SINAR KATODA

Sinar katoda adalah sinar yang berasal dari katoda menuju anoda di dalam tabung lucutan gas. Sinar katoda tidak lain adalah partikel bermuatan negative yang bergerak dengan kecepatan tinggi.

Sifat – sifat sinar Katoda

-          Merambat lurus

-          Terdiri atas partikel bermuatan negative

-          Dapat menghitamkan film

-          Dapat menimbulkan kalor pada benda-benda yang ditumbuknya

-          Dapat menghasilkan sinar X

-          Menyimpang di dalam medan magnet

-          Menyimpang di dalam medan listrik

-          Dapat memendarkan sulfida seng dan barium platina sianida

Bagaimana cara memproduksi sinar X ?

            Perhatikan skema rangkaian di bawah ini !

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           

Pada saat katode dipanasi oleh beda potensial V ± 30 kV terjadi emisi termionik (pemancaran electron-elektron karena logam  dipanasi). Selanjutnya elektron –elektron ini  ditembakkan menuju logam target atau anoda (logam target biasanya dibuat dari logam yang bernomor atom besar, misalnya timbal) hingga terjadi sinar katoda, tetapi juga terjadi sinar yang tidak dapat dilihat  namun memiliki daya tembus yang kuat . Sinar yang memiliki daya tembus yang kuat ini adalah sinar X.

Sifat – sifat sinar X    

            Setelah sinar X ditemukan, selanjutnya diamati karakter-karakter dari sinar tersebut. Berikut ini adalah beberapa sifat sinar X :

-          Merambat lurus

-          Tidak menyimpang di dalam medan listrik

-          Tidak menyimpang di dalam medan magnet

-          Dapat menghitamkan plat film

-          Dapat memendarkan bahan

-          Dapat menghasilkan foto listrik

-          Dapat mengionisasi molekul-molekul gas yang dilaluinya

-          Daya tembusnya bergantung pada jenis dan ketebalan bahan

-          Termasuk gelombang elektromagnetik

Penemuan Elektron oleh Thomson    

            Sejak ditemukannya sinar katoda, orang-orang pada waktu itu tidak tahu sinar yang bermuatan negatif ini dinamakan apa, hingga akhirnya muncul seorang yang bernama JJ. Thomson memberi nama elektron. Thomson tidak sekedar member nama, tapi ia juga melakukan percobaan mengenai sifat-sifat sinar katoda sampai ia menemukan perbandingan muatan dan massa electron dari sinar katoda tersebut.

            Thomson melewatkan sinar katoda ke daerah medan listrik dan medan magnet yang skemanya seperti pada gambar berikut ini

 

Pada saat elektron memasuki medan listrik, maka geraknya akan dibelokkan kearah keping positif, karena elektron mengalami gaya Coloumb. Selanjutnya pembelokan ini akan dibalas oleh pembelokan yang berarah ke bawah oleh sepasang electromagnet , karena elektron mengalami gaya Lorentz, akibatnya elektron akan berjalan lurus hingga ke layar.

                        FL = FC

                 B e v   =   e E

                                 v = kecepatan elektron (m s^-1)

                                                B = kuat medan magnet (wb m^-2)

 Layar dilapisi oleh bahan fosfor sehingga ketika elektron sampai di layar akan memendarkan cahaya hijau. Penerapan sinar katoda dalam keseharian adalah pada layar televise, monitor computer, layar oscilloscope, dsb.

            Dari tabung sinar katoda di atas, Thomson mendapatkan kecepatan elektron dengan mengukur kuat medan listrik dan medan magnet. Kemudian Thomson melanjutkan percobaannya dengan melewatkan sinar katoda melalui medan magnet homogen secara tegak lurus. Seperti yang telah kita pelajari pada bab medan magnet, maka elektron yang ditembakkan secara tegak lurus dalam daerah medan magnet homogeny akan bergerak melingkar, dengan gaya sentripetalnya adalah gaya lorenmtz.

                                                                       

                                                           

 

B = kuat medan maget, v = kecepatan elektron, dan r = jari-jari orbit elektron, yang mana ketiga besaran tersebut dapat diukur, sehingga Thomson memperoleh perbandingan muatan terhadap massa elektron

Percobaan Tetes Minyak Milikan

            Meskipun Thomson hanya berhasil menemukan sampai dengan perbandingan muatan dan massa electron, namun ia dikenal sebagai penemu electron.

Orang berikutnya adalah R.A. Milikan, yang melalui percobaannya dengan menggunakan tetes minyak berhasil menemukan muatan electron. Percobaan tetes minyak Milikan adalah sebagai berikut

 

Perhatikan gambar di atas!

Mula-mula tetes minyak jatuh dipercepat melalui lubang pada salah satu keeping positif, tapi ketika melalui daerah bermedan listrik, maka geraknya menjadi diperlambat hingga akhirnya tetes minyak melayang dalam tabung. Dalam keadaaan seimbang, gaya berat tetes minyak sama dengan gaya coulomb.

Milikan mengamati tetes-tetes minyak dengan teropong, yang pada akhirnya ia memeperoleh kesimpulan tentang muatan listrik pada tetes minyak.

-          Tidak pernah ditemukan tetesan minyak yang mengandung muatan listrik yang lebih kecil dari muatan tertentu, Muatan listrik terkecil ini adalah muatan electron yang disebut elementer (e).

-          Semua tetes minyak selalu merupakan kelipatan bilangan bulat e, 2e, 3e, 4e, . . . , tidak pernah pecahan.

Berdasarkan hasil pengamatannya itu, Milikan menetapkan muatan sebuah electron sebagai

Karena muatan electron sudah didapat, maka dari hasil percobaan Thomson e/m, dapat ditentukan massa electron.