LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA EKSPERIMENTAL II EFEK HALL
LAPORAN PRAKTIKUM
FISIKA EKSPERIMENTAL II
EFEK HALL
Pelaksanaan Pratikum
Hari : Senin Tanggal : 26 Agustus 2019 Jam ke : 11-12
Oleh :
Renza Anggieta M M ( 081711333082 )
Sofian Iramanda ( 081711333083 )
Yessi Okta Intani ( 081711333084 )
Dosen Pembimbing :
Drs. Djony Izak Rudyardjo, M.Si
Dyah Hikamawati, S.Si M.Si.
LABORATORIUM FISIKA MATERIAL
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS AIRLANGGA
2019
ABSTRAK
Pada percobaan efek hall alat dan bahan yang digunakan adalah plat semikonduktor type N, seperangkat alat percobaan efek hall, medan magnet, dan voltmeter atau multimeter. Pembawa pembawa muatan positif ( hole ) atau negatif ( elektron ) akan cenderung mengarah ke kanan ketika pembawa muatan ini hanya hanyut ( drift ) sepanjang plat logam. Hal inilah yang menyebabkan beda potensial kecil V diantara sumbu x dan y. Secara keseluruhan fenomena ini lebih dikenal dengan sebutan efek hall. Tegangan hall sebagai fungsi arus listrik dicari dengan arus yang berbeda yaitu -30, -25, -20, -15, -10, -5, 0, 5, 10, 15, 20, 25, dan 30. Dengan arus yang berbeda beda akan didapatkan tegangan hall yang berbeda. Dari data dibuat grafik tegangan hall (UH) dengan arus (I) kemudian di hitung koefisien hall ( RH ), resistivitas (P), dan pembawa muatan p atau n ( hole dan elektron) menggunakan rumus. Dan didapat nilai nilai tersebut.
TUJUAN
Untuk Mempelajari besaran karakteristik suatu bahan semikonduktor melalui penentuan kuantitas-kuantitas fisis bahan yaitu koefisien Hall, resistivitas, dan pembawa muatan p atau n (hole dan electon)
DASAR TEORI
Prinsip utama dari efek hall adalah gaya lorentz. Jika medan magnet B diletakkan tegak lurus pada suatu pelat logam (konduktor atau semikonduktor) dengan cara menempatkan plat tersebut diantara muka-muka kutub sebuah elektromagnet. Medan ini akan mengarahkan gaya pembelok F pada plat sebagaimana dirumuskan dalam il x B , yang menunjukkan ke arah kanan seperti pada Gambar 1.
B x
W v
y z
L
t
Gambar 1. Model percobaan efek Hall
Oleh karena gaya yang mengarah ke samping pada plat tersebut adalah disebabkan oleh gaya pembawa muatan, yaitu qv x B. Pembawa-pembawa muatan positif (hole) atau negatif (electron) akan cenderung mengarah ke kanan ketika pembawa muatan ini hanyut (drift) sepanjang plat logam. Hal inilah yang menyebabkan beda-beda potensial kecil V di antara sumbu x dan y. Secara keseluruhan fenomena ini disebut dengan Efek Hall. Formulasi
Koefisien Hall :
R_H≡ E_y/(j_x B)= U_H/I t/B
Resistivitas ρ :
Pembawa muatan electron/hole :
Dimana e, j, E, dan B besaran-besaran fundamental dan t, w, dan L adalah dimensi volum dari sampel (t x l x w).
Gambar 2. Bagian depan Modul Efek Hall
Gambar 3. Bagian belakang Modul Efek Hall
PROSEDUR PERCOBAAN
Tegangan Hall sebagai Fungsi Arus Listrik Bahan
Menyambungkan peraangkat alat ke soket (5) dan (10) untuk mengukur Tegangan Hall.
Kemudian memberi sumber tegangan (12v/5A) dari PLN.
Knop (1) diputar, dimulai pada posisi 0 sampai ±55 mA.
Tombol (7) ditekan pada posisi arus Ip sehingga display arus pada (4) menyala pada penunjuk arus listrik.
Besarnya arus listrik pada LED(2) diamati.
Kemudian tegangan Hall pada multimeter UH diamati.
Tegangan Hall sebagai Fungsi Suhu
Perangkat multimeter disambungkan ke soket (5) dan (10) untuk mengukur Tegangan Hall.
