Berikut ini contoh laporan praktikum Efek Hall. Prakitkum termasuk dalam kajian Fisika Modern.
Daftar isi
Praktikum Efek Hall
Bab I. Pendahuluan
A. Latar Belakang
Efek Hall, ditemukan pada tahun 1879 oleh Edwin Herbert Hall pada saat sedang mengerjakan disertasi doktoralnya dalam bidang fisika dibawah bimbingan profesor Henry A. Rowland. Hall bernalar jika arus dipengaruhi oleh medan magnet maka seharusnya terdapat “sebuah tekanan, listrik akan mengalir ke arah salah satu sisi kawat penghantar. Setelah melakukan eksperimen berkali-kali Hall akhirnya menemukan bahwa sebuah medan magnet akan mengubah arah garis ekuipotensial sebuah konduktor yang menghantar arus.
Efek ini teramati sebagai sebuah tegangan yang Arahnya tegak lurus terhadap arus dalam konduktor. Gejala ini kemudian dikenal sebagai efek Hall. Hall melakukan eksperimennya dengan meletakkan sebuah lembaran emas tipis di atas sebuah pelat kaca kemudian merekat lembaran emas tersebut pada titik-titik yang terletak di bagian panjang lembaran emas itu. Eksperimen ini dilakukan dengan menggunakan berbagai jenis material selain lembaran emas, dan merekatkannya pada pelat kaca pada berbagai titik perekatan.
Penyelidikan tentang efek Hall sulit dilakukan karena tegangan Hall yang dapat dihasilkan nilainya sangat kecil. Tetapi dengan kemajuan teknologi semikonduktor dan pengembangan berbagai jenis bahan semikonduktor paduan, akhirnya dapat dihasilkan tegangan Hall dengan nilai orde magnitudo yang jauh lebih besar dibandingkan tegangan Hall yang dihasilkan pada material-material sebelumnya [1].
Dalam percobaan ini ada tiga kegiatan dilakukan pertama untuk menentukan hubungan Antara arus Hall dan tegangan Hall, pada kegiatan ini arus magnetisasi menjadi variabel kontrol sedangakan arus Hall menjadi variabel bebas. Sebaliknya pada kegiatan kedua tujuannya adalah mengukur sensitivitas elemen Hall Kh dari bahan semikonduktor GaAs dan pada kegiatan ketiga tujuannya adalah untuk menentukan kurva magnetisasi bahan baja silikon dengan elemen Hall, pada kegiatan kedua dan ketiga yang menjadi variabel kontrol adalah arus Hall sedangkan yang menjadi variabel bebas adalah arus magnetisasi, data yang diukur adalah arus Hall, Tegangan Hall dan Kuat medan magnet.
Bab II. Landasan Teori
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 = qE H ,
berlawanan dengan F L .
Harga R H (konstanta hall) juga bergantung pada jenis pembawa muatan dalam proses konduksi. Besarnya n (konstanta pembawa muatan) dapat dicari dengan : n =
Eksperimen ini bertujuan untuk mempelajari besaran karakteristik suatu bahan semikonduktor melalui penentuan kuantitas-kuantitas fisis bahan yaitu koefisien Hall R H , resistivitas ρ dan pembawa muatan p
atau n (hole dan elektron). 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. 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 (electrone) 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.
Koefisien Hall :
R_H=\frac{E_y}{j_xB}=\frac{U_H}{I}\frac{t}{B}Resistivitas ρ :
ρ=\frac{E_x}{j_x}BR_HPembawa muatan electron/hole :
p=n=\frac{1}{eR_H}Dimana e, j, E, dan B besaran-besaran fundamental dan t, w, dan L adalah dimensi volum dari sampel (t x l x w).
Bab III. Metode Praktikum
Metode yang digunakan dalam percobaan ini adalah melalui penentuan kuantitas-kuantitas fisis bahan yaitu koefisien Hall RH dan pembawa muatan p atau n(hole electron).
A. Alat dan Bahan
Eksperimen Efek Hall ini menggunakan Apparatus, yaitu INDOSAW SK006 Hall Effect Apparatus, yang terdiri dari :
- Power Supply untuk elektromagnetik dengan spesifikasi : 0-6 V, 5 A
- Power Supply (sumber arus konstan) spesifikasi : 0-20 mA
- Gaussmeter dengan probe hall
- Semikonduktor (kristal tunggal Ge) terdapat pada PCB
- Kristal Ge : tipe-P
- Tebal a : 0,5 mm
- Lebar b : 4 mm
- Panjang c : 6 mm
- Multimeter untuk mengukur tegangan hall (VH)
B. Metode Praktikum
Eksperimen Efek Hall ini dilaksanakan menggunakan prosedur sebagai berikut:
- Mengecek rangkaian yang sudah ada.
- Menyalakan power supply, constant current source, dan gaussmeter.
- Mengatur tombol pada power supply dan constant current source pada arus I=00 dan V=00 untuk menentukan zero point pada gaussmeter.
- Mengkalibrasi gaussmeter supaya skala gaussnya nol.
- Melakukan percobaan dengan variasi I dengan cara menentukan nilai tetap B pada gaussmeter dan mengubah-ubah nilai I pada constant current source.
