1137030033_IKKE APRILIA K K - Modul Efek Hall.docx
-
Upload
ikke-aprilia-k-k -
Category
Documents
-
view
149 -
download
24
Transcript of 1137030033_IKKE APRILIA K K - Modul Efek Hall.docx
EFEK HALL
Ikke Aprilia K. K (1137030033
Jurusan Fisika
Fakultas Sains dan Teknologi
UIN Sunan Gunung Djati Bandung
E-mail : [email protected]
Abstrak :
Dalam penulisan ini mengenai Efek Hall. Efek Hall merupakan suatu peristiwa terjadinya
pembelokan aliran listrik dalam plat konduktor karena medan magnet. Tujuan dari praktikum
kali ini yaitu mengetahui bagaimana proses terjadinya efek hall, bagaimana pengaruh arus dan
menghitung konstanta hall. Eksperimen ini dilakukan dengan pengkalibrasian alat lalu setelah
alat dikalibrasi dilanjutkan dengan memasang pelat semikonduktor tipis yang terbuat dari perak.
Pelat tersebut dialiri arus listrik sekaligus diberi medan magnet yang arahnya tegak lurus dengan
arus listrik tersebut. Sehingga akan terbentuk beda potensial diantara pelat semikonduktor yang
disebut Potensial hall. Hasil eksperimen dapat dilihat pada grafik antara beda potensial terhadap
medan magnet pada bahan semikonduktor, yaitu besar konstanta hall. Besar nilai konstanta hall
yaitu : Dan telah disimpulkan pada percobaan ini pembawa muatan yang mengakibatkan
terjadinya pembelokkan adalah hole dikarenakan nilai dari pembawa muatan tersebut bernilai(+)
yang diperoleh dari hasil pembagian 1 dengan nilai muatan elektron (e) dan Resistivitas.
Kata Kunci : Efek Hall, Semikonduktor, Tegangan Hall, Konstanta Hall, Arus.
1. Pendahuluan
Latar belakang
Efek Hall merupakan suatu peristiwa berbeloknya aliran listrik (elektron) dalam pelat
konduktor karena pengaruh medan magnet. Efek Hall ditemukan oleh Dr. Edwin Hall pada
tahun 1879 ketika ia sedang menempuh pendidikannya untuk mendapatkan gelar doktor di
Universitas Johns Hopkins di Baltimore. Ia menemukan bahwa jika sebuah magnet di
letakkan dan medan magnet tersebut tegak lurus dengan suatu permukaan pelat emas yang
dialiri arus, maka akan timbul beda potensial pada ujung-ujung yang saling berlawanan.
Gaya Lorentz merupakan prinsip utama bekerjanya efek hall. Hal ini dapat dibuktikan
ketika kita membuat sebuah penghantar konduktor berbentuk pelat dan diberi medan magnet
yang dialiri arus listrik, maka gaya lorentz akan muncul. Ketika itu bagian atas pelat
konduktor seolah-olah akan berjajar muatan positif, sedangkan muatan negatif akan
mengalami gaya Lorentz ke arah bawah, maka pada bagian bawah pelat konduktor seolah-
olah kaan berjajar muatan negatif (kutub negatif). Oleh karena itu akan timbul medan listrik
dan beda potensial pada penghantar. Setiap bahan konduktor dan semikonduktor akan
memiliki konstanta Hall yang berbeda. Hal ini dikarenakan jenis pembawa muatan yang
berbeda.
Karena dengan adanya perbedaan konstanta tersebut maka kita melakukan praktikum kali
ini yaitu “EFEK HALL” agar kita dapat mengetahui nilai konstanta hall dari suatu bahan
yaitu perak.
Tujuan
Tujuan dari praktikum kali ini yaitu :
1. Dapat menjelaskan proses fisis terjadinya efek Hall pada suatu bahan
2. Dapat melakukan pengukuran dan mengamati pengaruh perubahan arus yang melalui
bahan terhadap potensial Hall yang dihasilkan
3. Dapat menentukan besar konstanta Hall dari suatu bahan
2. Dasar teori
Effek Hall terjadi ketika konduktor pembawa arus tertahan pada medan magnet, medan
memberi gaya menyamping pada muatan-muatan yang mengalir pada konduktor.
