Massa dan Muatan Partikel Subatom

Berdasarkan percobaan yang dilakukan oleh Sir Joseph J. Thomson (1897) dan Robert A. Millikan (1906), massa dan muatan partikel sub atom dapat ditentukan.

Untuk menyatakan massa subatom, massa proton dan neutron ditetapkan sama dengan satu, sedangkan elektron kali massa proton.

1.836Massa proton sesungguhnya adalah 1,67 × 10–27 kg dan massa elektron sesungguhnya adalah 9,11 × 10–31 kg. Berapakah muatan elektron? Pertanyaan ini dijawab pada abad ke20 oleh ahli fisika Amerika, Robert A. Millikan. Penelitiannya yang terkenal dinamakan percobaan Tetes Minyak Millikan.

Pada 1906, Robert A. Millikian berhasil menentukan harga muatan elektron melalui percobaan tetes minyak. Minyak disemprotkan sampai tetesan minyak jatuh melalui celah yang terdapat pada pelat bagian atas dan tetesan minyak memasuki ruang di antara dua pelat yang dipasang sejajar.

Jika gas Z di antara kedua pelat itu disinari dengan sinar-x maka gas Z akan melepaskan elektron dan elektron ini terikat oleh tetesan minyak: Z+ sinar-x . Z+ + e–.

Tetesan minyak yang jatuh Butiran murni minyak yang di semprotkan melalui lubang menuju pelatbermuatan positif (+). Pelat yang bermuatan listrik (–)sumbersinar X pada alat.

Sinar-X menembak elektron-elektron Pengamat melalui udara, dan berbenturan dengan tetesan. memengaruhi pergerakan tetesan.

Dengan mengatur potensial pada pelat P, gerak tetesan minyak dapat diatur naik turun, gerakan ini dapat diamati melalui teleskop (Gambar 1.5). Turunnya tetes minyak akibat gaya gravitasi (mg) dan naiknya tetes minyak diatur oleh potensial untuk mengimbangi gaya gravitasi yang besarnya sesuai dengan hukum Stokes (6p.rv), dengan r = jari-jari minyak, v= kecepatan jatuh minyak, dan . = viskositas minyak.

Dari percobaan tetes minyak, Millikan menemukan bahwa muatan tetes minyak (q) selalu merupakan kelipatan bilangan bulat dari –1,6 × 10–19 C, yakni: q = n e, dengan n = 1, 2, 3, ..., i

Hal ini disebabkan satu tetes minyak dapat menangkap elektron sebanyak kelipatan dari bilangan bulat. Oleh karena itu, disimpulkan bahwa muatan sebuah elektron sama dengan –1,6 × 10–19 C.

Dengan mengetahui besar muatan elektron, harga massa elektron dapat dihitung dengan cara memasukkan harga muatan tersebut ke dalam

persamaan angka banding = –1,76 ×1011 C kg–1 yang ditemukan oleh m Thomson, yaitu:

e -1,6×10 -19 C -31

m= = =9,11×10

e 11 -1

-1,76×10 Ckg

Untuk menyatakan muatan partikel subatom, muatan proton sama dengan +1, elektron ditetapkan sama dengan –1, sedangkan neutron tidak bermuatan (netral). Muatan elektron dan proton sesungguhnya adalah –1,60 × 10–19 C dan + 1,60 × 10–19 C.