaan tidak lebih dari 0,07 sedangkan pada literature yaitu 0,6. Faktor yang mempengaruhi nilai emisivitas adalah suhu dan jarak antara radiometer dengan lingkaran yang lebih kecil pada Clonical Shield

Keywords: emisivitas efektif, kuningan, radiasi

1          Pendahuluan

Pada akhir abad ke-19 perhatian para ahli fisika tercurahkan pada emisi cahaya oleh suatu permukaan material logam yang dipanaskan, khususnya pada spectrum emisi tersebut. Kita ketahui bagaimana cahaya berubah dari warna merah tua menjadi pijar apabila suhu logam terus ditingkatkan sampai titik leburnya. Perubahan warna itu berarti pergeseran intensitas maksimum dari panjang gelombang panjang ke panjang gelombang pendek. Spectrum radiasi termal inilah yang menarik minat para fisikawan pada akhir abad ke-19, terutama karena teori-teori fisika yang ada tidak dapat menerangkan bentuk lengkung radiasi termal tersebut.
Berkaitan dengan hal tersebut diatas maka salah satu proses yang sangat penting dan menjadi dasar dari studi tentang transfer radiasi termal adalah bagaimana menentukan emisivitas efektif rata-rata suatu material padat (solid materials) secara akurat pada berbagai temperature. Untuk mencapai tujuan tersebut maka diperlukan disain instrument untuk menentukan besaran fisis tersebut sekaligus kita dapat mengetahui factor-faktor apa saja yang mempengaruhi nilai emisivitas efektif rata-rata suatu material padat, misalnya suhu material padat, sifat material padat, jenis material padat dan sebagainya.

2          Dasar Teori

Energy radian yang dipancarkan dari sebuah radiator ideal (Planckian) dapat dinyatakan dengan persamaan Stefan-Blotzman:
E_i=⁴             (1)
dimana :
E_i = daya emisif dari sebuah radiator        ideal pada temperature T
 = konstanta Stefan-Blotzman
T = suhu mutlak permukaan
Dengan menandai E_𝜆i sebagai energy radiant yang dipancarkan per satuan panjang gelombang pada panjang gelombang 𝜆 untuk sebuah radiator ideal, maka daya emisif selanjutnya dapat dinyatakan sebagai:
E_𝜆i =            (2)
Untuk sebuah radiator non-ideal, daya emisif menjadi:
E_𝜆i =       (3)
dimana e_𝜆 adalah rasio antara radiasi ideal dengan radiasi actual untuk temperature permukaan yang sama pada panjang gelombang yang tertentu dan diartikan sebagai emisivitas monokromatik.
Dengan meninjau nilai emisivitas monokromatik e_𝜆i sebagai fungsi dari arah radiasi yang berkenaan dengan normal dari permukaan pancaran dan R diartikan sebagai penentuan E diambil atas energy yang dipancarkan dari permukaan atas, maka pengukuran dibuat untuk penentuan E diambil atas daerah kecil di sekitar normalnya. Kemudian dengan membagi yang dipancarkan dari permukaan E berkenaan dengan pengukuran yang dibuat pada normalnya dengan radiasi ideal, maka nilai emisivitas efektif rata-rata yang berkenaan dengan panjang gelombang pada normalnya diperoleh.
Berikutnya ditinjau:
e_me= (4)
persamaan (4) merupakan definisi dari eisivitas efektif rata-rata e_me berkenaan dengan radiasi dari permukaan sembarang sudut.
Persamaan (3) menjadi:
E = e_me        (5)
Atau   E =e_me E_i                     (6)
Dengan melakukan substitusi persamaan (1) ke persamaan (6) diperoleh:
E =e_me ⁴                   (7)
 Definisi e_me juga dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan (7) dan (2) sebagai:
e_me=      (8)
Nilai e_me selanjutnya sebagai rasio energy radian yang dipancarkan oleh sebuah permukaan pada temperature T dengan radiasi dari sebuah radiator ideal pada temperature yang sama.
Dari persamaan (8) nilai E ditentukan dengan mengukur energy yang dipancarkan dari sebuah permukaan dengan radiator. Dengan mengacu pada hasil penelitian dari “Boelter” analisis dari hasil yang diperoleh dengan radiometer dinyatakan sebagai:
_RO (T₀⁴ –T_R⁴)     (9)
namun  sama dengan energy yang terdeteksi oleh radiometer sebagai E_mv (R). oleh karena itu:
e_me =      (10)
dimana F_RO adalah factor bentuk yang ditentukan oleh persamaan :
F_RO =                   (11)
dimana r dan L secara berturur-turut adalah jari-jari sampel dan jarak permukaan sampel ke sensor.
Pada peralatan yang digunakan ini, nilai emisivitas efektif rata-rata suatu material padat dapat diperoleh melalui rumusan berikut:
        (12)
dimana :
c= konstanta sensitivitas kalibrasi radiometer = 86,83 kcal/mh²/mV
E_mv (R)= output radiometer
F_RO= Faktor bentuk
T₀= suhu absolute permukaan sampel  = t₀+273
T_R= suhu absolut termokopel =t_R+273

3          Metode Penelitian

3.1              Bahan dan Alat:

Bahan-bahan yang digunakan pada eksperimen ini adalah:

1. Plat aluminium
2. Plat seng
3. Plat tembaga
4. Plat besi

Alat-alat yang digunakan adalah seperangkat peralatan Radiasi Heat Transfer OSK 456.

