Eksperimen ini bertujuan untuk menentukan muatan elektron dengan melakukan percobaan tetesan minyak Millikan. Tetesan minyak diamati ketika jatuh dan naik di antara dua pelat logam dengan medan listrik yang diatur. Dengan mengukur kecepatan jatuh dan naik serta menggunakan hukum fisika terkait, muatan pada tetesan minyak dihitung dan rata-rata hasilnya adalah 1,627x10^-19 Coulomb yang men

1. LAPORAN EKSPERIMEN FISIKA I
Disusun oleh:
Nama : Trio Wibowo
NIM : G74130021
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
TETES MINYAK MILLIKAN
Rekan kerja :
1.R Endah SM (G74130054)
2. Novi Oktaviani (G74130016)
3. Nurul Komariah (G74130002)
4. Galang Mahardiak (G74130069)
Asisten :
M Zafur A (G74120022)

2. 2
Judul
Tetesan Minyak Millikan
Tujuan
1. Menentukan muatan tetesan minyak
2. Mengamati sifat diskrit muatan (kuantisasi muatan) pada tetesan minyak
Peralatan dan Bahan
1. Set peralatan Millikan Oil Drop
2. Minyak nonvolatil
3. Sumber tegangan
4. Multimeter
5. Laptop
6. Kamera
7. Tissu
Dasar Teori
Elektron merupakan suatu partikel yang bermuatan negatif komponen nilai
muatannya. Peranan nilai muatan elektron sangat penting misal dalam arus listrik
yang dinyatakan sebagai muatan per waktu. Nilai muatan elektron dapat diperoleh
dari percobaan tetes minyak milikan dengan mengetahui komponen jari-jari butiran
minyak serta muatannya. Robert milikan melakukan percobaan tetes minyak
milikan dengan penggunaan beberapa konsep dasar diantaranaya viskositas.
Viskositas terjadi pada fludia ketika fluida mengalir dengan kecepatan yang
berbeda misal pada pipa. Perbedaan kecepatan terjadi dimana kecepatan di dekat
permukaan yang bergerak lebih cepat dari pada dengan jauh. Viskositas
diperngaruhi oleh koefisien viskositas suatu zat (η), luas permukaan bergerak (A)
serta panjang tempuh bergerak (x).[1]
Percobaan tetes minyak Milikan dirancang untuk mengukur muatan listrik
elektron dengan menyimbangkan gaya-gaya antara gaya gravitasi dan gaya listrik
pada suatu tetes kecil minyak yang berada di antara dua buah pelat elektroda.
Dengan mengetahui besarnya medan listrik, muatan pada tetes minyak yang
dijatuhkan (droplet) dapat ditentukan. Dengan mengulangi eksperimen ini sampai
beberapa kali, Robert Milikan menemukan bahwa nilai-nilai yang terukur selalu
kelipatan dari suatu bilangan yang sama. Ia lalu menginterpretasikan bahwa
bilangan ini adalah muatan dari satu elektron : 1.602 × 10−19 Coulomb.

3. 3
Sebuah tetesan minyak berjari-jari r0, bergerak dengan kecepatan -v1
memenuhi hukum Stokes di dalam medium yang memiliki koefisien viskositas η.
Gaya yang dibutuhkan oleh tetesan minyak ketika bergerak ke atas,
1 16 oF r v (1)
Tetesan minyak yang bergerak dalam pengaruh medan listrik E, memenuhi
hukum Stokes,
2 26 oF r v 
(2)
Resultan kedua gaya pada persamaan (1) dan persamaan (2) sama dengan q0.E yaitu,
 1 2 1 26o
o o
q U
qE F F r v v
d
    
(3)
Atau,
 1 26 o
o
r d v v
q
U
 

(4)
Untuk menentukan muatan qo kita perlu mengetahui besar jari-jari tetesan
ro,. Nilai ini diperoleh dari resultan gaya gravitasi F = -V.Δρ.g dengan gaya Stokes,
dimana Δρ adalah perbedaan antara kerapatan udara dengan minyak. Dengan
demikian,
3
1 1
4
0 6
3
o oF F r g r v       
(5)
atau,
1
0
9
2Δ
v
r
g



(6)
Untuk penentuan nilai muatan q yang lebih akurat, harus diperhitungkan
bahwa gesekan Stokes mempunyai faktor koreksi untuk jari-jari r yang sangat kecil.
Persamaan terkoreksi untuk gaya gesekan Stokes tergantung pada tekanan udara P,
yang dapat dituliskan sebagai,
6π.η.r.v
b
1
r.p
F 

