Teori Atom Thompson

Teori atom Thomson merupakan teori yang meruntuhkan teori atom Dalton yang ditemukan pada awal abad ke-20. Teori Dalton digoyahkan oleh percobaan Thomson yang dilakukan pada tahun 1897.

Dalam percobaannya J J Thomson menggunakan tabung sinar katode untuk menentukan nilai perbandingan antaran muatan elektron dengan massanya (e/m). Adapun skema alat yang digunakan dalam percobaan Thompson ditunjukkan pada Gambar.

Sinar katode yang digunakan oleh Thomson merupakan sebuah partikel bermuatan negatif (disebut elektron) yang mengalir dari kutub negatif (katode) menuju kutub positif (anode) akibat kedua kutub tersebut diberi beda potensial tertentu dari sumber tegangan.

Elektron dapat bergerak lurus pada tabung sinar katode dengan kecepatan tertentu (v) akibat beda potensial kedua kutub (V) , artinya terdapat transformasi energi yaitu energi potensial menjadi energi kinetik sehingga berlaku persamaan 1 berikut:

Ek = Ep

½mv² = eV

Dengan
m = massa elektron (kg)
v = kecepatan gerak elektron (m/s)
V= beda potensial sumber tegangan (volt)
e = muatan elektron (C)

Setelah elektron bergerak lurus, elektron akan melewati ruang yang didalamnya terdapat medan listrik dan medan magnet. Medan listrik dan medan magnet yang saling tegak lurus sehingga menghasilkan gaya listrik yang sama besar tetapi berlawanan arah.

Dengan
E= medan listrik (N/C)
B = Medan magnet (T)

Dengan mensubstitusikan persamaan (2) ke persamaan (1) maka dapat kita peroleh:

Dari hasil percobaan, Thompson menemukan nilai perbandingan muatan elektron dengan massanya:

Dari data-data yang diperoleh melalui percobaan sinar katode ini, Thompson menemukan bahwa ukuran elektron lebih kecil dari pada atom dan elektron merupakan partikel yang menyusun atom. Karena elektron bermuatan negatif maka akan ada partikel lainnya yang menyusun atom dengan jenis muatan yang berbeda (muatan positif) agar atom tetap bersifat netral .

Dengan hasil percobaan ini Thompson memperkenalkan teori atom yang ia temukan sebagai berikut:

1. Atom berbentuk bola dan bemuatan positif yang tersebar merata ke seluruh bagian atom dan elektron yang melekat di bagian permukaannya. Model atom ini disebut dengan istilah moden atom roti kismis
2. Sebuah atom harus bersifat netral dimana jumlah muata positif (proton) dan muatan negatifnya (elektron) sama
3. Sebagian besar massa atom terdapat pada muatan positifnya.

Contoh soal

1) Akibat adanya beda potensial 2 kV sumber tegangan yang terhubung pada tabung sinar katode, sebuah elektron bergerak lurus dalam tabung dengan kecepatan tertentu. Jika diketahui massa elektron adalah m = 9,1 x 10^-31 kg, muatan elektron e = 1,6 x 10^-19 C, maka tentukanlah kelajuan dari elektron tersebut.

Penyelesaian

Dari soal kita sudah dapat menentukan beberapa besaran diantaranya:

V = 2 kV = 2×10³ volt, e = 1,6 x 10^-19 C, dan m = 9,1 x 10^-31 kg.

Untuk menentukan nilai kelajuan dari elektron pada sinar katode kita dapat menggunakan penurunan rumus dari persamaan (1)

2) Berhubungan dengan soal no 1. Tentukannlah perbandingan kecepatan gerak elektron pada tabung sinar katode jika beda potensial yang diberikan ditingkatkan menjadi 4 kali lipat dari semula.

Penyelesaian

Dari soal kita mendapatkan informasi adanya perubaha beda potensial yang diberikan yaitu V2 = 4V1.

Untuk menjawab pertanyaan pada nomer dua kita dapat melakukan perbandingan persamaan yang ada pada nomer 1 sebagai berikut:

Dalam soal ini massa dan muata elektronnya adalah tetap sehingga nilai e1 = e2, m1=m2. Dengan demikian nilai perbandingan kecepatannya menjadi: