Tentang Sinar Katoda

Sejarah Sinar Katoda

Pada tahun 1869 fisikawan Jerman Johann Wilhelm Hittorf melakukan kajian mengenai konduktivitas listrik dalam gas. Dari eksperimen ini berhasil menemukan sebuah pancaran yang dipancarkan dari katoda dimana ukurannya dari pancaran ini terus meningkat seiring dengan menurunnya tekanan gas. Pada tahun 1876, fisikawan Jerman Eugen Goldstein menunjukkan bahwa sinar pancaran ini menghasilkan bayangnya, dan kemudian diberi nama sinar katoda. Dilanjutkan tahun 1870-an, kimiawan dan fisikawan asal Inggris William Crookes mengembangkan tabung katoda pertama dalam keadaan vakum. Kemudian menunjukkan adanya sinar berpendar yang tampak di dalam tabung tersebut membawa energi dan bergerak dari katoda menuju ke anoda. Lebih jauh lagi, dengan menggunakan medan magnetik, sinar dalam tabung tersebut dapat berbelok maka disimpulkan bahwa berkas ini berperilaku seolah-olah ia bermuatan negatif. Pada tahun 1879, ia mengajukan bahwa sifat-sifat ini dapat dijelaskan menggunakan apa yang ia istilahkan sebagai 'materi radian' (radiant matter). Ia mengajukan ini adalah keadaan materi keempat, yang terdiri dari molekul-molekul bermuatan negatif yang diproyeksikan dengan kecepatan tinggi dari katode.

Fisikawan Britania kelahiran Jerman Arthur Schuster memperluas eksperimen Crookes dengan memasang dua pelat logam secara paralel terhadap sinar katoda dan memberikan potensial listrik antara dua pelat tersebut. Medan ini kemudian membelokkan sinar menuju pelat bermuatan positif, memberikan bukti lebih jauh bahwa sinar ini mengandung muatan negatif. Dengan mengukur besar pembelokan sinar sesuai dengan arus listrik yang diberikan, pada tahun 1890, Schuster berhasil memperkirakan rasio massa terhadap muatan komponen-komponen sinar. Namun, perhitungan ini menghasilkan nilai yang seribu kali lebih besar daripada yang diperkirakan, sehingga perhitungan ini tidak dipercayai pada saat itu.

Pada tahun 1896, fisikawan Britania J. J.Thomson, bersama dengan koleganya John S. Townsend dan H. A. Wilson, melakukan eksperimen yang mengindikasikan bahwa sinar katode benar-benar merupakan partikel baru dan bukanlah gelombang, atom, ataupun molekul seperti yang dipercayai sebelumnya. Thomson membuat perkiraan yang cukup baik dalam menentukan muatan e dan massa m, dan menemukan bahwa partikel sinar katode, yang ia sebut "corpuscles" mungkin bermassa seperseribu massa ion terkecil yang pernah diketahui (hidrogen). Ia menunjukkan bahwa nisbah massa terhadap muatan, e/m, tidak tergantung pada material katode. Ia lebih jauh lagi menunjukkan bahwa partikel bermuatan negatif yang dihasilkan oleh bahan-bahan radioaktif, bahan-bahan yang dipanaskan, atau bahan-bahan yang berpendar bersifat universal. Nama elektron kemudian diajukan untuk menamakan partikel ini oleh fisikawan Irlandia George F. Fitzgerald, dan seterusnya mendapatkan penerimaan yang universal.

Dari keberhasilan J.J Thomson ini, Ia berhasil mendapat hadiah nobel pada tahun 1960 karena dianggap telah menemukan elektron. Elektron adalah partikel sub atom yang bermuatan negatif dan umumnya ditulis sebagai e-. Elektron tidak memiliki komponen dasar ataupun sub struktur apapun yang diketahui, sehingga ia dipercayai sebagai partikel elementer. Thomson berhasil menyempurnakan teori atom yang ada sebelumnya dengan menemukan adanya elektron sebagai salah satu penyusun atom. Dengan hasil percobaannya, Thomson mengasumsikan bahwa didalam sebuah atom terdapat bagian atom yang bermuatan positif, karena atom harus selalu dalam keadaan yang stabil dan bermuatan netral. Dari asumsi tersebut maka Thomson mengusulkan bahwa struktur atom adalah sebagai suatu bulatan awan bermuatan positif dengan elektron yang terdistribusi secara acak di permukaannya.