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 Fpada plat sebagaimana
dirumuskan dalam il x B , yang menunjukkan ke arah kanan seperti pada Gambar 1.
Formulasi, efek Hall
Konstanta efek hall (RH ¿
Resistivitas (ρ ¿
Resistivitas (ρ)(Ω.m) adalah kemampuan suatu bahan untuk mengantarkan arus listrik yang
bergantung terhadap besarnya medan istrik dan kerapatan arus. Semakin besar resistivitas
suatu bahan maka semakin besar pula medan listrik yang dibutuhkan untuk menimbulkan
sebuah kerapatan arus.
Pembawa muatan electron / hole :
Dengan e ,j , E, dan B besaran-besaran fundamental dan t, w, dan L merupakan dimensi
volum dari sampel (t x l x w). Dan rumusan mobilitas elektron / hole dalam bahan adalah :
dengan RH adalah konstanta Hall, d adalah ketebalan bahan, dan adalah konduktivitas listrik.
3. Metode Percobaan
3.1 Alat dan Bahan
1. Hall effect apparatus silver
2. Variable low voltage power supply
3. Mikrovoltmeter
4. Intibesi
5. Coil, 250 lilitan (satu pasang)
6. Multimeter
7. Sadle base
8. Konektor timah
9. Keping wolfram
3.2 Prosedur Percobaan
1. Cara Penyusuna Alat (Kalibrasi Alat)
Pemasangan arus pada kumparan disusun dari sumber arus → multimeter →
kumparan I bagian jack A → kumparan I jack E ke kumparan II jack E →
kumparan II jack A ke ground sumber arus. Atau pemasangan arus pada kumparan
diisusun dari sumber arus → multimeter → kumparan I bagian jack E → kumparan
I jack A ke jack ke kumparan II jack A → kumparan II jack E ke ground sumber
arus. Setelah kumparan digunakan untuk menghasilkan medan magnet, sebelum
digunakan kembali dengan arus yang berbeda terlebih dahulu kumparan diberikan
arus AC selama 1 menit untuk menghilangkan medan magnet yang tersisa.
Penggunaan mikrovoltmeter. Jika mikrovoltmeter belum dinyalakan, maka perlu
dinyalakan terlebih dahulu selama 1 menit. Penggunaan mikrovoltmeter. Sebelum
melakukan pengukuran, tekan tombol auto. Comp untuk menghasilkan beda
potensial terbaca adalah 0 V.
2. Menentukan konstanta Hall dengan mengubah arus pada bahan (arus yang
melewati bahan)
Susun rangkain seperti gambar 2 dan cek arah medan magnet. Tentukan arus yang
melalui kumparan. Tentukan arus yang melalui bahan. Catat beda tegangan pada kedua sisi
perak yang terbaca pada mikrovoltmeter. Lakukan percobaan langkah percobaan dari
bagian 3 dan 4 diatasuntuk mendapatkan konstanta Hall dengan bahan perak dengan variasi
10 pasang data dengan range arus pada bahan 0 hingga 5 Ampere. Lakukan langkah
percobaan 2 hingga diatas dengan variasi data 3 arus yang mengalir pada kumparan dengan
batas 0 hingga 2,5 Ampere.
4. Hasil dan Pembahasan
4.1 Data Kalibrasi dengan variasi arus dari 1-10 A (naik) dan variasi arus dari 10-1 A
(turun)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 90
0.020.040.060.08
0.10.120.140.16
0.01090.01160.0130.01630.02050.02640.0350.0442
0.05640.06440.07260.08050.0898
0.1020.1060.1120.121
0.1310.1420.146
f(x) = 0.0168163542614465 x + 0.00624511922354915R² = 0.999498653683445
Grafik Kalibrasi Naik
Arus (ampere)
Med
an M
agne
t (T
)
4.2 A. Data Konstanta Hall dengan arus 1 Ampere melalui kumparan
0 1 2 3 4 5 6 7 8 90
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16 0.1410.140.1330.1230.123
0.1120.1140.097
0.0880.079
0.07120.0621
0.05430.0463
0.03540.02740.02110.01680.01220.0112
f(x) = 0.0169360604205367 x + 0.00946791678285047R² = 0.993850735825242
Grafik Kalibrasi Turun
Kuat Arus (ampere)
Med
an M
agne
t (Te
sla)
Menentukan nilai konstanta Hall (RH ¿
y=2.10−6 x+6.10−23
V H=RH .B . I
d
V H=RH .Id
B
2. 10−6=RH .Id
2.10−6=RH .1 A
5 x10−5
RH=10 x10−11
Jadi nilai konstanta Hall untuk perak yang didapatkan dari grafik yaitu = 10 x10−11
Menentukan n (Konsentrasi pembawa muatan)
RH= 1n e
n= 1RH e
= 1
10.10−11 . 1,6.10−19=6,25.1028
Menentukan mobilitas muatan
μ=σ .RH
μ=6,1. 107 .10 x 10−11=6 .10−3
Menentukan collision time
μ= e τm¿
0 0.05 0.1 0.15 0.20
0.000000050.0000001
0.000000150.0000002
0.000000250.0000003
f(x) = 0.0000018 xR² = 1
GRAFIK TEGANGAN HALL 1 A(NAIK)
Series2Linear (Series2)
B(T)
VH(V
olt)
τ=μm¿
e=6 . 10−3 . 9,019.10−31
1,6.10−19 =3.38 .10−14s
B . Data Konstanta Hall
dengan arus 2 A
melalui kumparan
00.02
0.040.06
0.08 0.10.12
0.140
0.00000010.00000020.00000030.00000040.0000005
f(x) = 0.0000036 xR² = 1
GRAFIK TEGANGAN HALL 2 A(NAIK)
Series2Linear (Series2)
B(T)
Vh(v
)
No I B Rh 1/d Vh1 0.1 0.0112 9E-11 40000 4.032E-082 0.12 0.0119 9E-11 40000 4.284E-083 0.6 0.0141 9E-11 40000 5.076E-084 1 0.0186 9E-11 40000 6.696E-085 1.5 0.0231 9E-11 40000 8.316E-086 2 0.029 9E-11 40000 1.044E-077 2.4 0.0387 9E-11 40000 1.3932E-078 2.8 0.0418 9E-11 40000 1.5048E-079 3.25 0.049 9E-11 40000 1.764E-07
10 4 0.055 9E-11 40000 0.00000019811 4.4 0.065 9E-11 40000 0.00000023412 4.8 0.0731 9E-11 40000 2.6316E-0713 5.25 0.0804 9E-11 40000 2.8944E-0714 5.8 0.0865 9E-11 40000 3.114E-0715 6.5 0.0962 9E-11 40000 3.4632E-0716 6.8 0.11 9E-11 40000 0.00000039617 6.25 0.115 9E-11 40000 0.00000041418 8.25 0.117 9E-11 40000 4.212E-0719 8.75 0.125 9E-11 40000 0.0000004520 9.25 0.129 9E-11 40000 4.644E-07
Menentukan nilai konstanta Hall (RH ¿
y=4.10−6 x+6.10−23
V H=RH .B . I
d
V H=RH .Id
B
4. 10−6=RH .Id
4.10−6=RH .2 A
5 x 10−5
RH=10 x10−11
Jadi nilai konstanta Hall untuk perak yang didapatkan dari grafik yaitu = 10 x10−11
Menentukan n (Konsentrasi pembawa muatan)
RH= 1n e
n= 1RH e
= 1
10.10−11 . 1,6.10−19=6,25.1028
Menentukan mobilitas muatan
μ=σ .RH