(7)
Dengan b = 80 μm·hPa (konstan).
Jika dimisalkan A = b/p, diperoleh,

4. 4
2
2
0
4 2
A A
r r
 
   
  (7)
Sehingga diperoleh muatan q sebagai,
0
1,5
1
q
q
A
r

 
 
  (8)
atau
𝑞 = [400𝜋𝑑 (
1
𝑔𝜌
[
9
2
]
3
)
1/2
] 𝑥
[
(
1
1 +
𝑏
𝑝𝑎
)
3/2
]
𝑥 [
𝑣𝑓 + 𝑣𝑟√ 𝑣𝑓
𝑉
]
Ada dua macam cara atau metode untuk menentukan muatan q, yaitu
metode ambang dan metode jatuh-naik. Metode ambang dilakukan dengan cara
mengatur medan listrik sehingga gaya berat tetesan minyak tepat diimbangi oleh
gaya listrik sedangkan metode jatuh-naik dilakukan dengan mengukur v1 dan v2
dalam pengaruh tegangan U. Metode jatuh-naik menghasilkan nilai pengukuran
yang lebih tepat dibandingkan metode ambang karena dalam metode jatuh-naik
kecepatan v2 benar-benar diukur[2]
.
Dengan menyinari ruang di antara keping kondestror ini dengan sinar lampu
merkuri kita dapat menciptakan ion-ion udara electron dalam tabung itu. Sinar ini
dapat mengionisasikan udara. Electron-elektron hasil ionisasi inlah yang kemudian
bermukim pada butir-butir halus minyak. Dalam butir minyak yang di pelajari
diamati dengan teropong. Dalam butir minyak ini bekerja gaya-gaya sebagai berikut
:
1. Gaya gravitasi yang besarnya adalah : (4π/3)r2
(ρ- ρ0)g. Di mana r adalah
radius butir minyak, ρ massa jenis minyak, ρ0 massa jenis udara, dan g
percepatan graviatasi.
2. Gaya gesekan antara butir minyak dan udara dalam ruang di dalamnya ruang
diantara keping kondenstor, menurut stokes gaya itu adalah : 6πηrv. Dengan
v adalah kecepatan butir minyak dan η koefisien gesekan gas.
3. Apabila medan listrik hadir, dan apabila di umbamakan bahwa kuat medan
magnet adalah E, maka gaya listrik itu adalah F= qE. Dengan q adalah
muatan butir minyak.[3]

5. 5
Data dan Pengolahan data
Hasil Eksperimen
Tabel 1 kecepatan tetesan minyak
No Tetesan Minyak
Kecepatan saat turun
(gravitasi)
Kecepatan saat naik
(Medan listrik)
1 A 2,49x10^-4 m/s 2,06x10^-4 m/s
2 B 1,95x10^-4 m/s 1,94x10^-4 m/s
3 C 2,16x10^-4m/s 2,15x10^-4 m/s
Menghitung Muatan Elektron
Definisi simbol-simbol yang digunakan, dalam satuan SI:
q – muatan, dalam coulomb, yang dibawah oleh tetesan (droplet)
d – jarak pisah pelat-pelat di dalam kondenser dalam m
 – kerapatan (density) minyak = 886 kg/m3
g – percepatan gravitasi dalam = 9.8 m/s2
 – kekentalan (viscosity) udara = 1.81x10-5
Ns/m2
(poise)
b – konstanta, sama dengan 8.20 x l0-3
Pa.m
p – tekanan barometrik = 101,3 x 103
Pa
a – radius tetesan dalam m
vf – kecepatan jatuh dalam m/s
vr – kecepatan naik dalam m/s
V – perbedaan potensial yang melintasi pelat-pelat dalam volt
Prosedur Penghitungan Muatan Elektron
1. Menggunakan persamaan (7) (page 2), hitung radius (a) tetesan minyak:
𝑎 = √(
𝑏
2𝑝
)
2
+
9 𝑣 𝑓
2𝑔𝜌
−
𝑏
2𝑝
2. Substitusi a dari persamaan diatas untuk mencari massa (m) tetesan minyak:
m = 4/3 a3


6. 6
=
4
3
𝜋 [√(
𝑏
2𝑝
)
2
+
9 𝑣 𝑓
2𝑔𝜌
−
𝑏
2𝑝
]
3

3. Substitusi m dari perhitungan di atas kedalam persamaan (3) untuk memperoleh
muatan yang dibawa oleh tetesan (q). Gunakan formula yang diturunkan pada
pendahuluan untuk menghitung muatan elektron (diturunkan dari persamaan
10):
𝑞 =
4
3
𝜋𝜌𝑔 [√(
𝑏
2𝑝
)
2
+
9 𝑣𝑓
2𝑔𝜌
−
𝑏
2𝑝
]
3
(𝑣𝑓 + 𝑣𝑟)
𝐸𝑣𝑓
Catatan:
1. Nilai untuk e yang diterima adalah 1.60 x 10-19
coulomb.
2. Persamaan (10) ekivalen dengan persamaan di atas, jika E (e.s.u.) = V
(volts)/300d (cm)
Tabel 2 Data Hasil Perhitungan
No
Tetesan
Minyak
Jari-jari Massa Muatan
1 A 0.000342949 1.4962x10^-7 1.697x10^-8
2 B 0.000317454 1.1867x10^-7 1.469x10^-8
3 C 0.000334154 1.3840x10^-7 1.714x10^-8
Rata-Rata 0.000331519 1.35564x10^-7 1.627x10^-8
Menghitung Persentase Error Muatan
%𝒆𝒓𝒓𝒐𝒓 =
|𝒒 (𝒌𝒔𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏)−𝒒 (𝒓𝒂𝒕𝒂−𝒓𝒂𝒕𝒂)|
𝒒 (𝒓𝒂𝒕𝒂−𝒓𝒂𝒕𝒂)
𝒙𝟏𝟎𝟎%
%𝑨𝒌𝒖𝒓𝒂𝒔𝒊 = 𝟏𝟎𝟎% − %𝒆𝒓𝒓𝒐𝒓
Tabel 3 Data Hasil Perhitungan
No
Tetesan
Minyak
% error % Akurasi
1 A 4.312 95.687
2 B 9.678 90.321
3 C 5.365 94.634

7. 7
Pembahasan
Pada tahun 1909, Robert Millikan dan Harvey Fletcher melakukan
percobaan tetes minyak untuk menentukan muatan elektron. Elektron merupakan
partikel yang bermuatan negatif. Nilai muatan elektron sangat penting dalam aspek
kelistrikan misalkan tentang arus listrik yang dinyatakan sebagai muatan per waktu.
Hal yang paling penting yakni bagaimana nilai muatan elektron tersebut diperoleh.
Caranya yaitu dengan menyak non volatil ke ruang antar plat sejajar Millikan dan
mengamati gerakan tetes minyak tersebut, kemudian mereka menghentikan tetesan
bermuatan kecil minyak antara dua elektroda logam dengan menyeimbangkan gaya
gravitasi ke bawah dan ke atas. Kepadatan minyak diketahui, sehingga Millikan dan
Fletcher bisa menentukan massa. Dengan menggunakan medan listrik millikan dan
Fletcher menentukan muatan pada tetesan minyak dalam keseimbangan mekanik.
Dengan menggulangi percobaan, mereka menghitung nilai ini menjadi 1,5924 x 10-
19
Coulomb (C), yang ada di dalam 1 % dari nilai yang diteriam saat dari
1,602176487 x 10-19
Coulomb (C). Mereka mengusulkan bahwa ini adalah muatan
elektron. Dengan menerapkan perbedaan potensial di sepasang pararel pelat logam
horizontal, medan listrik seragam diciptakan dalam ruang antara mereka. Sebuah
cincin dari bahan insulasi yang digunakan untuk menahan piring terpisah. Empat
lubang di potong ke dalam cincin – tiga untuk penerangan dengan cahaya terang
dan satu lagi untuk memungkinkan melihat melalui mikroskop . Sebuah kabut halus
dari tetesan minyak disemprotkan ke dalam ruang di atas piring. Tetes minyak
menjadi bermuatan listrik melalui gesekan dengan nozzle karena mereka disemprot.
Atau muatan dapat disebabkan oleh sumber radiasi pengion. Tetesan memasuki
ruang antar piring dan mereka dapat dikendalikan dengan mengubah tegangan
piring. Awalnya tetesan minyak dibiarkan jatuh antara pelat dengan medan listrik
dimatikan. Mereka dengan cepat mencapai keepatan terminal karena gesekan
dengan udara di ruangan. Jika itu cukup besar, beberapa tetes akan mulai naik . Hal
ini karena gaya listrik keatas lebih besar bagi mereka daripada gaya grafitasi
kebawah. Sebuah kemungkinan mencari teetes dipilih dan disimpan di tengah
bidang pandan dengan bergantian mematikan tegangan sampai semua tetes lain
jatuh. Millikan menemukan bahwa semua tetes memiliki muatan dengan kelipatan
1,6 x 10-19
C.[4]
Komponen Apparatus Millikan’s Liquid Oil Drop terdiri dari Termistor
Konektor -untuk memonitor suhu ruang. Sebuah termistor tertanam dalam piring
bawah ruangan. 3 Chamber Level Positions untuk Ionisasi ON/OFF dan Semprot
(memungkinkan udara untuk berpindah ketika tetesan minyak dimasukkan).
Droplet Viewing Chamber memiliki desain unik untuk meminimalkan tetesan
melayang akibat panas dari pencahayaan droplet dan arus udara luar. Viewing
Scope untuk melihat 30X, terang-lapangan, mikroskop tegak-gambar dengan