Model atom Thomson ini sering disebut menyerupai dengan “model roti kismis”. Dengan model atom ini Thomson berhasil membuktikan adanya partikel lain yang bermuatan negatif yang menyusun suatu atom. Sehingga atom bukan lagi menjadi bagian terkecil dari suatu unsur karena adanya elektron yang menyusun suatu atom. Namun, model atom ini mempunyai kelemahan yaitu tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam atom tersebut.

Tabung sinar katoda

 
Tabung sinar katoda adalah suatu tabung yang di dalamnya dibuat hampa udara yang dalam pembuatannnya dengan memanfaatkan teknik pemvakuman Geisler. Tabung ini terdapat dua elektroda sehingga ketika beda potensial yang cukup tinggi di berikan pada kedua elektroda tabung tersebut maka elektron akan terlepas dari elektroda yang kemudian karena adanya beda potensial maka elektron tersebut dapat bergerak dari katoda menuju anoda. Elektron tunggal yang bergerak dalam vakum diistilahkan sebagai elektron bebas. Elektron-elektron dalam logam juga berperilaku seolah-olah bebas. Ketika elektron bebas bergerak dalam vakum ataupun dalam logam, ia akan menghasilkan aliran muatan yang disebut sebagai arus listrik. Arus listrik ini kemudian akan menghasilkan medan magnetik. Sebaliknya, arus dapat diciptakan pula dengan mengubah medan magnetik. Interaksi ini dinyatakan secara matematis menggunakan persamaan Maxwell. Pergerakan elektron di ruang vakum ini dapat teramati ketika elektron menabrak bahan flouresens. Yaitu suatu bahan berfosfor yang dapat memancarkan cahaya tampak ketika ditabrak dengan elektron.

Pembentukan Sinar Katoda

Pelucutan Gas adalah peristiwa mengalirnya muatan-muatan listrik di dalam tabung lucutan gas pada tekanan yang sangat kecil. Sebuah tabung lucutan adalah tabung yang berisi udara, didalam tabung berisi elektroda elektroda, yang biasanya disebut anoda dan katoda. Udara dalam tabung ini tidak dapat mengalirkan arus listrik walaupun ujung-ujung elektroda tersebut dihubungkan dengan induktor Ruhmkorf.

Keadaan akan berubah jika udara dalam tabung dikeluarkan sehingga tekanan udara menjadi kecil dan letak-letak molekul udara manjadi renggang. Pada tekanan 4 cm Hg dalam tabung memancarkan cahaya merah-ungu. Cahaya ini akan menghilang sejalan dengan semakin kecilnya tekanan. Pada tekanan 0,02 mm Hg udara dalam tabung tidak lagi memancarkan cahaya namun kaca dimuka katoda berpendar kehijauan. Crookes berpendapat bahwa dari katoda dipancarkan sinar yang tidak tampak yang disebut Sinar katoda. Sinar katoda dapat di pelajari karena bersifat memendarkan kaca. Sinar Katoda adalah arus elektron dengan kecepatan tinggi yang keluar dari katoda.
Sifat sinar Katoda:
1. Memiliki Energi
2. Memendarkan kaca
3. Membelok dalam medan listrik dan medan magnet.
4. Jika ditembakkan pada logam menghasilkan sinar X
5. Bergerak cepat menurut garis lurus dan keluar tegak lurus dari Katoda.

Simpangan sinar katoda dalam medan listrik dan medan magnet menunjukkan bahwa sinar ini bermuatan negatif. Thomson dapat menunjukkan bahwa partikel sinar katoda itu sama bila katoda diganti logam lain. Jadi partikel-partikel sinar katoda ada pada setiap logam yang disebut elektron. Tanpa mngenal lelah dan menyerah, akhirnya Thomson dapat mengukur massa elektron, ternyata muatan elektron 1,6021.10^-19 Coulomb dan massa elektron 9,1090.10^-31 Kg. Terjadinya sinar katoda dapat diterangkan sebagai berikut: Pada tekanan yang sangat kecil, letak molekul-molekul udara sangat renggang, dalam gerakannya menuju katoda (-), ion-ion positif membentur katoda dengan kecepatan tinggi. Benturan-benturan tersebut mengakibatkan terlepasnya elektron-elektron dari logam katoda.

Sumber :
             Beiser 1998
             http://www.penaaksi.com [diakses tanggal 6 Mei 2014]
             http://fisikanesia.blogspot.com [diakses tanggal 6 Mei 2014]
             id.wikipedia.org/wiki/elektron