Prinsip Tetes Minyak Milikan

Prinsip Tetes Minyak Milikan – Percobaan tetes minyak Millikan adalah salah satu eksperimen paling terkenal dalam sejarah fisika yang dilakukan oleh Robert A. Millikan pada tahun 1909. Tujuan utama percobaan ini adalah untuk menentukan muatan dasar elektron (e), yaitu muatan terkecil yang dimiliki oleh sebuah partikel.

Baca juga: Peranan CMB dalam Pembentukan Alam Semesta

Prinsip Dasar Percobaan Tetes Minyak Milikan

Percobaan ini bekerja berdasarkan gaya listrik dan gaya gravitasi yang bekerja pada tetesan minyak yang bermuatan. Berikut langkah-langkah utama dalam percobaan ini:

1. Tetesan Minyak: Tetesan minyak sangat kecil disemprotkan ke dalam ruang antara dua pelat logam yang dipasang secara horizontal. Pelat atas dan bawah dihubungkan dengan sumber tegangan listrik yang bisa diatur.
2. Gravitasi dan Gaya Hambat Udara: Saat tetesan minyak jatuh, ia akan mengalami gaya gravitasi ke bawah dan gaya hambat udara ke atas. Ketika kedua gaya ini seimbang, tetesan minyak akan bergerak dengan kecepatan terminal (kecepatan konstan).
3. Penyinaran dengan Sinar X: Sinar-X digunakan untuk mengionisasi udara di sekitar tetesan minyak, sehingga beberapa tetesan menjadi bermuatan dengan menangkap elektron.
4. Gaya Listrik: Dengan memberikan medan listrik antara dua pelat, tetesan minyak yang bermuatan akan mengalami gaya listrik yang arahnya bisa ke atas atau ke bawah tergantung pada muatan tetesan minyak dan arah medan listrik.
5. Keseimbangan Gaya: Millikan mengatur medan listrik sedemikian rupa sehingga gaya listrik mengimbangi gaya gravitasi, menyebabkan tetesan minyak yang bermuatan melayang atau bergerak sangat lambat. Dengan ini, Millikan dapat mengukur gaya listrik yang bekerja pada tetesan.
6. Perhitungan Muatan Elektron: Dari data kecepatan jatuh tetesan tanpa medan listrik (kecepatan terminal) dan medan listrik yang dibutuhkan untuk membuat tetesan minyak melayang, Millikan menghitung muatan pada tetesan minyak. Dengan mengulangi eksperimen ini banyak kali, ia menemukan bahwa semua muatan yang diukur adalah kelipatan dari suatu nilai tertentu, yaitu muatan dasar elektron.

Untuk memahami eksperimen tetes minyak milikan, silakan simak penjelasan rincinya melalui video di bawah ini:

Rumus Penting

Untuk menghitung muatan tetesan minyak, berikut rumus-rumus yang digunakan:

Gaya gravitasi pada tetesan minyak

Di sini, r adalah jari-jari tetesan, ρ adalah densitas minyak, dan g adalah percepatan gravitasi.

Dengan mengatur medan listrik hingga tetesan melayang (gaya gravitasi setara dengan gaya listrik),

Gaya listrik yang bekerja pada tetesan:

Di mana q adalah muatan tetesan, dan E adalah medan listrik.

Dengan mengatur medan listrik hingga tetesan melayang (gaya gravitasi setara dengan gaya listrik), eksperimen tetes minyak millikan ini dapat menentukan muatan q pada tetesan.

Contoh Soal

Soal: Sebuah tetesan minyak dengan jari-jari r=2 x10^-6 m dan densitas ρ=900kg/m³ berada di medan listrik dengan intensitas E = 3 x 10⁵ N/C. Jika medan listrik menyebabkan tetesan minyak melayang dalam keadaan setimbang, hitunglah muatan pada tetesan minyak. Diketahui percepatan gravitasi g = 9.8 m/s².

Pembahasan:

Baca juga: Soal Gerak Melingkar HOTS Part 1 dan Pembahasannya

Kesimpulan Percobaan Tetes Minyak Milikan

Percobaan tetes minyak Millikan menunjukkan bahwa muatan listrik selalu ada dalam kelipatan tertentu, yang dikenal sebagai muatan dasar elektron. Ini adalah eksperimen penting yang mendukung konsep kuantisasi muatan, yang menjadi dasar teori listrik dan elektron.