3.2              Prosedur Eksperimen:

Berikut ini prosedur eksperimen untuk pengukuran emisivitas eektif rata-rata suatu material padar (solid materials) :

1. “Radiometer Conical Shield” dan lempengan logam terletak pada satu garis lurus.
2. Perangkat Radiasi Heat Transfer OSK 4569 dihubungkan dengan sumber tegangan 220 volt, 50 Hz.
3. Lempengan bahan uji dipanaskan dengan “Electric Heater Unit” dan mengatur suhunya “Temperature regulator” yaitu dengan memutar ke kanan untuk menaikkan suhunya dan ke kiri untuk menurunkan suhunya.
4. Suhu lempengan logam diukur dengan mengarahkan saklar “Thermo Taps Selector” pada t₁ dan mengarahkan saklar pada “radio-Thermo Couple Selector” pada thermometer, serta mencatat beda potensial pada digital milivoltmeter.
5. Suhu radiometer diukur dengan mengarahkan saklar “Thermo Taps Selector” pada t₂ dan mencatat beda potensial pada digital milivoltmeter.
6. Banyaknya intensitas radiasi diukur dengan mengarahkan saklar radiometer Thermo Taps Selector pada radiometer dan mencatat beda potensialnya pada digital voltmeter.
7. Mengukur jarak antara radiometer dan lingkaran yang lebih kecil pada Conical Shield.
8. Langkah 7 diulangi dengan jarak yang berbeda.
9. Langkah-langkah sebelumnya diulangi untuk lempengan logam yang berbeda.

4          Hasil dan Pembahasan

Radiasi adalah pancaran energi melalui suatu materi atau ruang dalam bentuk panas, partikel atau gelombang elektromagnetik. Energi radiasi biasanya disebut sebagai energy radian.
Emisivitas adalah rasio energi yang diradiasikan oleh material tertentu dengan energi yang dirasikan oleh benda hitam (black body) pada temperatur yang sama. Emisivitas mengindikasikan seberapa besar transfer radiasi termal yang dapat dipancarkan oleh suatu material padat. Eksperimen ini dilakukan dengan cara mengubah termperatur material dan mengubah jarak antara radiometer dengan lingkaran yang lebih kecil pada Clonical Shield untuk mendapatkan nilai emisivitas pada berbagai temperature dan berbagai variasi jarak.  Material yang digunakan pada eksperimen adalah logam kuningan yang berbentuk lingkaran. Pada praktikum ini tidak dilakukan variasi bahan karena keterbatasan waktu praktikum, sehingga tidak bisa membandingkan nilai emisivitas rata-rata berbagai material padat.

4.1         Hasil Percobaan dengan  Variasi Suhu

Tabel 1. Data Hasil Percobaan  dengan Variasi Suhu pada Kuningan

Percobaan ke	T0 (0C)	Tr (0C)	Temperature Regulator
1	75	32	6
2	87	32	7
3	186	32	8
4	228	32	9

T₀  merupakan suhu energy panas yang di transfer ke bahan yakni logam kuningan. Energi panas ini merupakan konversi dari energy listrik. Sedangkan  T_r merupakan suhu yang diemisikan atau suhu pada bahan.
Pada tabel hasil praktikum di atas terlihat bahwa perubahan Temperature Regulator hanya berpengaruh pada suhu energy panas yang ditransfer ke bahan, sedangkan suhu pada bahan tetap. Hal ini dikarenakan dalam pengambilan data suhu yang tercatat di atas merupakan suhu yang belum stabil atau masih berubah-ubah. Untuk mendapatkan suhu yang stabil dibutuhkan waktu yang lama.

4.2         Hasil Percobaan dengan  Variasi Jarak

Tabel 2. Data Hasil Percobaan  dengan Variasi Jarak pada Kuningan

Percobaan ke	T0 (0C)	Tr (0C)	Jarak Sampel ke Radiometer (cm)
1	247	32	19,4
2	312	32	16,8
3	370	32	21,8
4	352	32	24,3
5	342	32	26,7

Data hasil praktikum di atas menggunakan Temperature Regulator  8 dan pada berbagai variasi jarak.  Jika Tabel 2  dibandingkan dengan Tabel 1 pada Temperatur Regulator yang sama yaitu 8, maka terlihat perbedaan suhu yang tinggi. Selain itu pada Tabel 2 terlihat  baha variasi jarak hanya berpengaruh pada  T₀ atau suhu energy panas yang ditransfer ke bahan, sedangkan suhu yang diemisikan bahan tetap (T_r). Hal ini dikarenakan dalam pengambilan data suhu yang tercatat di atas merupakan suhu yang belum stabil atau masih berubah-ubah.
Pada Tabel 2 terlihat bahwa suhu T₀ naik turun meskipun jaraknya semakin tinggi.  Hal ini dikarenakan pada saat praktikum tidak di urutkan dari jarak yang terkecil sampai jarak terbesar, sehingga suhu yang tercatat bukan merupakan suhu mutlak pada jarak tersebut, melainkan sudah dipengaruhi praktikum sebelumnya. Selain itu  pada peralatan radiasi yang digunakan tidak dilengkapi dengan mesin pendingin, sehingga suhu yang tercatat pada praktikum kurang valid.

4.3         Hasil dan Pembahasan Nilai Emisivitas Efektif Variasi Suhu

Tabel 3. Nilai Emsivitas Efektif  Logam Kuningan Variasi Suhu

Percobaan	T R	Nilai Emsivitas Efektif (
1	6
2	7
3	8
4	9

Pada hasil analisis terlihat bahwa nilai emisivitas efektif dipengaruhi oleh suhu. Selain itu nilai emisivitas hasil analisis sesuai dengan teori yakni nilainya < 1 , karena logam kuningan termasuk benda nyata. Sedangkan nilai emisivitas benda hitam sama dengan 1 karena benda hitam mampu meradiasikan semua energy yang diserapnya. Semakin tinggi suhu nilai emisivitas efektif semakin rendah. Hal ini menunjukkan bahwa  semakin tinggi suhu logam kuningan menyerap semakin banyak energy dari pada energi yang dipancarkannya, sehingga menyebabkan  logam kuningan menjadi semakin panas.

4.4         Hasil dan Pembahasan Nilai Emisivitas Efektif Variasi Jarak

Tabel 4. Nilai Emsivitas Efektif Logam Kuningan  setiap Percobaan Variasi Jarak

Percobaan	Jarak (cm)	Nilai Emsivitas Efektif (
1	19,4
2	16,8
3	21,8
4	24,3
5	26,7

       Pada hasil analisis terlihat bahwa nilai emisivitas efektif dipengaruhi oleh jarak radiometer ke lingkaran yang lebih kecil pada Clonical Shield.
       Jika dibandingkan dengan literature bahwa semakin tinggi jarak maka nilai emisivitas efektif akan semakin besar kurang sesuai dengan hasil percobaan. Hal ini di karenakan data yang diambil kurang valid atau sudah dipengaruhi oleh praktikum sebelumnya.

4.5         Perbandingan Hasil Percobaan dengan Literatur

Nilai emisivitas efektif logam kuningan pada literature adalah 0,6. Nilai emisivitas cenderung naik untuk benda yang permukaanya kasar dan akan semakin turun untuk benda yang permukaannya halus (Miko:2009).
Jika dibandingkan dengan literature, nilai emisivitas efektif hasil percobaan selisihnya jauh. Hal ini disebabkan percobaan dilakukan pada ruang terbuka, sehingga perjalanan energi panas dari radiometer ke bahan terpengaruh oleh udara luar.

5          Kesimpulan

1. Nilai emisivitas efektif pada logam kuningan jika dibandingkan dengan literature selisihnya jauh. Nilai emisivitas kuningan pada literature yaitu 0,6 sedangkan pada percobaan tidak lebih dari 0,07.
2. Faktor yang berpengaruh pada nilai emisivitas efektif rata-rata adalah suhu dan jarak antara radiometer dengan lingkaran yang lebih kecil pada Clonical Shield.

6          Daftar Pustaka

Instruction Manual For Radiation Heat Transfer Experiment Apparatus, Ogawa seiki Co., Ltd, Tokyo, Japan.
Saputra, Widhi dkk, Radiasi, Makalah Operasi Teknik Kimia II, Lampung, Universitas Lampung.
Tipler, Paul A.,1991, Fisika untuk Sains dan Teknik, Edisi Ketiga, Alih Bahasa: Dra. Lea Prasetio, M.sc., Rahmad W. Adi, Ph.D., Penerbit: Erlangga, Jakarta.

LAPORAN FISIKA EKSPERIMEN : Pengukuran Emisivitas Efektif Rata-rata suatu Material Padat (Solid Materials)

Posted by : Dilayolanda

Date :

With 0komentar

Tag : Fisika;Fisika Lanjutan