Lalu memberi sumber tegangan (12v/5A) dari PLN.
Tombol (7) pada posisi suhu T ditekan sehingga display arus pada (4) menyala pada penunjuk suhu. Jika suhu telah mencapai 160oC maka lampu pada (4) akan mati secara otomatis.
Besarnya peningkatan suhu pada LED(2) diamati. Lalu tegangan Hall pada multimeter UH diamati
ALAT DAN BAHAN
Modul efek Hall
Multimeter
Power supply
Papan sirkuit sampel Germanium
DATA HASIL PENGAMATAN
Tegangan Hall sebagai fungsi arus listrik
No. I (mA) UH (mV)
1 -30 6.1
2 -25 4.7
3 -20 3.6
4 -15 2.4
5 -10 1.2
6 -5 0.2
7 0 -1
8 5 -2.3
9 10 -3.1
10 15 -4.2
11 20 -5.1
12 25 -5.8
13 30 -6.7
t=1mm=0,001m
B=250mT=0,25T
ANALISIS DATA
y=mx+n
y=-0,2143x-0,7692
m=U_H/I=-0,2143
Koefisien Hall :
R_H=U_H/I t/B
R_H=-0,2143 0,001/0,25
R_H=-0,0008572 Vmkg^(-1) s^(-2)
Resistivitas :
ρ=〖BR〗_H
ρ=0,25 x(-0,0008572)
ρ=-0,2143 × 10^(-3) Vms^(-3) A^(-1)
Pembawa muatan :
n=1/〖eR〗_H
n=1/(〖1,6x10〗^(-19) )(-0,0008572)
n=-1,372 x〖 10〗^22
Pada dasarnya prinsip kerja dari percobaan efek Hall ini menggunakan prinsip kerja gaya Lorentz, dimana ketika muatan memasuki wilayah medan magnet maka muatan tersebut mendapat pengaruh gaya lorentz sehingga muatan tersebut terbelokkan searah dengan arah gaya lorentz bekerja (mengikuti kaidah tangan kanan).
Tanda negative pada nilai koefisien Hall menunjukkan bahwa jenis muatan yang mengalir adalah elektron, bukan hole karena hole bernilai negatif. Efek Hall terjadi apabila ada arus yang mengalir pada sebuah konduktor atau semikonduktor yang dialiri arus listrik kemudian diberi medan magnet yang arahnya tegak lurus terhadap arus, sehingga arah arus listrik akan terbelokkan. Akibat pembelokkan tersebut, arus yang merupakan pergerakan dari pembawa muatan baik electron (-) maupun holes (+) akan cenderung berkumpul pada sisi semikonduktor atau konduktor yang mengalami pembelokkan. Sehingga dalam konduktor tersebut akan terjadi beda muatan yang menghasilkan beda tegangan, dimana tegangan ini disebut tegangan Hall (UH).
Percobaan dilakukan dengan mengalirkan arus pada sebuah pelat semikonduktor dari germanium Kristal bertipe N. Maka pada pelat tersebut bekerja medan listrik yang kita anggap dengan arah sumbu x dan medan induksi magnetik dengan arah sumbu z. Arah medan magnet tegak lurus dengan arah arus yang menuju pelat semikonduktor, tegangan yang mengalir pada pelat berarah tegak lurus dengan arus serta magnet. Ketika muatan mengalir medan magnet berarah tegak lurus dengan arah gaya pada muatan. Gaya magnet ini dipindahkan ke kawat yang dialiri arus oleh gaya yang mengikat elektron pada kawat dipermukaannya. Karena pembawa muatan itu sendiri mengalami gaya magnetik ketika kawat yang sedang menyalurkan arus itu berada dalam medan magnet luar, pembawa muatan itu dipercepat kearah salah satu sisi kawat. Akibatnya elektron dan hole dipisaahkan oleh gaya dan menghasilkan listrik .
Jika arus dibawa oleh muatan pembawa positif yaitu hole, maka pembawa bergerak searah dengan arus. Gaya magnetik menyebabkan pembawa muatan positif maju ke sisi depan sedangkan sisi belakang pelat bermuatan negatif.
