PERCOBAAN EFEK ZEEMAN Kusnanto Mukti W/ M0209031 Jurusan Fisika, FMIPA, Universitas Sebelas Maret Surakarta
ABSTRAK Efek Zeeman adalah gejala tambahan garis-garis spektrum jika atom-atom tereksitasi diletakan dalam medan magnet (terpecahnya garis spektral oleh medan magnetik). Dalam medan magnetik, energi keadaan atomik tertentu bergantung pada harga m l seperti juga pada n. Keadaan dengan bilangan kuantum total n terpecah menjadi beberapa sub-keadaan jika atom itu berada dalam medan magnetik, dan energinya bisa sedikit lebih besar atau lebih kecil dari keadaan tanpa medan magnetik. Gejala itu menyebabkan “terpecahnya” garis spektrum individual menjadi garis-garis terpisah jika atom dipancarkan ke dalam medan magnetik, dengan jarak antara garis bergantung dari besar medan itu. Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mempelajari prinsip Efek Zeeman serta mengamati Efek Zeeman unutk menentukan magneton Bohr Elektron. Alat yang digunkan dalam percobaan ini yaitu seperangkat alat percobaan Efek Zeeman yang terdiri dari lampu Cd, Fabry Perot Etalon, Analyzer, layar dengan skala, Rotating Table, lilitan/kumparan power supply, kapasitor, dan amperemeter. Dari hasil percobaan diperoleh nilai magneton Bohr Elektron μb = 9.6454x10-24 T Kata kunci
: Efek Zeeman, medan magnetik, magneton bohr elektron.
menyebabkan terpecahnya garis spektrum
I. PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG
individual menjadi garis – garis terpisah jika keadaaan
atom dipancarkan kedalam medan magnetik
atomik bergantung pada harga n seperti juga
dengan jarak antara garis bergantung dari
n, keadaan bergantung dengan bilangan
besar medan itu
Dalam
magnet
energi
bilangan kuantum total n terpecah menjadi beberapa sub keadaan jika atom itu berada dalam medan magnetik dan energinya bisa sedikit lebih besar atau lebih kecil dari keadaan tanpa medan magnetik gejala itu
Efek zeeman ialah pemisahan jalur spektral tunggal
dari
sebuah
spektrum
menjadi komponen komponen 3 atau lebih yang terpolarisasi atau gejala - gejala
spektrum jika atom-atom tereksitasi diletakan
Zeeman, nama ini diambil dari nama seorang
dalam medan magnet .Efek zeeman diambil
fisikawan Belanda Zeeman yang mengamati
dari nama fisikawan belanda zeemann yang
efek itu pada tahun 1896.
mengamati efek itu pada tahun 1896
Suatu elektron bermassa m bergerak
Efek zeeman tidak dapat dijelaskan
dalam suatu orbit berjari-jari r dengan
dengaan menggunakan atom bohr dengan
frekuensi f dan momentum sudut elektron L.
demikian diperlukan model atom yang lebih
Gerakan elektron ini menghasilkan arus.
lengkap dan lebih umum untuk menjelaskan
Gerakan elektron ini juga menimbulkan
efek
medan magnetik
zeeman
dan
spektrum
elektron
banyak(faisal gifar,2010). Gerak magneton
maka pada kejadian ini
muncul momen magnetik
elektron orbital dalam sebuah atom hidrogen bergantung terhadap momen sudut L. B. TINJAUAN PUSTAKA Dalam
medan
magnetik,
energi
keadaan atomik tertentu bergantung pada harga ml seperti juga pada n. Keadaan Gambar.1 sebuah electron yang
dengan bilangan kuantum total n terpecah
mengelilingi orbitnya
menjadi beberapa sub-keadaan jika atom itu berada
dalam
medan
dan
Besarnya arus yang dihasilkan dari
energinya bisa sedikit lebih besar atau lebih
pergerakan electron sama dengan bearnya
kecil dari keadaan tanpa medan magnetik.
muatan yang bergerak persatuan waktu
Gejala itu menyebabkan “terpecahnya” garis
sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut
spektrum
ini
individual
magnetik,
menjadi
garis-garis
terpisah jika atom dipancarkan ke dalam medan magnetik, dengan jarak antara garis bergantung dari besar medan itu. Efek Zeeman adalah gejala tambahan garis-garis spektrum jika atom-atom tereksitasi diletakan dalam medan magnet (terpecahnya garis spektral
oleh
medan
magnetik).
Efek
I
q t
1 f I qf ef
t (T )
selain menghasilkan arus listrik maka
mekanika kuantumpun mendapatkan hasil
dari pergerakan elektron tersebut dapat
sama jadi energi potensial dalam sebuah
menghasilkan
atom dalam medan magnet ialah:
momen
magnetik
yang
E .B
besarnya sabagai berikut
E B cos
IA e f A e f 2 r
e L B cos E 2 m e
2
Momentum Sudut elektron yang diakibatkan oleh pergerakan elektron sebagai berikut:
Jika dalam medan magnetik energi keadan atomik tertentu bergantung pada
L mvr
harga me seperti juga pada n. Keadan dengan
v r 2 f r
bilangan kuantum total n terpecah menjadi
L m 2 f r 2
beberapa sub-keadaan jika atom itu berada dalam medan magnet,dan energinya bisa
L f r 2 2m
sedikit lebih besar atau lebih kecil dari keadaan tanpa medan magnetik. Gejala itu
Subtitusikan persamaan momentum sudut ke
menyebabkan terpecahnya garis spektrum
persamaan Arus listrik sehingga di peroleh
individual menjadi garis-garis terpisah jika
e f r 2
atom dipancarkan keadan medan magnetik,
L f r 2 2m L e 2m
dengan jarak antara garis bergantung dari besarnya medan itu. II. METODOLOGI PENELITIAN Percobaan efek zeeman merupakan
Untuk elektron orbital kuantitas (e/2m) yang bergantung hanya pada muatan dan massa elektron disebut rasio magnetik. Tanda
minus
berarti
bahwa
arah
µ
berlawanan dengan L. Rumusan tersebut untuk momen magnetik elektron orbital diperoleh secara klasik, namun ternyata
suatu percobaan yang membuktikan bahwa spektrum
atom
akan
terpecah
ketika
diberikan medan magnet dalam percobaan ini dilakukan pengamatan mengenai spektrum yang tebentuk ketika sebuah atom diberi pengaruh medan magnet tersebut, medan magnet yang diberikan berasal dari sebuah
kumparan
yang
diberikan
arus
listrik
sehingga menghasilkan medan magnet yang besar kemudian di antara kumparan tersebut dipasang lampu katmium sebagai sumber atom yang akan di uji, untuk memudahkan pengamatan maka pada rangkaian optik diberikan
filter
cahaya.
