LABORATORIUM FISIKA MODERN DAN ASTRONOMI

MENENTUKAN e /m BERDASARKAN PERCOBAAN MUATAN PARTIKEL YANG

BERGERAK MELINTASI MEDAN MAGNET MENGGUNAKAN
MEDIA OPHYSICS

DOSEN PENGAMPU :
Drs. Iwan Suswandi, M.Si.
Ni Putu Ayu Hervina Sanjayanti, S.Pd., M.Pd.

OLEH :
Purmia Sari 1913021026
I N.Widya Artha 1913021030
Ni Made Dwi Andayani 1913021031
(IV A)

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN FISIKA DAN PENGAJARAN IPA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS PENDIDIKAN GANESHA
SINGARAJA
2021
A. Judul Praktikum
Menentukan e /m Berdasarkan Percobaan Muatan Partikel Yang
Bergerak Melintasi Medan Magnet Menggunakan Media oPhysics.
B. Tujuan Praktikum
Menentukan nilai konstanta e /m pada percobaan Muatan Partikel yang
bergerak melintasi medan magnet
C. Dasar Teori
Pada abad ke-19 hubungan antara listrik dengan magnetisme belum
diketahui pada saat Hans Christian Oersted menemukan bahwa arus listrik
mempengaruhi jarum kompas. Selanjutnya percobaan berikutnya dilakukan
oleh Andre Marie Ampere menunjukkan bahwa arus listrik menarik serpihan
besi yangmana arus sejajar akan saling tarik menarik. Ampere menyatakan
bahwa sumber dasar medan magnet bukanlah kutub magnet melainkan arus
listrik (Siswanto, Susantini, & Jatmiko, 2018). Kemudian, ampere
menyimpulkan bahwa magnetisme magnet permanen diakibatkan oleh
penyearahan simpal arus molekuler di dalam suatu bahan. Sekarang kita
ketahui bahwa simpal arus ini sebagian terjadi akibat gerak elektron dalam
atom atau sebagian lagi akibat putaran elektron, sifat mekanis-kuantum dari
elektron. Seperti gaya listrik, kita menganggap gaya magnetik itu dipindahkan
oleh sesuatu, yakni medan magnetik. Muatan yang bergerak menghasilkan
medan magnetik yang selanjutnya menggerakan suatu gaya pada muatan
bergerak lainnya
Pada tahun 1897 J.J Thomson melakukan percobaan yang menunjukan
bahwa sinar dalam tabung katoda dapat dibelokan oleh medan listrik dan
medan magnet, sehingga dapat diketahui bahwa sinar tersebut mengandung
partikel-partikel yang bermuatan listrik (Latif, 2017). Dengan mengukur
besarnya penyimpangan partikel sinar yang disebabkan oleh medan listrik dan
medan magnetik ini, Thomson dapat menunjukan bahwa semua partikel
memiliki perbandingan muatan terhadap massa (e/m) relatif sama. Ia juga
menunjukan bahwa partikel dengan perbandingan muatan terhadap massa ini
dapat diperoleh dengan menggunakan sembarang bahan untuk katodanya.
 Partikel yang terkandung dalam sinar ini, kemudian disebut elektron
dan merupakan bahan dasar seluruh materi. Prinsip yang digunakan Thomson
dalam melakukan pengukuran ini yaitu, jika suatu muatan elektron bergerak di
dalam ruang yang berada di bawah pengaruh medan magnet atau medan listrik
maka muatan tersebut akan mengalami gaya sehingga pergerakan elektron
akan menyimpang. Adanya gejala fisis ini dipertimbangkan sebagai
pergerakan muatan elektron di dalam medan magnet maupun medan listrik
persis seperti partikel yang dilemparkan horizontal di dalam medan gravitasi
bumi. Sistem yang digunakan terdiri dari sebuah tabung katode dan kumparan
yang berfungsi untuk menghasilkan medan magnet. Kumparan ini disebut
kumparan Helmholtz yang digunakan untuk menghilangkan medan magnet
bumi dan untuk memberikan medan magnet yang konstan dalam ruang yang
sempit dan terbatas.

Gambar 1. Set Alat Percobaan Thomson

Sumber: http://ayosemangatnugas.blogspot.com/2017/11/percobaan-thomson-menentukan-nilai.html

Ketika katoda dialiri arus listrik, katoda tersebut akan berpijar karena
tumbukan elektron-elektron di dalamnya sehingga dapat menyebabkan
elektron dari katoda tersebut loncat dari katoda dan memasuki daerah medan
magnet dari kumparan yang dialiri arus listrik. Pada saat katoda dialiri arus
listrik maka terjadi emisi termionik. Emisi partikel-partikel bermuatan seperti
elektron dari permukaan suatu penghantar karena suhu tinggi. Emisi ini terjadi
karena elektron atau ion-ion di dalam penghantar itu mempunyai energi
kinetik yang cukup besarnya untuk melepaskan diri dari ikatan permukaan zat.
Jika arah kecepatan elektron tersebut tegak lurus dengan arah medan magnet,
maka elektron tersebut akan bergerak melingkar di dalam tabung katoda. Gaya
magnet memberikan gaya sentripetal yang diperlukan agar terjadi gerak
melingkar.
 Gambar 2. Pelepasan Elektron Dari Katoda Ke Anoda
Sumber: https://123dok.com/document/y62235gz-laporan-praktikum-fisika-modern-penentua.html

Filamen panas akan melepaskan elektron-elektron katoda dan ketika

diberikan beda potensial maka elektron-elektron bergerak dipercepat menuju
anoda. Elektron dengan massa m dan muatan e, setelah dipercepat dengan
beda potensial Va akan bergerak dengan kecepatan sebesar V sehingga energi
potensial diubah menjadi energi kinetik sebesar :
1 2 e v2
m v =eV → =
2 m 2V

Gambar 3. Elektron Bergerak Dalam Medan Magnet B

Sumber: https://123dok.com/document/y62235gz-laporan-praktikum-fisika-modern-penentua.html

Bila elektron bergerak dengan kecepatan (v) berada di dalam medan magnet
B, maka elektron tersebut akan mengalami gaya Lorentz sebesar,
F=evB
Gaya Lorentz ini menyebabkan elektron bergerak melingkar dengan gaya
sentripetal yang bekerja padanya, sehingga,
m v2
=evB
r
atau
e 2V
=
m ( Br )2
 Keterangan:
e = muatan elektron (C)
m = massa elektron (Kg)
V = Beda potensial pemercepat (Volt)
B = kuat medan magnet (Tesla)
r = jari-jari lintasan elektron (m)
Besarnya medan magnet di sekitar sumbu sepasang kumparan helmhotz
adalah,
N μ0 I
B= 3
5
( )R
4
2

Sehingga, didapatkan persamaan baru untuk e /m yaitu (Sudiatmika, 2015),

5 32
e v
= =
4
2V r ()
m Br ( NμIR )2

D. Variabel dan Definisi Operasional

1. Variabel Bebas
Variabel bebas adalah sesuatu yang nilainya sudah ditentukan atau
ditetapkan, dimana nilai ini dapat mempengaruhi nilai lainnya atau dapat
juga dikatakan bahwa nilai dari variabel ini diubah-ubah, dimana variabel
ini menjadi penyebab dalam percobaan. Adapun variabel bebas dari
percobaan ini yaitu:
- Kecepatan elektron bergerak ( v )
2. Variabel Terikat
Variabel terikat adalah variabel yang nilainya tergantung variabel
bebas atau nilainya dipengaruhi oleh variabel bebas. Dengan kata lain
variabel terikat adalah variabel yang sedang kita observasi. Adapun
variabel terikat dari percobaan ini yaitu:
- Radius lintasan elektron (r )
3. Variabel Kontrol
Variabel kontrol adalah variabel yang nilainya sebagai pengontrol
variabel terikat bebas selama percobaan dilakukan. Variabel kontrol,
 nilainya dibuat sama untuk semua perlakuan. Singkatnya variabel kontrol
merupakan variabel pembanding terhadap variabel yang diuji. Adapun
variabel kontrol pada percobaan ini yaitu:
- Medan Magnet ( B)

E. Alat dan Bahan

Adapun toolbox dari percobaan pengukuran 𝑒⁄𝑚 ini akan disajikan
pada gambar dan keterangan di bawah ini,

Gambar 5. Percobaan Pada Laboratorium Virtual

Sumber: http://ophysics.com/em7.html

Tabel 1. Alat dan Bahan

Alat & Bahan Tampilan Fungsi
Laptop Sebagai alat bantu untuk
melakukan praktikum
virtual.
 Google Untuk membuka media
Chrome laboratorium virtual
ophysics.

Tampilan Untuk menampilkan

𝑒 simulasi elektron yang
percobaan ⁄𝑚
bergerak dalam medan
magnet sehingga kita dapat
menentukan perbandingan
𝑒
⁄𝑚.
Menu Variabel Untuk mengatur massa
muatan partikel.
Untuk mengatur kecepatan
muatan partikel.
Untuk mengatur besar
muatan partikel.
Untuk mengatur besar
medan magnet.
Untuk menampilkan jari-jari
linatasan muatan partikel.
Untuk mengaktifkan
percobaan
Untuk mengatur ulang
percobaan

F. Langkah – Langkah Percobaan

 e
1. Membuka media oPhysics untuk percobaan penentuan besar di Google
m
Crome pada link: http://ophysics.com/em7.html.

