Sabtu, 01 Januari 2011

Percobaan Efek Hall

LAPORAN PERCOBAAN EFEK HALL

Disusun oleh :

Khorfid Vazriz Zaki

(4201408063)

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

2010

ABSTRAK

ZAKI, KHORFID VAZRIZ.2010. Efek Hall.Laporan Hasil Percobaan. Jurusan Fisika. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.Dosen : Bambang Subali, M.Pd.

Kata kunci : efek hall, medan hall, tegangan hall, konstanta hall, koefisien pembawa muatan.

Gejala Efek Hall bisa dilihat apabila arus dialirkan pada suatu penghantar sekaligus menempatkannya dalam medan magnet secara tegak lurus, kemudian terjadi defleksi electron karena adanya medan magnet tersebut. Besamaan dengan hal tersebut muncul pula tegangan hall. Tegangan hall terjadi karena adanya gaya Lorentz pada pembawa muatan yang sedang bergerak dalam medan magnet. Tegangan hall akan menyebabkan medan hall (EH), sehingga gaya Coulomb yang ditimbulkan Fc = qEH, berlawanan dengan FL. Hubungan antara Vh, EH, dan FC memenuhi :

atau FC = qEH

Harga RH (konstanta hall) juga bergantung pada jenis pembawa muatan dalam proses konduksi. Besarnya N (konstanta pembawa muatan) dapat dicari :

, dengan

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Gejala Efek Hall bisa dilihat apabila arus dialirkan pada suatu penghantar sekaligus menempatkannya dalam medan magnet secara tegak lurus, kemudian terjadi defleksi electron karena adanya medan magnet tersebut. Besamaan 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.

1.2 Tujuan

Tujuan dari percobaanEfek Hall ini adalah :

1. Menentukan besarnya nilai konstanta hall (RH).

2. Menentukan besarnya konsentrasi pembawa muatan (N) yang mengalir dalam penghantar.

1.3 Landasan Teori

Berkas elektron dapat mengalami defleksi karena adanya medan magnet. Defleksi gerakan elektron dalam medium padat, misalnya dalam penghantar, dibuktikan oleh Edwin H. Hall tahun 1879 yaitu dengan mengalirkan arus pada suatu penghantar sekaligus menempatkannya pada medan magnet secara tegak lurus. Dengan demikian akan muncul gejala yang disebut efek hall.

B

I

V VHVH

b

B VH

Gambar 1. Efek Hall

Tegangan hall ( ) terjadi karena adanya gaya Lorentz ( ) pada pembawa muatan yang sedang bergerak dalam medan magnet.

…..(1)

Persamaan (1) karena B tegak lurus terhadap kecepatan electron yang mengalir.

Gaya Lorentz yang mengakibatkan terjadinya pembelokan gerakan muatanke arah gaya tersebut yaitu salah satu sisi keping dalam sumbu z. dalam gambar 1, gaya Lorentz berarah kesumbu z (+), jika pembawa muatannya negative, dan berarah ke z(-) jika pembawa muatanya positif. Pada saat itu sisi keeping yang lain akan kekurangan muatan sehingga terjadilah efek hall. Dalam praktikum ini akan digunakan semikonduktor tipe-P. tegangan hall akan menyebabkan medan hall ( ), sehingga gaya coulomb yang ditimbulkan berlawanan dengan . Hubungan antara memenuhi :

atau …..(2)

Seiring denganbertambahnya muatan yang dibelokkan, pun bertambah besar, sehingga juga semakin besar.Akhirnya, pada keadaan seimbang, dapat mengimbangi sehingga aliran pembawa muatan kembali lurus. Pada keadaaan setimbang, sehingga diperoleh :



…..(3)

Dengan kerapatan arus, dimana

J : rapat arus per muatan

I : arus

A : luasan

N : konsentrasi pembawa muatan

Q : muatan

V : kecepatan aliran arus

maka diperoleh :

Jika A=a.b, maka :

Karena nilai N, q, dan a konstan, maka berbanding lurus dengan I dan B. Tetapan kesebandingan ini sering disebut konstanta hall ( ).

Secara eksperiment dapat diperoleh harga , yaitu bagian gradient grafik terhadap I dengan harga B tetap atau grafik terhadap B dengan harga I tetap. Sedangkan harga bergantung pada jenis pembawa muatannya dalam proses konduksi. positif jika jenis pembawa muatannya positif dan negatif jika jenis pembawa muatannya negative. Dengan ditentukan , maka besar konsentrasi pembawa muatan N dapat dicari :

:

Untuk menentukan besar N :

Dimana :

I : kuat arus (A)

B : kuat medan magnet (T)

q : muatan (C)

: tegangan hall (Volt)

a : lebar semikonduktor (m)

N : lebar pembawa muatan ( )

: konstanta hall ( )