μ=6,1. 107 .10 x 10−11=6 .10−3
Menentukan collision time
μ= e τm¿
τ=μm¿
e=6 . 10−3 . 9,019.10−31
1,6.10−19 =3.38 .10−14s
C. Data Konstanta Hall dengan arus 3 A melalui kumparan
0 0.05 0.1 0.150
0.00000010.00000020.00000030.00000040.00000050.00000060.00000070.0000008
f(x) = 0.0000054 xR² = 1
Grafik Konstanta Hall dengan Arus 3 A
Grafik Konstanta Hall dengan Arus 3 ALinear (Grafik Kon-stanta Hall dengan Arus 3 A)
B (T)
VH (V
)
Menentukan nilai konstanta Hall (RH ¿
y=2.10−6 x+6.10−23
V H=RH .B . I
d
V H=RH .Id
B
6. 10−6=RH .Id
2.10−6=RH .3 A
5 x10−5
RH=10 x10−11
Jadi nilai konstanta Hall untuk perak yang didapatkan dari grafik yaitu = 10 x10−11
Menentukan n (Konsentrasi pembawa muatan)
RH= 1n e
n= 1RH e
= 1
10.10−11 . 1,6.10−19=6,25.1028 /m3
Menentukan mobilitas muatan
μ=σ .RH
μ=6,1. 107 .10 x 10−11=6 .10−3 m2/Vs
Menentukan collision time
μ= e τm¿
τ=μm¿
e=6 . 10−3 . 9,019.10−31
1,6.10−19 =3.38 .10−14s
4.3 Pembahasan
Pada praktikum kali ini yaitu mengenai Efek Hall. Objek percobaan dipusatkan
pada bahan konduktor atau semikonduktor yang digunakan yaitu perak
(Ag). Pada eksperimen kali ini, parameter yang ditentukan yaitu nilai konstanta hall (
RH ¿dari bahan semikonduktor yaitu perak. Selain nilai konstanta hall yang ditentukan
kita juga menentukan konsentrasi pembawa muatan (n), mobilitas electron dan waktu
yang diperlukan untuk electron bertumbukan (collision time).
Apabila kita analisis hasil eksperimen yang telah dilakukan pada saat
pengkalibrasian kita lihat hubungan antar medan listrik (B) dengan arus (I). Pada grafik
yang diperoleh yaitu grafik medan listrik (B) terhadap arus (I), maka kita lihat bahwa B
dan I sebanding terlihat dari grafik yang mempunyai regresi linier. Artinya semakin
besar arus (I) yang diberikan maka semakin besar pula medan magnetnya (B).
Dari hasil eksperimen kita mendapatkan nilai konstanta Hall untuk semua arus
pada kumparan (1 A, 2 A, 3 A) mempunyai nilai yang sama yaitu 10.10−10 nilai
konstanta hall ini mendekati literature dari konstanta hall untuk perak yaitu 9.10−11. Hal
ini membuktikan bahwa berapapun arus yang diberikan pada kumparan tidak akan
mempengaruhi nilai konstanta Hall. Maka terbukti bahwa nilai konstanta hall
merupakan suatu yang nilainya tetap (tetapan) hanya tergantung pada bahan yang
digunakan.
Dari eksperimen ini juga kita dapat menetukan mobilitas electron karena nilai RH
yang sudah didapat. Dari perhitungan, kita mendapatkan nilai mobilitas elektronnya
μ=6 .10−3 m2
Vs untuk semua arus kumparan yang diberikan. Apabila kita bandingkan
dengan nilai mobilitas literature 5,6 . 10−3 m2
Vs nilai yang didapat tidak begitu jauh.
Sedangkan untuk konsentrasi pembawa muatan (n) nilai yang didapat dari perhitungan
yaitu : 6,25.1028 /m3 nilai yang didapat juga tidak terlalu jauh dengan literature yaitu
6 ,94 .1028 /m3.
Waktu tumbukan (Collision time) atau scattering time (τ) ialah waktu dimana
muatan dalam material saling berinteraksi satu sama lain (bertumbukan). Hal tersebut
dapat menyatakan semakin besar tumbukan yang terjadi pada sebuah material , semakin
kecil mobilitas muatan dan konduktivitasnya semakin kecil. Waktu tumbukan ialah
waktu dimana muatan saling bertumbukan, sehingga semakin besar waktu
tumbukannya, maka mobilitas dan konduktivitasnya semakin besar. Mobilitas muatan
merupakan ciri seberapa cepat muatan ( elektron atau hole ) dapat bergerak melalui
logam atau semikonduktor , saat ditarik oleh medan listrik kualitas konduktor dan
semikonduktor adalahseberapa cepat muatan didalamnya bergerak. Semakin cepat
pergerakan muatannya, semakin baik sifat konduktivitasnya (konduktor). Sedangkan
semakin lambat pergerakan muatannya maka semakin jauh dari sifat konduktor yang
baik.
Mobilitas electron adalah kecepatan electron dalam ruang. Nilai mobilitas
electron ini dipengaruhi oleh nilai konduktivitas bahan dan konstanta dari suatu bahan.
Semakin besar nilai nilai konduktivitas bahan dan konstanta dari suatu bahan maka
mobilitas elektronnya semakin besar. Mobilitas menjadi sangat penting karena dapat
menentukan kecepatan electron atau hall dalam ruang.
Proses terjadinya efek Hall pada semikonduktor, ketika pembawa muatan pada
semikonduktor berada dalam pengaruh medan magnet, pembawa muatan tersebut akan
menerima gaya yang saling tegak lurus antara medan magnet dan arus listrik. pada tipe-n
pembawa mayoritasnya adalah electron, sehingga akan terjadi pengumpulan elektron
akibat pembelokan. Sedangkan untuk semikonduktor tipe-p sebaliknya akan terjadi
penumpukan muatan positif.
Muatan yang mengalir pada bahan perak yaitu muatan electron. Kita bisa lihat
nilai dari konstanta hallnya yaitu (+). Hal ini dapat ditentukan dengan menggunakan
kaidah tangan kanan. Sedangkan jika pada arus dan kumparan dibalik maka muatan
yang dihasilkan bukan electron tapi hall. Hal ini akan mempengaruhi nilai konstanta hall
menjadi negative (-).
Salah satu aplikasi dari efek hall ialah sensor efek hall. Sensor Hall Effect
digunakan untuk mendeteksi kehadiran atau ketidakhadiran suatu objek magnetik. Pada
dasarnya ada dua tipe Half-Effect Sensor, yaitu tipe linear dan tipe on-off. Tipe linear
digunakan untuk mengukur medan magnet secara linear, mengukur arus DC dan AC
pada konduktor dan funsi-fungsi lainnya. Sedangkan tipe on-off digunakan sebagai limit
switch, sensor keberadaan (presence sensors), dan sebagainya.
5. Penutup
5.1 Kesimpulan
Dari pembahasan dan praktikum yang telah dilakukan maka kita dapat
menyimpulkan bahwa nilai potensial Hall (VH) sangat bergantung dengan besarmedan
magnet (B) dan arus listrik (I) yang digunakan pada bahan.Nilai koefisien Hall bahan
dapat diperoleh dari hubungan antara potensial Hall dan arusnya, serta medan magnet
(B) yang dihasilkan dan lebar bahan. Mobilitas pembawa muatanbahan dapat diperoleh
dari hubungan antara konduktivitas listrik bahan dengan koefisien Hall bahan. Dari
eksperimen kali ini juga didapat bahwa muatan yang mengalir pada bahan perak yaitu
muatan electron. Kita bisa lihat nilai dari konstanta hallnya yaitu (+). Hal ini dapat
ditentukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan.
Daftar Pustaka
1. Ilham M. dkk. 2013. Efek Hall. ITB : Bandung
2. Caravelli GJ. The Hall Effect in Silver and Tungsten. Baltimore: The Johns Hopkins
University;2006.
3. Ramdani, R. 2015. Modul Efek Hall. UIN : Bandung
4. Chabay Ruth W, Sherwood Bruce A. Matter and Interactions. John Wiley & Sons; 2011
5. http://kambing.ui.ac.id/onnopurbo/orari-diklat/teknik/elektronika/elektronika-dasar-I-
univ-negeri-jember/bab06-bahan-semikonduktor.pdf