Laporan Praktikum Dampak Zeeman
www.hajarfisika.com
I. Latar Belakang
Peristiwa kemagnetan ternyata tidak berhenti pada keadaan makroskopis yang sanggup dilihat, tetapi sanggup diamati ketika media itu diberikan kepada atom. Hal ini akan tampak sebagai spektrum yang terbagi pada bencana emisi lantaran energinya sanggup sedikit lebih besar atau kecil dari keadaan tanpa medan magnet. Terpecahnya garis spektrum tunggal menjadi garis-garis terpisah terjadi kalau atom dipancarkan kedalam medan magnet dengan jarak antara garis bergantung dari besar medan itu. Terpecahnya garis spektral oleh medan magnet disebut Efek Zeeman. Efek zeeman diambil dari nama fisikawan Belanda Zeeman, yang mengamati imbas itu pada tahun 1896. Efek Zeeman ialah pemisahan garis spektral tunggal dari sebuah spektrum emisi menjadi komponen-komponen tiga atau lebih yang terpolarisasi. Efek Zeeman ideal terdiri dari garis spektral terfrekuensi v0 yang terpisah menjadi tiga komponen berfrekuensi. Efek Zeeman tidak sanggup dijelaskan dengan memakai atom Bohr dengan demikian diharapkan model atom yang lebih lengkap(Giancoli,2001).
Oleh lantaran itu dilakukanlah percobaan imi untuk sanggup memahami lebih dalam mengenai Efek Zeeman serta sanggup mengaplikasikannya dalam kehidupan sehari-hari.
2.1 Memahami prinsip kerja Efek Zeeman
2.2 Menghitung momen magneton Bohr dari hasil eksitasi lampu Cadmium
III. Dasar Teori
Efek Zeeman ialah imbas garis-garis embel-embel dalam spektrum emisi dikala atom-atom tereksitasi diletakkan didaerah bermedan magnet homogen. Dalam medan magnet, energi keadaan atomik tertentu bergantu pada harga Mt menyerupai juga pada n. Keadaan atom dengan bilangan kuantum n, terbelah menjadi beberapa kalau keadaan itu berada dalam medan magnet, dan energinya sanggup sedikit lebih besar atau lebih kecil dari keadaan tanpa medan magnet. Gejala itu mengakibatkan terpisahnya spektrum garis menjadi garis-garis halus yang terpisah kalau atom diletakkan dalam medan magnet. Peristiwa terpecahnya spektrum garis menjadi garis-garis halus dalam medan magnet disebut Efek Zeeman(Savin,1999).
Pada Efek Zeeman normal, sebuah garis spektrum terpisah menjadi tiga komponen. Hal ini lantaran spin elektron diabaikan. Elektron mempunyai spin sehingga momen magnet spin juga harus ditinjau. Jika hal ini dilakukan, pada pemisahan tingkat energi menjadi lebih rumit dari garis-garis spektrum sanggup terpisah menjadi lebih dari tiga komponen. Sehingga perkara inilah yang dikenal sebagai Efek Zeeman tidak normal(Ruswanto,2007).
Jika atom homogen yang berada dalam keadaan 2p (l=1) ditempatkan dalam medan magnet homogen B (vektor), maka momen magnet μL (vektor) akan berinteraksi dengan medan magnet B yang menghasilkan energi :
Persamaan diatas mengatakan bahwa momen magnet yang searah dengan medan magnet akan mempunyai energi yang lebih rendah daripada momen magnet yang berlawanan dengan medan magnet. Jika medan magnet searah sumbu Z, maka :
Ingat bahwa medan magnet B searah dengan sumbu z dan komponen L yang searah dengan sumbu z ialah Lz. Dengan mengingat Lz = ml.ħ diperoleh :
Besarnya μB = eħ/2m dikenal dengan magneton Bohr (μB = 9,27.10-24 J/T). Jika tanpa medan magnet, tingkat 2p mempunyai energi E0 = -3,4 ev dan kalau ada medan magnet, energinya menjadi E0 + E = E0 + ml.μB.B. Artinya dengan medan magnet kini terdapat tiga energi yang berbeda tegantung pada nilai ml(Krane,2011).