2. Mengatur jenis muatan dan besar muatan pada bagian “charge”.

3. Mengatur massa muatan pada bagian “mass”.

4. Mengatur kecepatan muatan yang digunakan dengan menggeser ukuran

kecepatan pada bagian “velocity”.

5. Mengatur besar dan arah medan magnet pada bagian “Magnetic Field
Strength” dengan arah medan magnet menuju pembaca.

6. Memulai percobaan dengan menekan tombol “start” pada bagian bawah

variabel.

7. Mengamati gerakan muatan pada medan magnet

8. Mencatat nilai variabel-variabel yang ditentukan tadi seperti besar

kecepatan, medan magnet, dan jari-jari yang ditampilkan
9. Mengulangi langkah 5 sampai 8 sebanyak 5 kali
G. Teknik Analisis Data
1. Menghitung Besarnya e /m
Besar nilai e/m berdasarkan persamaannya yaitu: (Sudiatmika,
2015) (Nayiroh, 2017)
e v
=
m Br
2. Menghitung e /m Rata-Rata
Mengacu pada buku Laboratorium 1 (Rapi, 2017) dan buku
Petunjuk Praktikum Laboratorium Fisika 4 (Sudiatmika, 2015) nilai e/m
rata-rata dapat dicari dengan menggunakan persamaan:

´ )= ∑ e /m
( e /m
n
3. Menghitung Standar Deviasi Nilai e /m
Mengacu pada buku Laboratorum 1 (Rapi, 2017) dan buku
Petunjuk Praktikum Laboratorium Fisika 4 (Sudiatmika, 2015) maka,
standar deviasi panjang gelombang dapat dicari menggunakan persamaan:
2

Δ e/m=

4. Menghitung KR nilai e /m
√ n(n−1)
´ )
∑ ( (e /m)−(e /m)

Mengacu pada buku Laboratorium 1 (Rapi, 2017) besar kesalahan

relatif dapat dicari dengan menggunakan persamaan:
∆ e/m
KR=
| | ´
e/m
× 100 %
H. Data Hasil Percobaan
Tabel 2. Hasil Pengamatan Untuk Kuat Medan Magnet Tetap

v B Jari-jari
No lintasan Dokumentasi
8
( x 10 m/s ¿ (T) (mm)

1 7,5 6,3 3,69

2 8 6,3 3,4

3 8,5 6,3 3,24

4 9 6,3 3,14

5 9,5 6,3 3,09

I. Analisis Data
1. Menghitung besarnya e/m
 Percobaan 1
e v
=
m Br

e
=
(7,5 ×10 ms )
8

m ( 6,3 T ) ( 3,69 ×10−3 m )

e
=0,323× 1011 C/ Kg
m
 Percobaan 2
e v
=
m Br

e
=
(8,0 ×10 ms )
8

m ( 6,3 T ) ( 3,40 ×10−3 m )

e
=0,373× 1011 C/ Kg
m
 Percobaan 3
e v
=
m Br

e
=
(8,5 × 10 ms )
8

m ( 6,3 T ) ( 3,24 × 10−3 m )

e
=0,416× 1011 C /Kg
m
 Percobaan 4
e v
=
m Br

e
=
( 9,0× 10 ms )
8

m ( 6,3 T ) ( 3,14 × 10−3 m )

e
=0,455× 1011 C/ Kg
m
 Percobaan 5
e v
=
m Br

e
=
(9,5 ×10 ms )
8

m ( 6,3 T ) ( 3,09 ×10−3 m )

e
=0,488× 1011 C /Kg
m

2. Menghitung e/m Rata-Rata

´ )= ∑ e /m
( e /m
n
11 11 11 11 11
´ )= (0,323 ×10 )+(0,373 ×10 )+( 0,416× 10 )+(0,455 ×10 )+(0,488 ×10 )
( e /m
5
´ )=0,411 ×10 11 C / Kg
( e /m

3. Menghitung Standar Deviasi nilai e/m

No e /m ( e /m−e /m ) ( e /m−e /m )2

1 0,323 ×1011 −0,088 ×1011 0,007744 × 1022

2 0,373 ×1011 −0,038 ×1011 0,001444 × 1022

3 0,416 ×10 11 0,005 ×1011 0,000025 ×1022

4 0,455 ×1011 0,044 × 1011 0,001936 ×10 22

5 0,488 ×1011 0,077 ×10 11 0,005929 ×1022

Σ 0,017078 ×1022

0,017078 ×1022
Δ e/m=
√ 20
=0,03 ×1011

4. Menghitung KR Nilai e/m

´
e /m=(( e /m)± Δe /m)
e /m=(0,411 ×1 011 ± 0,03× 10 11)

