EKSPERIMEN FISIKA II

Percobaan Efek Hall

Riana Tri Setyadhani (M0209044/2009)

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2012

ABSTRAK

Riana Tri SetyadhaniNana_nanudz@yahoo.comUniversitas Sebelas Maret

Percobaan efek Hall ini memiliki tujuan untuk menentukan tetapan Hall (Rh) pada

logam Cu dan menentukan konsentrasi elektron dalam logam (n) untuk logam Cu.

Prinsip percobaan dari efek Hall ini yaitu ketika sebuah plat logam (Cu) yang dialiri

arus listrik muatannya bergerak diletakkan sebuah medan magnet yang tegak lurus

dengan plat logam tersebut, maka akan timbul beda potensial pada ujung-ujung yang

berlawanan tersebut. Tegangan yang terjadi tersebut besarnya sebanding dengan

induksi magnet yang tegak lurus dengan plat. Beda potensial ini biasanya disebut

dengan tegangan Hall (Vh). Sehingga diperoleh besarnya tetapan Hall pada tembaga

Cu adalah sebesar (4,406x10-8) ± (0,348x10-8) Vm A-1T-1 dengan ketelitian sebesar

92,1 %. Konsentrasi elektron dalam logam untuk logam Cu adalah sebesar -1/(ne)

yaitu -0,142 T/mc.

A. PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

Gejala efek Hall bisa dilihat apabila arus dialirkan pada suatu penghantar

sekaligus menempatkannya dalam medan magnet, kemudian terjadi defleksi elektron

karena adanya medan magnet tersebut. Bersamaan dengan hal tersebut muncul pula

tegangan hall. Dari adanya efek hall tersebut kita bisa mengetahui besarnya konstanta

hall dan besarnya konsentrasi pembawa muatan dari suatu penghantar.

Sensor merupaka suatu alat untuk mengukur atau mendeteksi kejadian alam atau

sesuatu yang bergerak, panas, sinar dan mengubahnya menjadi representasi digital atau

analog. Ada berbagai macam sensor yang sering digunakan, dan salah satunya adalah

sensor efek hall. Sensor efek hall ini akan menghasilkan sebuah tegangan yang

proporsional dengan kekuatan medan magnet yang dideteksi oleh sensor efek hall, sedang

efek hall itu sendiri ialah peristiwa berbeloknya aliran listrik (elektron) dalam pelat

konduktor.

(AgungSetiadi,2011)

2. Tujuan

Tujuan dari percobaan efek hall ini adalah sebagai berikut :

1. Menentukan tetapan hall (Rh) pada logam Zn dan Cu

2. Menentukan konsentrasi elektron dalam logam (n) untuk logam Zn dan Cu

3. Dasar Teori

Jika suatu arus (muatan bergerak) mengalir pada sebuah konduktor di bawah

pengaruh medan magnet B dengan arah medan tegak lurus arah muatan bergerak, maka

muatan tersebut akan mengalami gaya Lorentz sebesar :

F=q v B . . . (1)

Dengan F adalah gaya Lorentz, q adalah pembawa muatan, v merupakan kecepatan

muatan, dan B adalah medan magnet. (Tim eksfis II, 2012)

Adanya gaya pada muatan bergerak dalam sebuah konduktor yang berada dalam

medan magnet diperagakan dalam efek hall. Efek hall berkaitan dengan suatu cara

pengukuran eksperimental sifat listrik yang dilaporkan oleh E.H. Hall pada tahun 1879.

Apabila model elektron terkuantisasi dianut, dan efek ini ingin ditelusuri secara teoritik

dengan baik, maka perlu dilakukan telaahseperti yang dilakukan Hall. Dalam telaah efek

hall ini akan ditempuh pendekatan sederhana, menurut elektron bebas klasik. (Ririn

Ernawati, 2012)

Gambar 1. Arah medan magnet

Gaya Lorentz cenderung menekan pembawa muatan kea rah salah satu sisi

konduktor. Pemisahan pembawa muatan diantara ujung-ujung konduktor akan

memberikan gaya elektrostatis (Fe = q E) yang sebanding dengan gaya Lorentz yang

bekerja pada pembawa muatan. Selain itu, beda pembaawa muatan yang mengumpul

pada sisi-sisi konduktor juga akan menghasilkan beda potensial Vh yang kemudian

disebut dengan tegangan Hall. Karena tidak ada arus yang mengalir kea rah sumbu y,

maka padakeadaan kesetimbangan antara gaya elektrostatik (Fe) dengan gaya Lorentz (F)

sepanjang sumbu y

eEy=− (VxB ) y=−e (Vz Bx−Vx Bz )=Vx Bz …… (2)