Dalam medan magnet eksternal B, sebuah kutub magnet mempunyai energi potensial Vm yang bergantung dari besar momen magnet μ dan orientasi momen terhadap medan. Fungsi energi potensial magnet sebuah atom dalam medan magnet ialah :
dengan cos θ = ml / √l(l+1), sedangkan harga L = ħ √l(l+1. Untuk mendapat energi magnetik sebuah atom yang mempunyai bilangan kuantum magnetik ml kalau atom itu terletak dalam medan magnetik B, dimasukkan persamaan cos θ dan L dalam persamaan (4), maka (Beiser,1995) :
Prinsip utama Efek Zeeman ialah gampang memecah spektrum garis sebuah atom menjadi garis-garis halus dalam medan magnet. Elektron yang bergerak mengelilingi orbitnya sanggup menghasilkan arus dan medan magnet yang mana memisahkan momen magnet, besarnya arus yang dihasilkan sanggup dirumuskan sebagai berikut (Serway,2010) :
sedangkan momen magnetik yang dihasilkan besarnya sebagai berikut :
μ = I.A
μ = - e.f.A
μ = - e.f.2π.r2 ..........(7)
Prinsip kerja dari Efek Zeeman ialah menguji lampu Cadmium tanpa memakai medan magnetik cahaya yang dipancarkan oleh lampu tersebut kemudian melewati rangkaian optik interferometer semoga pada layar sanggup diketahui referensi gelap dan referensi terang, pada layar akan terlihat garis spektral yang terpisah antara satu garis dengan garis yang lainnya, apabila medan magnetik diperbesar maka akan telrihat suatu garis yang terpecah dari garis awalnya. Spektrum garis atomik teramati dikala arus listrik dialirkan melalui gas didalam sebuah tabung lecutan gas. Garis-garis embel-embel dalam spektrum emisi teramati kalau atom-atom tereksitasi diletakkan dalam medan magnet luar. Satu garis didalam spektrum garis emisi terlihat sebagai tiga garis (dengan dua garis tambahan) didalam spektrum apabila atom diletakkan didalam medan magnet ketika medan magnet diberikan, keadaan-keadaan doblet atau triplet sanggup terpisah pada tingkat energi yang terdegenerasi. Fenomena pemisahan garis spektral oleh medan magnet disebut sebagai Efek Zeeman(Kehn,1994).
IV. Metodologi Percobaan
a. Amperemeter (1 buah), berfungsi sebagai pengukur arus yang diberikan
b. Power supply (1 buah), berfungsi sebagai sumber tegangan
c. Elektromagnet (1 buah), berfungsi sebagai sumber medan magnet
d. Lampu Cadmium (1 buah), berfungsi sebagai sumber cahaya yang diamati
e. Kapasitor (1 buah), berfungsi sebagai penyimpan muatan dan penyetabil arus
f. Teslameter (1 buah), berfungsi sebagai penghitung medan magnet
g. Sistem optik yang terdiri dari iris diafragma, lensa +50 mm, Fabri-Perot interferometer, lensa +30 mm, analyser, lensa +150 mm, 4 garis spektral (masing-masing 1buah), berfungsi untuk melihat bencana Efek Zeeman
4.2 Gambar Rangkaian Alat
4.3 Langkah Kerja
4.4 Metode Grafik
4.4.1 Perbandingan medan magnet terhadap arus
4.4.2 Hubungan ΔV/2 terhadap medan magnet
V. Data dan Analisa
5.2 Analisa Data
Percobaan ini dilakukan untuk melaksanakan pengamatan terhadap spektrum yang terbentuk dari sebuah sumber cahaya (lampu cadmium) ketika diberikan medan magnet yang berasal dari sebuah kumparan yang dihasilkan oleh arus listrik. Diantara kumparan tersebut dipasang lampu cadmium sebagai sumber cahaya yang akan diuji. Agar lebih gampang diamati, pada rangkaian optik diberi filter cahaya (iris diafragma) yang hanya sanggup meneruskan cahaya merah, sehingga dari lensa sanggup terlihat referensi melingkar dari garis-garis spektrum tersebut.
Prinsip kerja pada percobaan ini ialah menguji lampu cadmium dengan memakai medan magnetik, kemudian cahaya akan diteruskan melewati rangkaian interferometer sehingga pada layar sanggup teramati referensi gelap dan terang. Pada layar juga terbentuk garis spektral yang terpisah antara satu garis dengan garis lainnya. Apabila medan magnetik diperbesar maka akan semakin terlihat suatu garis yang terpecah dari garis awalnya.
Pada pecobaan ini dipakai variasi arus yang dimulai dari 0 hingga 6,4 Ampere dengan penambahan inverval sebesar 0,4 Ampere. Semakin besar arus yang diberikan terhadap kumparan maka semakin besar pula medan magnet yang dihasilkan, sehingga jari-jari yang dihasilkan pada referensi garis spektral semakin lebar. Data yang diperoleh pada percobaan ini ialah arus yang dipakai dan jari-jari dari perpecahan spektral atomik dari atom tersebut.
Prinsip kerja pada percobaan ini ialah menguji lampu cadmium dengan memakai medan magnetik, kemudian cahaya akan diteruskan melewati rangkaian interferometer sehingga pada layar sanggup teramati referensi gelap dan terang. Pada layar juga terbentuk garis spektral yang terpisah antara satu garis dengan garis lainnya. Apabila medan magnetik diperbesar maka akan semakin terlihat suatu garis yang terpecah dari garis awalnya.
Pada pecobaan ini dipakai variasi arus yang dimulai dari 0 hingga 6,4 Ampere dengan penambahan inverval sebesar 0,4 Ampere. Semakin besar arus yang diberikan terhadap kumparan maka semakin besar pula medan magnet yang dihasilkan, sehingga jari-jari yang dihasilkan pada referensi garis spektral semakin lebar. Data yang diperoleh pada percobaan ini ialah arus yang dipakai dan jari-jari dari perpecahan spektral atomik dari atom tersebut.