0,03 ×1011
KR= | |
0,411 × 1011
× 100 %=7,3 %
J. Hasil dan Pembahasan
1. Hasil
e /m=¿
KR=7,3 %

2. Pembahasan
Berdasarkan hasil percobaan dan analisis data yang sudah
dilakukan didapatkan hasil bahwa besarnya
´ ) ± Δe /m; e /m=( 0,411× 1 011 ±0,03 ×1 011 ) dengan KR=7,3 %.
e /m=( e /m
Apabila hasil ini dikomparasi dengan harga e/m secara teori maka
didapatkan nilai yang cukup berbeda, yang mana untuk harga e/m secara
teori yaitu e /m=1,76 ×1011 C / Kg. Kesalahan relatif pada percobaan ini
pun tidak menghasilkan nilai lebih dari 10% jadi masih dapat ditolerir.
Apabila hasil percobaan ini dikomparasi dengan percobaan lainnya dalam
hal ini kami komparasi dengan percobaan yang dilakukan oleh (Patty,
Waluyo, & Jacobus, 2015) maka hasilnya juga memiliki nilai yang cukup
berbeda dengan hasil e/m pada percobaan yang dilakukan yaitu
1,602× 1011 C /Kg . Hal ini dikarenakan terdapat kesalahan-kesalahan
yang terjadi saat praktikum yang mungkin terjadi, diantaranya:
a) Kesalahan Umum
Kesalahan praktikan dalam melakukan praktikum seperti
kesalahan dalam pembacaan atau penggunaan instrumen seperti
kesalahan dalam menafsirkan variabel-variabel yang ada pada
simulator
b) Kesalahan Sistematis
Kesalahan yang disebabkan oleh instrumen itu sendiri seperti
pemilihan nilai yang kurang bisa dipilih secara detail. Selain itu,
kesalahan ini bisa juga disebabkan oleh lingkungan sekitar, mungkn
termasuk didalamnya gangguan jaringan atau server yang hilang.
c) Kesalahan Acak
 Kesalahan yang tidak diketahui apa penyebabnya tapi memiliki
pengarus besar pada Hasil praktikum.
Selain adanya kesalahan-kesalahan yang terjadi saat praktikum
yang mungkin terjadi terdapat juga beberapa kendala saat pembuatan
laporan praktikum yaitu salah satunya adalah kendala saat memasukan
data pada laporan. hal ini terjadi karena praktikum yang dilakukan secara
virtual dan berkelompok sehingga media yang di gunakan pada setiap
anggota berbeda. hal ini juga merupakan salah satu akibat adanya kurang
sempurnanya hasil laporan dari praktikum.

K. Kesimpulan dan Saran

1. Kesimpulan
Berdasarkan praktikum serta analisis data yang sudah dilakukan
didapatkan hasil nilai e /m=¿ dengan KR=7,3 %. Hasil ini memiliki nilai
yang cukup berbeda dengan harga e/m secara teori yaitu 1,76 ×1011 C / Kg
.

2. Saran
Saran yang dapat kami berikan yaitu, apabila praktikum sejenis
dilakukan maka sang praktikan bisa lebih hati-hati lagi dalam menafsirkan
variabel. Serta lebih matang menetapkan teknik analisis data sehingga,
antara data yang diambil sesuai dengan teknik analisis data yang
digunakan begitu pula dalam memutuskan variabel-variabel mana saja
yang menjadi variabel kontrol bebas dan terikat. Sang praktikan juga
dapat menentukan besarnya nilai e/m dengan menggunakan persamaan
lain tergantung pemilihan variabel manakah yang dicari dan di variasi.
 DAFTAR PUSTAKA

Latif, A. (2017). Slide Player. Retrieved from SlidePlayer.info Inc:

https://slideplayer.info/slide/11944847/
Nayiroh, N. (2017). Fisika Modern. Malang: UIN Maulana Malik Ibrahim Malang.
Patty, E. N., Waluyo, E., & Jacobus, L. (2015, Januari). Pengukuran e/m elektron
Menggunakan Tabung Televisi (TV) dan Kumparan Helmholtz. Jurnal
Penelitian Pendidikan IPA, 1(1), 148-165. Retrieved 11 10, 2020
Rapi, N. K. (2017). Laboratorium Fisika 1. Depok: PT RajaGrafindo.
Siswanto, J., Susantini, E., & Jatmiko, B. (2018). Fisika Dasar Seri: Listrik Arus
Searah dan Kemagnetan. Semarang : UPGRIS Press.
Sudiatmika, A. R. (2015). Petunjuk Praktikum Laboratorium Fisika 4. Singaraja:
Universitas Pendidikan Ganesha.