BAB II

METODE

1.1 Waktu dan Tempat

Percobaan polarimeter ini dilakukan pada :

Waktu : Kamis,28 Oktober 2010

Jam 09.00-11.00

Tempat : Laboratorium Fisika Modern dan Optik FMIPA UNNES

1.4 Alat dan Bahan

Eksperimen Efek Hall ini menggunakan Apparatus, yaitu INDOSAW SK006 Hall Effect Apparatus, yang terdiri dari :

1. Power Supply untuk elektromagnetik dengan spesifikasi : 0-6 V, 5 A

2. Power Supply (sumber arus konstan) spesifikasi : 0-20 mA

3. Gaussmeter dengan probe hall

4. Semikonduktor (kristal tunggal Ge) terdapat pada PCB

a. Kristal Ge : tipe-P

b. Tebal a : 0,5 mm

c. Lebar b : 4 mm

d. Panjang c : 6 mm

5. Multimeter untuk mengukur tegangan hall (VH)

1.5 Cara Kerja

Eksperimen Efek Hall ini dilaksanakan menggunakan prosedur sebagai berikut:

1. Mengecek rangkaian yang sudah ada.

2. Menyalakan power supply, constant current source, dan gaussmeter.

3. Mengatur tombol pada power supply dan constant current source pada arus I=00 dan V=00 untuk menentukan zero point pada gaussmeter.

4. Mengkalibrasi gaussmeter supaya skala gaussnya nol.

5. Melakukan percobaan dengan variasi I dengan cara menentukan nilai tetap B pada gaussmeter dan mengubah-ubah nilai I pada constant current source.

6. Melakukan percobaan dengan variasi B dengan cara menentukan nilai tetap I pada gaussmeter dan mengubah-ubah nilai pada gaussmeter dengan mengubah-ubah power suply.

7. Mencatat hasil eksperiment dalam tabel pengamatan

BAB III

HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Perhitungan

Nilai konstanta hall dapat dihitung melalui persamaan :

Besarnya konsentrasi pembawa muatan (N) dapat dihitung melalui persamaan :

Dengan memasukan nilai-nilai , a, I dan B yang didapatkan melalui percobaan, yaitu :

Tabel1. Table pengamatan dan perhitungan percobaan dengan variasi I

a = 4 mm

q = 1.6 x 10-19 C

B = 100 gaus = 0.01 T

No

I

(x 10-3 A)

VH

(x 10-3 V)

RH

(m-3C-1)

N

(x 10-19 m-3)

1.

5

7

0,56

1,12

2.

6.01

9.3

0,62

1,01

3.

7.01

10.2

0,58

1,07

4.

8.05

12.1

0,60

1,04

5.

8.91

13.5

0,61

1,03

6.

9.89

16.8

0,68

0,92

7.

10.7

18.4

0,69

0,91

Jumlah

4,34

7,10

Tabel 2. Table pengamatan percobaan dengan variasi B

a = 4 mm

q = 9.9 x 10-3 A

B = 100 gaus = 0.01 T

No

B

(x 10-4T)

VH

(x 10-3 V)

RH

(m-3C-1)

N

(x 10-19 m-3)

1.

100

20,5

0,8283

0,754573

2.

95

21,4

0,9102

0,686697

3.

90

20,3

0,9113

0,685807

4.

85

20,3

0,9649

0,647706

5.

80

20,1

1,0152

0,615672

6.

75

19,4

1,0451

0,598019

7.

70

19.0

1,0967

0,569901

Jumlah

6,7717

4,5584

Tabel 3. Table Analisis percobaan dengan variasi I

No



x 1019

x 1038

1.

0,06

0,0035

0,10

0,0104

2.

0,00

0,0000

0,00

0,0000

3.

0,04

0,0014

0,06

0,0036

4.

0,02

0,0003

0,03

0,0006

5.

0,01

0,0002

0,02

0,0003

6.

0,06

0,0036

0,09

0,0089

7.

0,07

0,0047

0,11

0,0111

jumlah

0,0137

0,0349

Jadi nilai konstanta hall pada percobaan dengan variasi I adalah :

RH =

Dengan kesalahan relative :

Ketelitian = 100% - KR = 100% - % = 92.42%

Jadi besarnya konsentrasi pembawa muatan pada percobaan dengan variasi I adalah :

N =

Dengan kesalahan relative :

Ketelitian = 100% - KR = 100% - 7.52% =92.48 %

Tabel 4. Table Analisis percobaan dengan variasi B

No





1.

0,1391

0,0193

0,1034

0,01069

2.

0,0572

0,0033

0,0355

0,00126

3.

0,0560

0,0031

0,0346

0,00120

4.

0,0024

0,0001

0,0035

0,00001

5.

0,0478

0,0023

0,0355

0,00126

6.

0,0777

0,0060

0,0532

0,00283

7.