- Melakukan percobaan dengan variasi B dengan cara menentukan nilai tetap I pada gaussmeter dan mengubah-ubah nilai pada gaussmeter dengan mengubah-ubah power suply.
- Mencatat hasil eksperiment dalam tabel pengamatan
Bab IV. Hasil dan Pembahasan
A. Hasil Pengamatan
Tabel pengamatan dengan variasi medan magnet (B)
t = 0,5 mm
q = 1.6 x 10-19 C
a. I = 9,35 mA
| No | B(x 10–4 T) | VH(x 10-3 V) |
| 1. | 0,020 | 0,0733 |
| 2. | 0,025 | 0,0736 |
| 3. | 0,030 | 0,0737 |
| 4. | 0,035 | 0,0738 |
| 5. | 0,040 | 0,0741 |
| 6. | 0,045 | 0,0746 |
| 7. | 0,050 | 0,075 |
| 8. | 0,055 | 0,0753 |
| 9. | 0,060 | 0,0757 |
| 10. | 0,065 | 0,0763 |
b. I = 10,35 mA
| No | B(x 10–4 T) | VH(x 10-3 V) |
| 1. | 0,020 | 0,0823 |
| 2. | 0,025 | 0,0824 |
| 3. | 0,030 | 0,0825 |
| 4. | 0,035 | 0,0827 |
| 5. | 0,040 | 0,083 |
| 6. | 0,045 | 0,0835 |
| 7. | 0,050 | 0,084 |
| 8. | 0,055 | 0,0843 |
| 9. | 0,060 | 0,0847 |
| 10. | 0,065 | 0,0858 |
c. I = 11,53 mA
| No | B(x 10–4 T) | VH(x 10-3 V) |
| 1. | 0,020 | 0,091 |
| 2. | 0,025 | 0,0914 |
| 3. | 0,030 | 0,0918 |
| 4. | 0,035 | 0,0925 |
| 5. | 0,040 | 0,0932 |
| 6. | 0,045 | 0,0935 |
| 7. | 0,050 | 0,0942 |
| 8. | 0,055 | 0,0947 |
| 9. | 0,060 | 0,0957 |
| 10. | 0,065 | 0,0958 |
Tabel pengamatan dengan variasi I
t = 0,5 mm
q = 1.6 x 10-19 C
a. B = 600 gauss = 0.06 T
| No | I(x 10–3 A) | VH(x 10-3 V) |
| 1. | 0,00176 | 0,0136 |
| 2. | 0,00242 | 0,0188 |
| 3. | 0,00301 | 0,0224 |
| 4. | 0,00412 | 0,0327 |
| 5. | 0,00548 | 0,0425 |
| 6. | 0,00631 | 0,049 |
| 7. | 0,00744 | 0,059 |
| 8. | 0,00812 | 0,0631 |
| 9. | 0,00901 | 0,0718 |
| 10. | 0,01033 | 0,0768 |
b. B = 800 gauss = 0,08 T
| No | I(x 10–3 A) | VH(x 10-3 V) |
| 1. | 0,00193 | 0,0153 |
| 2. | 0,00252 | 0,0201 |
| 3. | 0,00349 | 0,0274 |
| 4. | 0,00403 | 0,0322 |
| 5. | 0,00522 | 0,042 |
| 6. | 0,00649 | 0,0513 |
| 7. | 0,00758 | 0,0617 |
| 8. | 0,00831 | 0,0678 |
| 9. | 0,00908 | 0,0739 |
| 10. | 0,01065 | 0,0837 |
c. B = 1000 gauss = 0,1 T
| No | I(x 10–3 A) | VH(x 10-3 V) |
| 1. | 0,00198 | 0,0166 |
| 2. | 0,00251 | 0,0209 |
| 3. | 0,00373 | 0,0295 |
| 4. | 0,00432 | 0,0354 |
| 5. | 0,00544 | 0,0449 |
| 6. | 0,00673 | 0,0564 |
| 7. | 0,00748 | 0,0624 |
| 8. | 0,00881 | 0,0744 |
| 9. | 0,00925 | 0,0779 |
| 10. | 0,0102 | 0,0862 |
Nilai konstanta hall dapat dihitung melalui persamaan :
V_h=B_z\frac{IR_h}{t}Pada percobaan ini digunakan analisis regresi linear, dengan persamaan umum:
y = bx + a
Dimana:
q = \frac{(Σy)(Σx^2)-(Σx)(Σxy)}{n(Σx^2)-(Σx)^2}B. 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 magnetic 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 dipisahkan oleh gaya dan menghasilkan listrik. Mula-mula arus I mengalir searah sumbu x. jika setelah 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 arah arus. Akibatnya, angka pada multimeter bergerak menandakan ada beda potensial antara titik P dan P’. Perbedaan potensial inilah yang disebut tegangan Hall (VH) .Karena arus mengalir sepanjang sumbu x positif maka elektron bergerak sepanjang sumbu x negatif. Gaya yang bekerja pada elektron yang diakibatkan oleh medan magnet B adalah qvxB.
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.