Dari grafik diperoleh Arus Hall berbanding terbalik dengan tegangan Hall dan berbanding lurus dengan kuat medan magnet. Berdasar analisis didapatkan pula
R_H=-0,0008572 Vmkg^(-1) s^(-2), ρ=-0,2143 10^(-3) Vms^(-3) A^(-1),
n=-1,372 x〖 10〗^22
Berdasarkana tabel pengamatan yang menggambarkan hubungan antara kuat arus Hall dan tegangan Hall pada saat kuat medan magnetnya konstan, semakin besar kuat arus Haallnya maka semakin besar pula tegangan Hallnya. Jika diambil perbandingan antara kuat medan magnet (B) terhadap kuat arus Hall (IH), maka semakin besar kuat medan magnetnya maka kuat arus Hallnya akan semakin kecil. Sesuai dengan teori bahwa semakin besar kuat medan megnetiknya (B) maka konstanta Hallnya akan semakin kecil.
KESIMPULAN
Efek Hall terjadi mengikuti Hukum Gaya Lorentz, sehingga dari sini akan menimbulkan tegangan Hall yang besarnya sebanding dengan arus yang mengalir.
Arus Hall berbanding terbalik dengan tegangan Hall dan berbanding lurus dengan kuat medan magnet Semakin besar arus Hall (IH) maka semkin besar pula tegangan Hallnya (VH). Semakin besar kuat medan magnet maka semakin kecil konstanta Hallnya (RH). Semakin besar kuat medan magnet maka semakin besar pula konsentrasi pembawa muatan dari sampel yang digunakan.
R_H=-0,0008572 Vmkg^(-1) s^(-2)
ρ=-0,2143 × 10^(-3) Vms^(-3) A^(-1)
n=-1,372 x〖 10〗^22
DAFTAR PUSTAKA
Callister, W.D., Jr, 1984,
Introduction to Material
Science and Engineering,
John Wiley and Sons, New
York.
Rosana, Dadan, dkk. 2003. Konsep
Dasar Fisika Modern.
Yogyakarta : Universitas
Negeri Yogyakarta.
Tipler, Paul A. 2001. Fisika Untuk
Sains dan Teknik. Jakarta :
Erlangga
Tim KBK Fisika Material, 2014,
Buku Petunjuk Fisika
Eksperimental Lanjut (Bagian
Fisika Material), Departemen
Fisika Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas
Airlangga, Surabaya.
FISIKA EKSPERIMENTAL II
EFEK HALL
Pelaksanaan Pratikum
Hari : Senin Tanggal : 26 Agustus 2019 Jam ke : 11-12
Oleh :
Renza Anggieta M M ( 081711333082 )
Sofian Iramanda ( 081711333083 )
Yessi Okta Intani ( 081711333084 )
Dosen Pembimbing :
Drs. Djony Izak Rudyardjo, M.Si
Dyah Hikamawati, S.Si M.Si.
LABORATORIUM FISIKA MATERIAL
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS AIRLANGGA
2019
ABSTRAK
Pada percobaan efek hall alat dan bahan yang digunakan adalah plat semikonduktor type N, seperangkat alat percobaan efek hall, medan magnet, dan voltmeter atau multimeter. Pembawa pembawa muatan positif ( hole ) atau negatif ( elektron ) akan cenderung mengarah ke kanan ketika pembawa muatan ini hanya hanyut ( drift ) sepanjang plat logam. Hal inilah yang menyebabkan beda potensial kecil V diantara sumbu x dan y. Secara keseluruhan fenomena ini lebih dikenal dengan sebutan efek hall. Tegangan hall sebagai fungsi arus listrik dicari dengan arus yang berbeda yaitu -30, -25, -20, -15, -10, -5, 0, 5, 10, 15, 20, 25, dan 30. Dengan arus yang berbeda beda akan didapatkan tegangan hall yang berbeda. Dari data dibuat grafik tegangan hall (UH) dengan arus (I) kemudian di hitung koefisien hall ( RH ), resistivitas (P), dan pembawa muatan p atau n ( hole dan elektron) menggunakan rumus. Dan didapat nilai nilai tersebut.
TUJUAN
Untuk Mempelajari besaran karakteristik suatu bahan semikonduktor melalui penentuan kuantitas-kuantitas fisis bahan yaitu koefisien Hall, resistivitas, dan pembawa muatan p atau n (hole dan electon)
DASAR TEORI
Prinsip utama dari efek hall adalah gaya lorentz. Jika medan magnet B diletakkan tegak lurus pada suatu pelat logam (konduktor atau semikonduktor) dengan cara menempatkan plat tersebut diantara muka-muka kutub sebuah elektromagnet. Medan ini akan mengarahkan gaya pembelok F pada plat sebagaimana dirumuskan dalam il x B , yang menunjukkan ke arah kanan seperti pada Gambar 1.