Cahaya
yang
III. HASIL DAN PEMBAHASAN Dari data percobaan menunjukkan bahwa semakain besar arus yang mengalir pada kumparan
dari garis – garis spektrum tersebut. Alat yang di gunakan yaitu berupa seperangkat alat percobaan Efek Zeeman yang terdiri
jari-jarinya
terjadi
sedikit perubahan seperti sebagai berikut I(A)
R1(mm)
R2(mm)
R3(mm)
R4(mm)
a
b
a
b
a
b
a
b
2,4
2,5
3,2
4,5
5,3
6,2
6,9
8,1
8,6
2,8
2,5
3,3
4,5
5,2
6,1
7,0
7,6
8,3
3,2
1,9
3,3
4,5
5,2
6,1
6,9
7,8
8,3
3,6
1,6
3,2
4,5
5,4
6,2
6,9
7,8
8,2
diteruskan hanyalah cahaya merah sehigga dari lensa optik dapat dilihat pola melingkar
perubahan
dari: Percobaan efek zeeman dilakukan
1. Lampu Cd sebagai sumber cahaya untuk pengamatan efek zeeman. 2. Sistem Optik sebagai sistem untuk melihat efek zeeman 3. Elektromagnet 4. Sumberdaya a2 V/20 A, dan 0 – 12 V/20A 5. Amperemeter 20 A dc
untuk
memahami
pemecahan
prinsip
spektrum
terjadinya
atomik
yang
diakibatkan oleh pengaruh medan magnet dan menentukan magneton bohr elektron.alat dan bahan yang digunakan pada percobaan ini ialah lampu cadmium yang merupakan sebagai sumber cahaya atau atom yang akan
6.Kapasitor
di uji pada percobaan ini. Prinsip kerja dari efek zeeman ialah menguji lampu cadmium tanpa menggunakan medan magnetik cahaya yang
dipancarkan oleh
kemudian
melewati
interferometer
agar
lampu rangkaian
pada
layar
tersebut optik dapat
diketahui pola gelap dan pola terang. Pada layar akan terlihat garis spektral yang Gambar 1. Seperangkat alat Percobaan
terpisah antara satu garis dengan garis yang
Efek Zeeman.
lainya, apabila medan magnetik diperbesar
maka akan terlihat suatu garis yang terpecah
percobaan ini data yang diambil merupakan
dari garis awalnya variasi yang digunakan
jari jari dari perpecahan spektral atomik atom
pada percobaan ini ialah memvariasi arus
tersebut
pada medan magnetik karena semakin besar arus yang diberikan terhadap kumparan maka medan listrik yang dihasilkan juga semakin besar hal ini dapat mempengaruhi spektral atom tersebut
Dari data percobaan tersebut dapat dihasilkan sebuah grafik hubungan antara besar arus listrik dengan medan magnetik. Data tersebut digunakan untuk menghitung nilai magneton bohr electron dan membuat grafik hubungan antara
=
dan B yaitu
B
Dimana
=y =m B=x Gambar 2. Garis Spektral Cahaya Merah
= mhC
dari Lampu Cd yang Terpecah Pada percobaan ini menggunakan filter cahya
Gambar 3. Grafik hubungan
dan B
berwarna merah sehingga cahaya yang dilewatkan cahaya merah saja,ketika medan
Grafik tersebut menunjukkan gradiennya
magnetik besar maka garis spektral atom
yakni
akan terpecah namun ketika asrus yang
magneton bohr elektron yang didapat adalah
digunakan kecil maka hanya terjadi bundaran
9.6454x10-24, data ini sesuai dengan magneton
saja pada spektral atomik namun ketika arus
bohr elektron secara teoritis yakni 9.27x10 -24
yang diberikan semakin besar maka pecahan
T.
spektral atomik semakin jelas dan jari – jari yang
dihasilkan
semakin
lebar
dalam
48.523
sehingga
dari
percobaan
IV. KESIMPULAN
2. Periswa efek zeemen terjadi ketika sebuah peristiwa
atom yag dipengaruhi oleh medan magnet
terpecahnya garis spektral oleh medan
maka spektrumnya akan terpecah dan energi
magnetik
yang dihasilkan akan berkurang
1.
Efek
zeeman
merupakan
V. DAFTAR PUSTAKA Anonoim. 2011. efek Zeeman. http://physicstry.com/fisika-atom/efek-zeeman.html (10-10-2011) Beiser,Arthur.1982.Konsep Fisika Modern.Jakarta:Erlangga Giancoli,D.C.1998 Physisc Principle and Aplication.Pretice-Hall Halliday.1978.Physics 3rd edition.inc :John Wiley.