Total rapat arus adalah Jx = -neVx yang akan diperoleh :

e Ey=−e B Jxne

….. (3)

Konstanta hall didefinisikan sebagai R h= EyJx B

=−1/ne …………… (4)

Dengan Rh adalah konstanta Hall, n adalah jumlah pembawa muatan dan e adalah

muatan elektron.

Besar gaya Lorentz dan gaya elektrostatik sama ;

Fl=Fe ………………………… (5)

q (V x B )= k q 1q 2r 2

………………………… (6)

Dengan sudut 900 V x B = V. B sin 900 = V. B

q V B= k q 1 q 2r 2

…………………………. (7)

q V B=E q ………………………… (8)

E= J Bn q

= I BA n q

………………………… (9)

I BA n q

=Vr

………………………… (10)

V h= IBdnq

=−IBd n e

= IBR hd

………………………… (11)

R h=V hdIB

………………………… (12)

Untuk meganalisa efek hall secara kuantitatif, dapat digunakan model elektron bebas dari

sebuah logam. Pengikut-pengikut muatan tersebut dapat dianggap dapat bergerak

sepanjang penghantar dengan laju konstanta Vd. Gaya pembelok magnet yang

menyebabkan pengangkut muatan yang bergerak tersebut hanyut ke tepi kanan pita q Vd

x B

Pengangkut-pengankut muatan tidak menimbun (mengumpul) tanpa batas pada

tepi kanan pita karena pergeseran muatan memperbesar medan listrik hall melintang

(transverse hall electric field) Eh yang bekerja di dalam penghantar.

Jika suatu arus (muatan bergerak) mengalir pada sebuah konduktor di bawah

pengaruh medan magnet B dengan arah medan tegak lurus arah muatan bergerak, maka

muatan tersebut akan mengalami gaya Lorentz sebesar :

F=q V B ………………………… (13)

B. METODE PENELITIAN

1. Alat dan Bahan

a. Microvoltmeter

b. Ammeter

c. Staif

d. Reosthat

e. Teslameter

f. Lempeng logam sampel Zn dan Cu

g. Power supply

h. Kumparan

2. Cara Kerja

alat dan bahan

rangkaian teslameter (250 T)Voltmeter (0)

variabel bebas

I (arus)kenaikan 0,25 A sampai 10 A

Hasil

C. DATA PERCOBAAN

Tebal = 18 µm ; Tembaga Cu

I V (mV)0.25 -0.10.5 -0.20.75 -0.41 -0.61.25 -0.71.5 -1.11.75 -1.12 -1.22.25 -1.32.5 -1.62.75 -1.83 -23.25 -23.5 -2.43.75 -2.44 -2.64.25 -2.74.5 -2.84.75 -2.95 -3.15.25 -3.25.5 -3.55.75 -3.76 -4.16.25 -4.16.5 -4.36.75 -4.47 -4.57.25 -4.77.5 -57.75 -58 -5.28.25 -5.28.5 -5.38.75 -5.49 -5.59.25 -5.79.5 -5.8

9.75 -610 -6.2

D. ANALISA DATA

Percobaan efek Hall ini memiliki tujuan untuk menentukan tetapan Hall (Rh)

pada logam Cu dan menentukan konsentrasi elektron dalam logam (n) untuk logam Cu.

Prinsip percobaan dari efek Hall ini yaitu ketika sebuah plat logam (Cu) yang dialiri arus

listrik muatannya bergerak diletakkan sebuah medan magnet yang tegak lurus dengan

plat logam tersebut, maka akan timbul beda potensial pada ujung-ujung yang berlawanan

tersebut. Tegangan yang terjadi tersebut besarnya sebanding dengan induksi magnet yang

tegak lurus dengan plat. Beda potensial ini biasanya disebut dengan tegangan Hall (Vh).

Alat dan bahan percobaan yang digunakan adalah teslameter sebagai alat

pengukur medan magnet, power supply sebagai sember tegangan, Ammeter untuk

membaca tegangan Hall, kumparan sebagai pemicu medan magnet, reosthat untuk

mengubah hambatan sehingga dapat mempengaruhi keluaran medan magnet.