B x
W v
y z
L
t
Gambar 1. Model percobaan efek Hall
Oleh karena gaya yang mengarah ke samping pada plat tersebut adalah disebabkan oleh gaya pembawa muatan, yaitu qv x B. Pembawa-pembawa muatan positif (hole) atau negatif (electron) akan cenderung mengarah ke kanan ketika pembawa muatan ini hanyut (drift) sepanjang plat logam. Hal inilah yang menyebabkan beda-beda potensial kecil V di antara sumbu x dan y. Secara keseluruhan fenomena ini disebut dengan Efek Hall. Formulasi
Koefisien Hall :
R_H≡ E_y/(j_x B)= U_H/I t/B
Resistivitas ρ :
Pembawa muatan electron/hole :
Dimana e, j, E, dan B besaran-besaran fundamental dan t, w, dan L adalah dimensi volum dari sampel (t x l x w).
Gambar 2. Bagian depan Modul Efek Hall
Gambar 3. Bagian belakang Modul Efek Hall
PROSEDUR PERCOBAAN
Tegangan Hall sebagai Fungsi Arus Listrik Bahan
Menyambungkan peraangkat alat ke soket (5) dan (10) untuk mengukur Tegangan Hall.
Kemudian memberi sumber tegangan (12v/5A) dari PLN.
Knop (1) diputar, dimulai pada posisi 0 sampai ±55 mA.
Tombol (7) ditekan pada posisi arus Ip sehingga display arus pada (4) menyala pada penunjuk arus listrik.
Besarnya arus listrik pada LED(2) diamati.
Kemudian tegangan Hall pada multimeter UH diamati.
Tegangan Hall sebagai Fungsi Suhu
Perangkat multimeter disambungkan ke soket (5) dan (10) untuk mengukur Tegangan Hall.
Lalu memberi sumber tegangan (12v/5A) dari PLN.
Tombol (7) pada posisi suhu T ditekan sehingga display arus pada (4) menyala pada penunjuk suhu. Jika suhu telah mencapai 160oC maka lampu pada (4) akan mati secara otomatis.
Besarnya peningkatan suhu pada LED(2) diamati. Lalu tegangan Hall pada multimeter UH diamati
ALAT DAN BAHAN
Modul efek Hall
Multimeter
Power supply
Papan sirkuit sampel Germanium
DATA HASIL PENGAMATAN
Tegangan Hall sebagai fungsi arus listrik
No. I (mA) UH (mV)
1 -30 6.1
2 -25 4.7
3 -20 3.6
4 -15 2.4
5 -10 1.2
6 -5 0.2
7 0 -1
8 5 -2.3
9 10 -3.1
10 15 -4.2
11 20 -5.1
12 25 -5.8
13 30 -6.7
t=1mm=0,001m
B=250mT=0,25T
ANALISIS DATA
y=mx+n
y=-0,2143x-0,7692
m=U_H/I=-0,2143
Koefisien Hall :
R_H=U_H/I t/B
R_H=-0,2143 0,001/0,25
R_H=-0,0008572 Vmkg^(-1) s^(-2)
Resistivitas :
ρ=〖BR〗_H
ρ=0,25 x(-0,0008572)
ρ=-0,2143 × 10^(-3) Vms^(-3) A^(-1)
Pembawa muatan :
n=1/〖eR〗_H
n=1/(〖1,6x10〗^(-19) )(-0,0008572)
n=-1,372 x〖 10〗^22
Pada dasarnya prinsip kerja dari percobaan efek Hall ini menggunakan prinsip kerja gaya Lorentz, dimana ketika muatan memasuki wilayah medan magnet maka muatan tersebut mendapat pengaruh gaya lorentz sehingga muatan tersebut terbelokkan searah dengan arah gaya lorentz bekerja (mengikuti kaidah tangan kanan).
