Laporan Praktikum Sinar Katoda

www.hajarfisika.com

Laporan Praktikum Sinar Katoda

SINAR KATODA

I. Latar Belakang
          Elektron merupakan salah satu inovasi penting yang sanggup menjelaskan banyak sekali fenomena fisika,salah satunya yaitu tanda-tanda kelistrikan dan kemagnetan.Pada awalnya elektron sangat sulit ditemukan,setelah melalui beberapa eksperimen, kesudahannya seorang fisikawan yang benama Sir Joseph John Thompson (1856-1940) pada tahun 1897 menunjukan percobaan meyakinkan bahwa sinar katoda yaitu pancaran berkas partikel bermuatan negatif.
          Dalam percobaannya, Thompson menemukan bahwa sinar katoda yang terdiri dari partikel-partikel negatif ini disebut dengan elektron. Katoda yang bermuatan negatif memancarkan elektron yang dipercepat oleh penarikan anoda yang bermuatan positif. Suatu elektron dengan kecepatan tinggi yang dipancarkan dari katoda pada sebuah tabung dalam keadaan vakum disebut dengan sinar katoda(Beisser,1988).
          Oleh lantaran itu dilakukanlah percobaan sinar katoda ini, untuk sanggup memahami lebih dalam karakteristik dari tabung sinar katoda.


II. Tujuan Percobaan
2.1 Mengamati proses terjadinya sinar katoda
2.2 Menentukan imbas tekanan dalam tabung sinar katoda terhadap fenomena yang terjadi dalam tabung dan menjelaskan fenomena yang terjadi
2.3 Membuktikan sifat-sifat sinar katoda


III. Dasar Teori
          Sinar katoda merupakan berkas distribusi elektron yang terbentuk didalam tabung sinar katoda. Tabung sinar katoda mempunyai ruang yang didalam tabungnya sangat vakum. Katoda sebelah kiri sangat ditinggikan temperaturnya dengan alat pemanas, dan elektron-elektronnya menguap dari permukaannya. Penguapan elektron ini disebut sinar katoda. Sinar-sinar katoda dipercepat melalui tegangan tinggi yang dikendalikan dengan medan magnet yang dibangkitkan dengan sepasang koil(Zemansky,1986).
          Sifat dan karakteristik sinar katoda yaitu sebagai berikut (Hans,1999) :
1. Bermuatan negatif
2. Merambat berdasarkan garis lurus
3. Dapat memendarkan zat-zat tertentu ibarat sulfida, seng, barium, platina, dan sianida
4. Dapat menjadikan sinar x saat menumbuk zat
5. Menghasilkan sinar x saat menumbuk zat
6. Menghitamkan plat film
7. Dapat dibelokkan oleh medan listrik dan medan magnet
          Percobaan memakai tabung lecutan gas pada keadaan hampa udara dengan memanfaatkan teknik pemvakuman Geisler yang bisa memancarkan sinar hijau pucat dalam bentuk sinar katoda yang dilakukan Julis Plucker. Kemudian insiden tersebut dijelaskan oleh Sir William Crookes pada tahun 1879 yang berhasil menunjukkan bahwa sinar katoda merupakan berkas sinar bermuatan negatif yang oleh Thompson disebut sebagai elektron. Munculnya sinar katoda dipengaruhi oleh besarnya tegangan dan besarnya tekanan didalam tabung (Keenan,1989) :

Keterangan :
1. Layar Fluorensi
2. Kumparan pembelok elektron
3. Kumparan pemfokus
4. Berkas elektron
5. Katoda
6. Pemanas
7. Anoda
8. Sumber listrik
9. Pancaran katoda
10. Daerah gelap
11. Ke pompa vakum
12. Pancaran ungu
          Sinar susukan dihasilkan dari tahap berikut, yaitu saat sinar katoda menjalar dari katoda ke anoda maka sinar ini akan membentuk gas hidrogen yang berada didalam tabung sehingga elektron gas hidrogen terlepas dan membentuk ion positif. Ion hidrogen yang bermuatan nyata selanjutnya bergerak menuju kutub negatif (katoda) dengan sebagian ion hidrogen lolos dari lubang katoda (Widyanto,2008).
          Munculnya sinar katoda pada tabung sinar katoda ini dipengaruhi oleh besarnya tegangan dan besarnya tekanan didalam tabung. Apabila tekanan gas didalam tabung dikurangi dengan cara memompa gas keluar (memvakumkan gas), maka akan terjadi peristiwa-peristiwa (Depari,1987) :
1. Pada tekanan gas sekitar 20 mmHg, didalam tabung mulai tampak membisu arus listrik yang berbentuk pita berwarna ungu
2. Pada tekanan gas sekitar 5 mmHg didekat katoda timbul pijar negatif kebiruan. Di dalam tabung timbul kolom-kolom pijar merah muda. Diantara kolom nyata dan pijar negatif terdapat ruang gelap Faraday
3. Pada tekanan gas sekitar 0,05 mmHg, pijar negatif bergeser ke tengah dan dibelakangnya timbul ruang gelap Crookes
4. Pada tekanan gas sekitar 0,01 mmHg, semua cahaya didalam tabung menghilang, beling didekat anoda berpendar kehijau-hijauan
          Apabila partikel elektron bergerak dengan kecepatan (v) didaerah dengan berpengaruh medan (B) maka partikel tersebut akan mengalami pembelokan yang mengakibatkan timbulnya gaya magnetik (F_m) (Tippler,1991) :

IV. Metodologi Percobaan
4.1 Alat dan Bahan
a. Tabung J.J Thomson (1 buah), berfungsi untuk mengamati terjadinya sinar katoda
b. Pompa vakum rotary (1 buah), berfungsi untuk mengatur besar kecilnya tekanan
c. Magnet kecil (1 buah), berfungsi untuk menunjukan sifat-sifat sinar katoda
d. Power Supply (1 buah), berfungsi sebagai sumber tegangan masukan pada elektroda
e. Kabel penghubung (secukupnya), berfungsi untuk menghubungkan arus listrik dari 1 komponen ke komponen lainnya


4.2 Gambar Rangkaian Alat

4.3 Langkah Kerja

V. Data dan Analisa

5.1 Data Percobaan

5.2 Analisa Data

          Prinsip kerja pada percobaan ini yaitu dengan menciptakan tekanan pada tabung katoda menjadi sangat rendah, sehingga letak molekul-molekul udara menjadi sangat renggang. Dalam gerakannya menuju katoda (-) tanggapan diberi tegangan listrik yang tinggi, ion-ion nyata membentur katoda dengan kecepatan tinggi. Benturan-benturan tersebut menjadikan lecutan listrik yang menunjukkan adanya elektron-elektron yang terlepas atau tereksitasi dari logam katoda. Elektron-elektron yang tereksitasi ini akan memancarkan suatu cahaya atau sinar, yaitu sinar katoda.

          Alat yang dipakai pada percobaan ini yaitu 1 buah tabung J.J thompson atau tabung sinar katoda yang berfungsi untuk mengamati terjadinya sinar katoda, 1 buah pompa vakum rotary untuk mengatur besar kecilnya tekanan, 1 buah magnet kecil untuk menunjukan sifat-sifat sinar katoda, 1 buah power supply sebagai sumber tegangan masukkan pada elektroda, dan kabel penghubung secukupnya untuk menghubungkan arus listrik dari 1 komponen ke komponen lainnya.

          Untuk mengamati peristiwa-peristwa yang terjadi pada sinar katoda terlebih dahulu pompa vakum di on kan pada katoda kemudian kran pompa vakum dibuka dan ditutup pelan-pelan, kemudian tekanan diminimumkan semoga letak molekul-molekul udara menjadi sangat renggang. Nilai tegangan diatur 2,4 kV. Ketika pengatur tekanan diubah bertahap terdapat banyak sekali macam fenonema yang terjadi dan perubahan dari tekanan ini menghipnotis nilai tegangan.

Gambar 6.1 diatas yaitu insiden yang terjadi saat tekanan diminimumkan pada tegangan 2,4 kV volt. Tidak terlihat adanya sinar yang tampak pada tabung sinar katoda, lantaran mengatur tekanan menjadi minimum menciptakan udara semakin sedikit atau hampir tidak ada, sehingga tidak ada elektron yang tereksitasi pada atom diudara. 

Gambar 6.2 diatas yaitu insiden yang terjadi saat tekanan diperbesar sedikit, efeknya tegangan bermetamorfosis 2,0 kV dan terjadi lucutan elektron berupa pijar negatif. Tanda panah C yaitu pijar negatif atau sinar katoda, tanda panah A dan B yaitu ruang gelap Crookes yaitu ruang gelap yang terjadi pada pijar negatif. 

Gambar 6.3 yaitu insiden yang terjadi saat tekanan diperbesar sedikit, efeknya tegangan bermetamorfosis 1,5 kV. Tanda panah D yaitu pijar negatif, tanda panah A yaitu ruang gelap Crookes, tandah panah C yaitu sinar susukan atau sinar anoda yang muncul lantaran adanya sedikit udara yang masuk pada tabung sinar katoda sehingga mengeksitasi elektron pada atom diudara dan terdapat pancaran sinar anoda. Tanda panah B yaitu ruang gelap Faraday yaitu ruang gelap yang terjadi antara sinar katoda dan anoda tanggapan adanya udara yang masuk. 

Gambar 6.4 yaitu insiden yang terjadi saat tekanan diperbesar sedikit lagi, efeknya tegangan bermetamorfosis 0,8 kV. Tanda panah A yaitu pijar negatif, tanda panah B yaitu ruang gelap crookes, tandah panah D yaitu ruang gelap Faraday, tanda panah C dan E yaitu kolom-kolom positif, yaitu kolom-kolom udara yang terbentuk saat ruang gelap Faraday memasuki wilayah sinar anoda atau kanal. Sinar anoda ini masih bersifat diskontinu. 

Gambar 6.5 yaitu insiden yang terjadi ketka tekanan diperbesar sedikit lagi, efeknya tegangan bermetamorfosis 1 kV. Tegangan ini tiba-tiba naik, lantaran semakin banyak udara pada sinar katoda sehingga tegangan yang dibutuhkan untuk mengeksitasi elektron pada atom di udara menjadi besar. Tandah panah A yaitu ruang gelap Crookes, tanda panah D yaitu pijar negatif, tandap panah E yaitu ruang gelap faraday, tanda panah B yaitu kolom-kolom nyata (diskontinyu), tanda panah C yaitu kolom-kolom nyata yang memendek dan merapat (hampir kontiyu), ini terjadi lantaran tegangan tidak cukup untuk mengeksitasi elektron pada atom diudara. 

Gambar 6.6 yaitu insiden yang terjadi saat tekanan diperbesar sedikit lagi, efeknya tegangan bermetamorfosis 0,9 kV. Tanda panah A adalahh pijar negatif, tandah panah D yaitu kolom-kolom nyata (diskontinyu), tanda panah B yaitu adalah kolom-kolom nyata yang memendek dan merapat (hampir kontiyu), tanda panah C yaitu sinar susukan yang kontiyu (tidak terdapat kolom positif). Sinar kontinyu ini terjadi lantaran semua elektron berhasil tereksitasi pada atom di udara (tegangan mencukupi). 

Gambar 6.7 yaitu insiden yang terjadi saat tekanan diperbesar sedikit lagi, efeknya tegangan bermetamorfosis 1,1 kV. Tanda panah A yaitu pijar negatif yang semakin memendek, tanda panah B yaitu ruang gelap crookes, tanda panah C yaitu sinar susukan yang bersifat kontinu. Kolom udara yang meregang berarti berkas sinar tersebut berbentuk diskrit. Kolom udara yang semakin merapa berarti berkas sinar tersebut berbentuk kontinyu. Semakin besar tegangan, berarti energi akan semakin kuat, sehingga warna sinar akan semakin terlihat terang dan sinar semakin kontinyu. Semakin besar pemvakuman, maka udara akan semakin sedikit. Dengan tegangan (energi) yang terbatas, maka energi tidak akan cukup untuk mengeksitasi elektron pada atom diudara, sehingga bentuk kolom akan semakin memendek dan merapat

Gambar 6.8 yaitu insiden yang terjadi saat tekanan diperbesar sedikit lagi, efeknya tegangan bermetamorfosis 1,1 kV. Tanda panah A adalah ruang gelap crookes, tanda panah C adalah pijar negatif yang semakin memendek dan menghlang, Tanda panah B yaitu sinar susukan yang bersifat kontinu dan bernilai maximum. 

Gambar 6.9 adalah insiden yang terjadi saat tekanan diperbesar sedikit lagi, efeknya tegangan bermetamorfosis 1,1 kV. Tidak terlihat adanya sinar yang tampak pada tabung sinar katoda lantaran udara telah memenuhi isi tabung sehingga tekanan semakin besar dan menciptakan tegangan menjadi semakin kecil atau mendekati nol.

          Kolom udara yang meregang berarti berkas sinar tersebut berbentuk diskrit. Kolom udara yang semakin merapa berarti berkas sinar tersebut berbentuk kontinyu. Semakin besar tegangan, berarti energi akan semakin kuat, sehingga warna sinar akan semakin terlihat terang dan sinar semakin kontinyu. Semakin besar pemvakuman, maka udara akan semakin sedikit. Dengan tegangan (energi) yang terbatas, maka energi tidak akan cukup untuk mengeksitasi elektron pada atom diudara, sehingga bentuk kolom akan semakin memendek dan merapat.

Gambar 6.10 dan 6.11 yaitu insiden yang terjadi pada sinar anoda dan katoda jika dikenai magnet eksternal maka sinar akan membelok ke arah magnet tersebut atau menyimpang, ditunjukkan oleh tanda panah D pada gambar 6.10 dan C pada gambar 6.11. Hal ini menunjukan bahwa sifat dari sinar katoda yang sanggup membelok lantaran medan magnet dari magnet eksternal, dan apabila magnet eksternal ditarik maka sinar katoda dan anoda akan bergerak/menjalar lurus kembali.

VI. Kesimpulan

6.1 Proses terjadinya sinar katoda dikarenakan adanya lecutan listrik melalui gas didalam tabung yang bertekanan rendah dan dibutuhkan tegangan untuk menjadikan sinar susukan dan juga sinar katoda
6.2 Dengan mengatur tekanan pada permukaan udara maka akan muncul fenomena diantaranya nampak sinar warna ungu pada katoda dan warna orange berbentuk kolom-kolom pijar nyata dan negatif
6.3 Sifat-sifat sinar katoda
a. Arah gerak sinar katoda berupa garis lurus dari katoda ke anoda
b. Apabila sinar katoda didekatkan magnet yang menghasilkan medan magnet sinar akan berbelok atau menyimpang


VII. Daftar Pustaka

Beisser, A.1988. Fisika Modern. Jakarta : Erlangga.
Depari, G.1987. Pokok-Pokok Elektronika. Bandung : M25.
Hans, Parkrik.1999. Dari Atomos sampai Quark. Jakarta : Universitas Atma Jaya.
Hassan, S.1973. Ensiklopedia Umum (Terjemahan). Yogyakarta : Kanisius.
Keenan, Kelinfelter.1989. Ilmu Kimia Universitas. Jakarta : Erlangga.
Tippler.1991. Fundamental Physics. Jakarta : Erlangga.
Widyanto.2008. Elektromagnetika. Yogyakarta : Graha Ilmu.
Zemansky.1986. Fisika Untuk Universitas. Jakarta : Erlangga.


VIII. Bagian Pengesahan
-


VIII. Lampiran

Bagikan Artikel ini