Miccrovoltmeter untuk membaca tegangan, lempeng logam Cu sebagai medium untuk

dialiri arus listrik dan statif sebagai tempat lempeng logam Cu.

Langkah awal dari percobaan ini yaitu menyalakan semua alat dan mengatur

keluaran medan magnet. Pada teslameter dengan mengatur reosthat, sehingga output B

menunjukkan angka sebesar 250 mT. kemudian melakukan kalibrasi ommeter. Karena

tegangan hall yang muncul besarnya sangat rendah, maka digunakan amplifier untuk

penguat nilai keluaran Vh.

Dari eksperimen yang telah dilakukan efek Hall dapat dinyatakan sebagai

pembelokan arah arus. Efek Hall ini didasarkan pada efek medan magnetic terhadap

partikel bermuatan yang bergerak. Ketika ada arus yang mengalir pada plat konduktor,

Efek Hall yang ditempatkan dalam medan magnet yang arahnya tegak lurus arus listrik.

Hasil keluaran dari efek Hall ini akan menghasilkan sebuah tegangan yang proporsional

dengan kekuatan medan magnet yang dideteksi. Akibatnya, medan listrik terus membesar

hingga gaya Lorentz yang bekerja pada partikel menjadi nol. Hal ini akan menghasilkan

perbedaan tegangan ketika plat konduktor dialiri arus listrik.

Pada percobaan ini diperoleh nilai Rh dengan 2 perhitungan, yaitu perhitungan

secara manual dan perhitungan dengan menggunakan Microsoft Excel. Untuk

perhitungan manual diperoleh nilai Rh sebesar -0.00011 diperoleh dari persamaan

hubungan antara I vs Vh, yaitu y = -1,580x – 0.002. dengan hubungan y = mx + c dan Rh

= m.d/B . sementara pada perhitungan manual dengan menggunakan millimeter block

diperoleh nilai Rh sebesar (14,406 x 10-8) ± (0,348 x 10-8) VmA-1T-1 dengan ketelitian

sebesar 92,1 %. Sesuai data percobaan semakin besar I maka semakin kecil Vh.

Sementara nilai tetapan Hall dan nilai rapat pembawa muatan dipengaruhi oleh bahan

yang digunakan.

Data yang didapat dari percobaan berupa arus listrik, tegangan Hall, medan

magnet dan voltase. Variabel bebas dari percobaan ini adalah arus listrik, dengan interval

0,25 A. variabel teikatnya adalah tegangan Hall.

Analisa data dengan metode grafik (terlampir) dari sumbu x berupa arus (variabel

bebas) dan sumbu y nya adalah Vh (variabel terikat). Dengan persamaan Vh = (Rh B I)/ d

dan regresi linier y = mx, maka dapat diperoleh konstanta Hall (Rh) dan nilai gradient.

Apabila dihitung konsentrasi pembawa muatannya maka,

Rh = -1/ne

n = (-Rh e)-1 = (-(4,406 x 10-8). (1,6 x 10-19)-1

= -0,142 T/mc

E. KESIMPULAN

Kesimpulan dari percobaan efek Hall ini adalah :

1. Besarnya tetapan Hall pada tembaga Cu adalah sebesar (4,406x10 -8) ± (0,348x10-8)

Vm A-1T-1 dengan ketelitian sebesar 92,1 %.

2. Konsentrasi elektron dalam logam untuk logam Cu adalh sebesar -1/(ne) yaitu -0,142

T/mc.

F. DAFTAR PUSTAKA

Ririn Ernawati.2011. Pengukuran Tetapan Hall dan Rapat Pembawa Muatan

dengan Metode Efek Hall. Yogyakarta. UGM.

Agung Setiadi. 2011. Tetapan Hall pada Metode Efek Hall. Yogyakarta. UGM.

Tim eksfis II. 2012. Modul Praktikum. Surakarta : FMIPA UNS.

LAMPIRAN

1. Perhitungan manual

2. Grafik menggunakan Microsoft Excel

-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 00

2

4

6

8

10

12

f(x) = − 1.58025742022458 x − 0.00293532862877388R² = 0.995354636243522

Chart Title

Series2Linear (Series2)

Axis Title

Axis Title