Tanda negative pada nilai koefisien Hall menunjukkan bahwa jenis muatan yang mengalir adalah elektron, bukan hole karena hole bernilai negatif. Efek Hall terjadi apabila ada arus yang mengalir pada sebuah konduktor atau semikonduktor yang dialiri arus listrik kemudian diberi medan magnet yang arahnya tegak lurus terhadap arus, sehingga arah arus listrik akan terbelokkan. Akibat pembelokkan tersebut, arus yang merupakan pergerakan dari pembawa muatan baik electron (-) maupun holes (+) akan cenderung berkumpul pada sisi semikonduktor atau konduktor yang mengalami pembelokkan. Sehingga dalam konduktor tersebut akan terjadi beda muatan yang menghasilkan beda tegangan, dimana tegangan ini disebut tegangan Hall (UH).
Percobaan dilakukan dengan mengalirkan arus pada sebuah pelat semikonduktor dari germanium Kristal bertipe N. Maka pada pelat tersebut bekerja medan listrik yang kita anggap dengan arah sumbu x dan medan induksi magnetik dengan arah sumbu z. Arah medan magnet tegak lurus dengan arah arus yang menuju pelat semikonduktor, tegangan yang mengalir pada pelat berarah tegak lurus dengan arus serta magnet. Ketika muatan mengalir medan magnet berarah tegak lurus dengan arah gaya pada muatan. Gaya magnet ini dipindahkan ke kawat yang dialiri arus oleh gaya yang mengikat elektron pada kawat dipermukaannya. Karena pembawa muatan itu sendiri mengalami gaya magnetik ketika kawat yang sedang menyalurkan arus itu berada dalam medan magnet luar, pembawa muatan itu dipercepat kearah salah satu sisi kawat. Akibatnya elektron dan hole dipisaahkan oleh gaya dan menghasilkan listrik .
Jika arus dibawa oleh muatan pembawa positif yaitu hole, maka pembawa bergerak searah dengan arus. Gaya magnetik menyebabkan pembawa muatan positif maju ke sisi depan sedangkan sisi belakang pelat bermuatan negatif.
Dari grafik diperoleh Arus Hall berbanding terbalik dengan tegangan Hall dan berbanding lurus dengan kuat medan magnet. Berdasar analisis didapatkan pula
R_H=-0,0008572 Vmkg^(-1) s^(-2), ρ=-0,2143 10^(-3) Vms^(-3) A^(-1),
n=-1,372 x〖 10〗^22
Berdasarkana tabel pengamatan yang menggambarkan hubungan antara kuat arus Hall dan tegangan Hall pada saat kuat medan magnetnya konstan, semakin besar kuat arus Haallnya maka semakin besar pula tegangan Hallnya. Jika diambil perbandingan antara kuat medan magnet (B) terhadap kuat arus Hall (IH), maka semakin besar kuat medan magnetnya maka kuat arus Hallnya akan semakin kecil. Sesuai dengan teori bahwa semakin besar kuat medan megnetiknya (B) maka konstanta Hallnya akan semakin kecil.
KESIMPULAN
Efek Hall terjadi mengikuti Hukum Gaya Lorentz, sehingga dari sini akan menimbulkan tegangan Hall yang besarnya sebanding dengan arus yang mengalir.
Arus Hall berbanding terbalik dengan tegangan Hall dan berbanding lurus dengan kuat medan magnet Semakin besar arus Hall (IH) maka semkin besar pula tegangan Hallnya (VH). Semakin besar kuat medan magnet maka semakin kecil konstanta Hallnya (RH). Semakin besar kuat medan magnet maka semakin besar pula konsentrasi pembawa muatan dari sampel yang digunakan.
R_H=-0,0008572 Vmkg^(-1) s^(-2)
ρ=-0,2143 × 10^(-3) Vms^(-3) A^(-1)
n=-1,372 x〖 10〗^22
DAFTAR PUSTAKA
Callister, W.D., Jr, 1984,
Introduction to Material
Science and Engineering,
John Wiley and Sons, New
York.
Rosana, Dadan, dkk. 2003. Konsep
Dasar Fisika Modern.
Yogyakarta : Universitas
Negeri Yogyakarta.
Tipler, Paul A. 2001. Fisika Untuk
Sains dan Teknik. Jakarta :
Erlangga
Tim KBK Fisika Material, 2014,
Buku Petunjuk Fisika
Eksperimental Lanjut (Bagian
Fisika Material), Departemen
Fisika Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas
Airlangga, Surabaya.
Comments
Post a Comment