Dari tabel 1 diketahui bahwa variabel terikatnya ialah besar lengan berkuasa medan magnet (B) dalam militesla (mT) dan variabel bebasnya ialah besar lengan berkuasa arus (I) dalam ampere (A). Dari grafik 1 diatas didapatkan nilai gradien atau slope (m) sebesar 76,846 dan dengan ketelitian sebesar 99,6%. Pada grafik 1 terlihat bahwa hubungan antara medan magnet dan arus berbanding lurus. Artinya semakin besar arus yang diberikan terhadap kumparan maka medan magnet yang dihasilkan semakin besar pula. Hal ini sanggup mempengaruhi garis-garis spektral yang terbentuk.
Untuk memilih nilai magneton Bohr, maka langkah awal ialah mencari nilai jari-jari dalam (ra) dan luar bulat (rb) pada garis spektral yang terbentuk sebanyak 4 garis dari titik pusat, yang disebabkan oleh variasi arus yang diberikan mulai dari 0 hingga 6,4 Ampere, dengan interval penambahan 0,4 Ampere. Berdasarkan percobaan diperoleh data jari-jari dalam (ra), jari-jari luar (rb), arus (I), dan medan magnet (B), sehingga sanggup ditentukan grafik hubungan antara ΔV/2 terhadap medan magnet (B) menyerupai pada gambar grafik berikut ini
Untuk memilih nilai magneton Bohr, maka langkah awal ialah mencari nilai jari-jari dalam (ra) dan luar bulat (rb) pada garis spektral yang terbentuk sebanyak 4 garis dari titik pusat, yang disebabkan oleh variasi arus yang diberikan mulai dari 0 hingga 6,4 Ampere, dengan interval penambahan 0,4 Ampere. Berdasarkan percobaan diperoleh data jari-jari dalam (ra), jari-jari luar (rb), arus (I), dan medan magnet (B), sehingga sanggup ditentukan grafik hubungan antara ΔV/2 terhadap medan magnet (B) menyerupai pada gambar grafik berikut ini
Dari grafik 2 diatas diperoleh nilai slopenya atau gradien (m) sebesar 2,91.10-5 sehingga kalau dimasukkan pada persamaan yang ada didapatkan nilai magneton bohr atau μB sebesar 5,79.10-30 J/T. Hasil tersebut berbeda dengan literatur yaitu 9,27.10-24 J/T dan berdasarkan literatur juga bahwa semakin besar medan magnet yang dihasilkan maka nilai dari ΔV/2 juga akan semakin besar. Hubungan antara medan magnet dengan ΔV/2 ialah berbanding lurus. Akan tetapi pada grafik 2 diatas sanggup diamati bahwa titik-titiknya mengalami fluktuasi (naik-turun). Hal ini sanggup disebabkan beberapa faktor kesalahan, antara lain menyerupai pembacaan nilai amperemeter yang salah alasannya ialah nilainya berubah-ubah, kesalahan dalam membaca besar jari-jari pada garis yang terbentuk, intensitas lampu cadmium yang sudah mulai berkurang, arus yang tidak stabil pada kapasitor, dan lain-lain.
Pada dikala percobaan, ketika lampu cadium diberi arus kecil maka garis spektral yang terbentuk hanyalah bulat tipis, belum terlihat penggalan garis spektralnya. Namun ketika diberi arus yang semakin besar maka diperoleh garis spektral yang terlihat terperinci dan jari-jarinya semakin besar
VI. Kesimpulan
6.1 Prinsip kerja Efek Zeeman ialah menguji lampu cadmium dengan memakai medan magnetik, kemudian cahaya akan diteruskan melewati rangkaian interferometer sehingga pada layar sanggup teramati referensi gelap dan terang. Pada layar juga terbentuk garis spektral yang terpisah antara satu garis dengan garis lainnya. Ketika medan magnet semakin besar maka garis spektrumnya terlihat terperinci terpecah menjadi garis-garis yang halus
6.2 Nilai magneton Bohr dari hasil eksperimen lampu cadium yaitu sebesar μB = 5,79.10-30 J/T sedangkan pada literatur sebesar μB = 9,27.10-24 J/T
VII. Daftar Pustaka
Giancoli, Douglas.2001. Fisika Jilid 2. Jakarta : Erlangga.
Kehn, Keneth.1994. Fisika Modern Edisi Keempat. Jakarta : Bumi Aksara.
Krane, K.1995. Konsep Fisika Mdern Edisi Ketiga. Jakarta : Erlangga.
Ruswanto, B.2007. Asas-Asas Fisika. Jakarta : PT Ghalia Indoretis.
Savin, W.1999. Modern Physics Second Edition. NCW Jersey : Mc Graw-Hill.
Serway, R.A.2010. Physics For Sciention and Engineer Volume 2 Edition 8. Canda : Cengage Learning.
VIII. Bagian Pengesahan
-
IX. Lampiran
9.1 Perhitungan Grafik
μB = m.h.c
μB = 2.91.10-5.6,626.10-34.3.108
μB = 5,79.10-30 J/T
Belum ada Komentar untuk "Laporan Praktikum Dampak Zeeman"
Posting Komentar