8. 8
fokus cincin. Reticle Focus yang terpisah dan presisi etsa memberikan tajam, garis
grid mudah-view dengan 0,5 mm dan 0,1 mm besar divisi kecil. Konektor Plat
Voltage sebagai penghubung power supply untuk mengisi piring di dalam ruangan.
Plate Charging Switch yaitu memungkinkan operator untuk mengisi piring baik
polaritas atau tanah piring. Saklar kotak terpisah untuk meminimalkan getaran.
Bright 5-watt Halogen Lamp yang dikombinasikan dengan lensa cembung dan
panas mencerminkan cermin, sistem pencahayaan tetesan memberikan cahaya
maksimum dan panas minimal ke daerah tetesan. Lamp Adjustment
Screws dengan posisi filamen lampu yang akan difokuskan tepatnya di daerah di
mana tetesan dipandang. Rod Berdiri Mounts dan Sekrup dirancang untuk me-
mount pada PASCO Large Rod Berdiri. Memungkinkan aparat yang akan dikurangi
untuk tingkat mata. Termistor Resistance Tabel yaitu sebuah meja nyaman
tersedia untuk konversi cepat dari nilai-nilai perlawanan terhadap Celcius. Fokus
Kawat yaitu ketika ditempatkan dalam ruang, kawat fokus memungkinkan lampu
yang akan selaras sehingga cahaya menerangi pusat ruangan, dan memungkinkan
lensa mata akan difokuskan pada pusat ruangan.[5]
Tabel 1 menunjukkan kecepatan tetesan minyak yang ditinjau adalah
kecepatan saat turun (gravitasi), kecepatan saat naik (medan listrik) dan kecepatan
saat turun (medan listrik). Berdasarkan percobaan, dengan mengamati tiga tetesan
minyak yang bergerak naik dan turun, semua tetesan minyak memiliki kecepatan
naik dan kecepatan turun yang nyaris sama. Semua tetes minyak memiliki
kecepatan sekitar 2×10−4
m/s.
Data perhitungan pada tabel 2 dalam menentukan jari-jari, massa dan
muatan elektron. Nilai jari-jari elektron rata-rata adalah 0.000331519 m, nilai massa
elektron rata-rata adalah 1.35564 x 10-7
kg dan nilai muatan electron yang diperoleh
secara rata-rata adalah 1.627x10-8
coulomb. Namun dari data yang diperoleh
menunjukkan hasil yang tidak bersesuaian dengan teori. Nilai muatan elektron
seharusnya adalah 1.60 x 10-19
coulomb. Hal ini dapat memperlihatkan besar massa
dan muatan pada tetesan minyak dengan nilai yang mendekati teori dan
menyebabkan error yang dihasilkan pun sedikit pada tabel 3. error tersebut terjadi
karena saat pembacaan waktu pada stopwatch kurang teliti. Perhitungan waktu
tidak pas saat tetesan minyak mulai bergerak dan berhenti bergerak.
Percobaan tetes minyak milikan dapat digunakan untuk mengamati sifat
diskrit muatan, menentukan besar jari-jari muatan dan massa nya. Dari percobaan
minyak tetes milikan dapat ditentukan nilai muatan elektron serta banyaknya
elektron dalam suatu atom, sehingga dapat membantu penelitian dalam bidang
elektronika.
Simpulan
Percobaan Milikan dirancang untuk mengukur muatan listrik elektron
dengan menyeimbangkan gaya gravitasi dan gaya listrik pada suatu tetes kecil

9. 9
minyak yang berada antara dua buah elektroda sehingga membuktikan bahwa
muatan listrik (elektron) terkuantisasi secara diskrit.
Daftar Pustaka
[1] Tipler. 2011.Fisika untuk Sains dan Teknik.Jakarta:Erlangga
[2] Momang, A. Y dan Subaer. 2013. Penuntun Praktikum Eksperimen Fisika 1.
Laboratorium Fisika Modern Jurusan Fisika FMIPA UNM: Makassar
[3] Rosana, Dadan, dkk. 2003. Konsep Dasar Fisika Modern. Yogyakarta: Jurusan
Fisika FMIPA Universitas Negeri Malang
[4] Masruroh S I.2014. Pengukuran Diameter dan Muatan Listrik Sebuah Tetes
Minyak.[skripsi].Surabaya: Universitas Airlangga
[5] Warranty.2003. Instruction Manual Millikan Oil Drop Apparatus AP-8210A.
PASCO scientific