Tetes Minyak Millikan

Tetes Minyak Millikan. Selama periode 1909 s.d. 1913, Robert Millikan melakukan sejumlah percobaan yang sangat baik untuk mengukur nilai e, besar muatan elementer pada electron, dan menunjukkan nilai alami dari muatan tersebut. Peralatan yang digunakan terdiri dari dua plat logam sejajar seperti pada gambar 1.

 

 

Gambar 1. Skema Percobaan Millikan

Tetesan minyak dari atomizer dilewatkan melalui sebuah lubang kecil pada plat bagian atas. Millikan menggunakan sinar-x untuk mengionisasi udara di dalam chamber , sehingga elektron yang dilepaskan dapat mengikuti tetesan minyak, dan memberinya muatan negatif. Seberkas cahaya horizontal diarahkan untuk melihat tetesan minyak yang diamati melalui teropong yang sumbu panjangnya sejajar dengan arah berkas cahaya tersebut. Jika tetesan minyak diamati dengan cara seperti ini akan terlihat seperti bintang yang gemerlap, dan laju jatuhnya setiap tetesan dapat ditentukan.

Misalkan sebuah tetesan bermassa m dan bermuatan negatif q. Jika tidak ada medan listrik di antara kedua plat, maka terdapat dua gaya yang bekerja pada tetesan minyak yaitu gaya gravitasi mg yang arahnya ke bawah dan gaya dorong viskositas F_d yang arahnya ke atas. Gaya angkat sebanding dengan kelajuan jatuhnya tetesan. Ketika tetesan mencapai kelajuan terminal v, maka kedua gaya tersebut seimbang satu sama lain, sehingga

mg = F_d

 

Selanjutnya, andaikan baterei yang dihubungkan ke plat menghasilkan medan listrik di antara kedua plat sedemikian sehingga plat pada bagian atas memiliki potensial listrik yang lebih tinggi. Dalam hal ini, gaya ketiga qE (gaya listrik) bekerja pula pada tetesan yang bermuatan. Oleh karena q negative dan E mengarah ke bawah, maka arah gaya listrik tersebut adalah ke atas seperti pada gambar 2b. Jika gaya ini cukup besar, maka tetesan minyak akan bergerak ke atas dan gaya dorong F’_d bekerja ke arah bawah. Ketika gaya listrik qE yang arahnya ke atas seimbang dengan jumlah gaya gravitasi dan gaya dorong ke bawah F’_d , maka tetesan minyak akan mencapai kelajuan terminal yang baru v’ dengan arah ke atas.

Gambar 2. a. Tanpa Medan Listrik. B. Dengan Medan Listrik

Dengan adanya medan listrik, sebuah tetesan bergerak ke atas dengan lambat, dengan laju yang mendekati seperseratus cm/s. Laju ini dapat dibandingkan pada masing-masing tetesan. Dengan cara ini sebuah tetesan dapat diamati selama berjam-jam, baik ketika jatuh maupun ketika bergerak naik, dengan memberikan dan meniadakan medan listrik secara bergantian.

Setelah mencatat pengukuran pada ribuan tetesan, Millikan dan rekan kerjanya menemukan bahwa semua tetesan, dengan presisi 1 %, memiliki muatan sebesar hasil kali bilangan bulat dengan muatan elementer e :

q = ne, dengan n = 0, -1, -1, -3, ...

dengan e = 1,60 x 10^-19 C. Percobaan Millikan menghasilkan bukti kuat bahwa muatan itu terkuantisasi. Untuk hasil tersebut, Millikan diberi Hadiah Nobel pada bidang Fisika pada tahun 1923.