0,1293

0,0167

0,0813

0,00661

Jumlah

0,0508

0,02386

Jadi nilai konstanta hall pada percobaan dengan variasi Badalah :

RH =

Dengan kesalahan relative :

Ketelitian = 100% - KR = 100% - % = 90.58%

Jadi besarnya konsentrasi pembawa muatan pada percobaan dengan variasi Badalah :

N =

Dengan kesalahan relative :

Ketelitian = 100% - KR = 100% - % = 90.24%

3.2 Pembahasan

Percobaan dilakukan dengan mengalirkan arus pada sebuah pelat semikonduktor dari germanium Kristal bertipe P. 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 yangmengikat 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 . Mula-mula arus I mengalir searah sumbu x. jika setrah multimeter dihubungkan diantara titik P dan P’ , ini tidak akan menunjukan hasil pembacaan apa-apa. Hal ini menandakan bahwa tidak ada perbedaan potensial antara kedua titik. Namun, ketika medan magnet diberikan sepanjang sumbu y artinya gaussmeter yang mula-mula 0 dinyalakan sehingga ada medan magnet yang bekerja yang tegak lurus dengan araah arus. Akibatnya, angka pada multimeter bergerak menandakan ada beda potensial antara titik P dan P’. Perbedaan potensial inilah yang disebut tegangan Hall ( ) .Karena arus mengalir sepanjang sumbu x positif maka electron bergerak sepanjang sumbu x negatif. Gaya yang bekerja pada elektron yang diakibatkan oleh medan magnet B adalah

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.

Dalam praktikum ini, praktikan melakukan 2 buah variasi. Yang pertama adalah variasi arus (I), dan yang kedua adalah variasi B. pada variasi I diperoleh data sebagai berikut:

Tabel1. Table pengamatan dan perhitungan percobaan dengan variasi I

a = 4 mm

q = 1.6 x 10-19 C

B = 100 gaus = 0.01 T

No

I

(x 10-3 A)

VH

(x 10-3 V)

RH

(m-3C-1)

N

(x 10-19 m-3)

1.

5

7

0,56

1,12

2.

6.01

9.3

0,62

1,01

3.

7.01

10.2

0,58

1,07

4.

8.05

12.1

0,60

1,04

5.

8.91

13.5

0,61

1,03

6.

9.89

16.8

0,68

0,92

7.

10.7

18.4

0,69

0,91

Jumlah

4,34

7,10

Setelah dilakukan perhitungan maka didapat besarnya RH = yang mempunyai ketelitian 92.42%. Pada variasi I diperoleh besarnya konsentrasi pembawa adalah N = yang mmepunyai ketelitian 92.48 % .

Pada variasi B praktikan mendapatkan data sebagi berikut:

Tabel 2. Table pengamatan percobaan dengan variasi B

a = 4 mm

q = 9.9 x 10-3 A

B = 100 gaus = 0.01 T

No

B

(x 10-4T)

VH

(x 10-3 V)

RH

(m-3C-1)

N

(x 10-19 m-3)

1.

100

20,5

0,8283

0,754573

2.

95

21,4

0,9102

0,686697

3.

90

20,3

0,9113

0,685807

4.

85

20,3

0,9649

0,647706

5.

80

20,1

1,0152

0,615672

6.

75

19,4

1,0451

0,598019

7.

70

19.0

1,0967

0,569901

Jumlah

6,7717

4,5584

Setelah dilakukan perhitungan maka didapat besarnya konstanta Hall sebesar RH = yang mempunyai ketelitian sebesar 90,58%.Besarnya konsentrasi pembawa pada variasi B adalah sebesar N = yang mempunyai ketelitian sebesar 90.24%.

Dari analisis data, didapatkan nilai RH dan N pada percobaan dengan variasi I berbeda dengan nilai RH dan N pada percobaan variasi B. Hal ini belun diketahui secara pasti penyebabnya. Namun jika dilihat dari ketelitian hitung yang cukup besar, bias diambil kesimpulan bahwa dimungkinkan adanya perbedaan tersebut karena arus yang mengair ataupun besarnya medan magnet kondisinyan berbeda antara percobaan pertama dan percobaan kedua. Sedangkan adanya kesalahan relative tersebut dimungkinkan karena kondisi arus yang tidak konstan pada saat percobaan.

BAB IV
KESIMPULAN

Dari praktikum yang telah dilakukan dapat diperoleh kesimpulan :

1. Besarnya konstanta Hall

a. Pada variasi I adalah RH = dengan ketelitian 92.42%.

b. Pada variasi B adalah RH = engan ketelitian 90.58%

2. Besarnya konsentrasi pembawa muatan

a. Pada variasi I adalah N = dengan ketelitian 92.48 %

b. Pada variasi B adalah N = dengan ketelitian 90.24%

DAFTAR PUSTAKA

http://oerleebook.files.wordpress.com/2009/10/efekhall-oerlee.pdf.

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar