MAKALAH

Efek Hall Pada Pengukuran Harga Konsentrasi dengan Menggunakan

Bahan Germanium (Ge) tipe-n

Disusun ole :

Nama : Maiika Pransiska Napitupulu

Nim : 08121002057

Jurusan/ Fakultas : Fisika/ FMIPA

Hari/ tanggal : Senin, 23 Februari 2015

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sriwijaya

2015

KATA PENGANTAR

Puji syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena saya masih

diberikan kesempatan untuk menyelesaikan makalah ini dan saya juga mengucapkan terima

kasih kepada dosen pengasuh saya yaitu bapak Ishak Iskandar selaku dosen pengasuh mata

kuliah seminar.

Tak lupa pula saya mengucapkan terima kasih kepada teman-teman sekalian yang masih

memberikan dukungan kepada saya untuk menyelesaikan makalah ini.

Dan saya berharap adanya kritik dan saran tentang kualitas dari makalah saya, sebab makalah

ini masih jauh dari titik kesempurnaan.

Terima kasih.

Indralaya, 23 Februari 2015

Penulis,

Maiika Pransiska Napitupulu

08121002057

Daftar Isi

Kata pengantar .................................................................................................................... ix

Daftar Isi ................................................................................................................................ x

BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................................... 1

I.1. Latar Belakang ................................................................................................................ 1

I.2. Rumusan Masalah............................................................................................................ 2

I.3. Batasan Masalah .............................................................................................................. 2

I.4. Tujuan .............................................................................................................................. 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................................... 3

BAB III Metode Penelitian .................................................................................................... 6

III.1. Alat dan bahan .............................................................................................................. 6

III.2. Cara kerja ..................................................................................................................... 6

BAB IV PEMBAHASAN...................................................................................................... 7

IV.1. Data ............................................................................................................................... 7

IV.2. Hasil .............................................................................................................................. 9

IV.3. Analisa ......................................................................................................................... 10

BAB V PENUTUP ............................................................................................................... 11

V.1. Kesimpulan ................................................................................................................... 11

Daftara Pustaka

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang

Penyelidikan tentang efek hall sulit dilakukan karena tegangan hall yang dihasilkan

nilainya sangat kecil, tetapi dengan kemajuan dan perkembangan teknologi semikonduktor

, akhirnya dihasilkan tegangan hall dengan orde magitudo yang lebih besar dibandingkan

dengan dengan tegangan hall yang dihasilkan pada material-material sebelumnya.

Untuk dapat mengamati efek hall, maka dibutuhkan sensor efek hall. Sensor efek hall

dapat merespon perubahan medan magnet, sedangkan medan magnet yang ditimbulkan oleh

arus listrik berbanding lurus dengan besar arus listriknya.

Jarak sensor efek hall terhadap konduktor mempengaruhi tingkat keakurasian

pengukuran arus listrik. Secara teori medan magnet berbanding terbalik denga jarak

pengukuran, semakin jauh jarak pengukuran maka nilai medan magnetnya akan semakin

kecil dan apabila semakin dekat jarak pengukurannya maka nilai medan magnetnya akan

semakin besar. Oleh karena itu dibutuhkan penelitian untuk mendapatkan jarak yang tepat

agar dihasilkan pengukuran arus listrik yang akurat.

I.2. Rumusan Masalah

1. Bagaimana pengaruh harga konsentrasi pembawa muatan (n) bahan semikonduktor

germanium (Ge) tipe-n terhadap kuat arus listrik (I)

2. Bagaimana pengaruh kuat medan magnet (B) terhadap arus (I)

3. Pengaruh tegangan hall (𝑈𝐻) terhadap kuat medan magnet (B) dan hubungannya

dengan arus listrik (I).

4. Bagaimana pengaruh jarak antar dua tau lebih semi konduktor terhadap pengukuran

arus listrik searah (dc) dan berapa jarak minimum antara konduktor sehingga

diperoleh pengukuran yang akurat.

5. Bagaimana posisi dan letak sensor efek hall agar diperoleh hasil pengukuran kuat

arus listrik searah (dc) yang terbaik.

1.3. Batasan Masalah

1. Bagaimana pengaruh harga konsentrasi pembawa muatan (n) bahan semikonduktor

germanium (Ge) tipe-n terhadap kuat arus listrik (I) 1 A dan 3 A.

2. Bagaimana pengaruh kuat medan magnet (B) terhadap arus (I).

3. Pengaruh tegangan hall (𝑈𝐻) terhadap kuat medan magnet (B) dan hubungannya

dengan arus listrik (I).

I.4. Tujuan

1. Mengamati perbedaan harga konsentrasi pembawa muatan (n) bahan semikonduktor

germanium (Ge) tipe-n dengan germanium (Ge) intrinsic.

2. Menentukan harga konduktivitas (𝜎) dari bahan semi konduktor germanium (Ge)

1.5. Manfaat

1. Dapat menambah pengetahuan dan wawasan mengenai efek hall.

2. Dapat digunakan sebagai referensi mengenai efek hall.

3. Dapat mengetahui harga kosentrasi pembawa muatan pada bahan semikonduktor

germanium (Ge) tipe –n.

BAB II

TINAJUAN PUSTAKA

Effek Hall terjadi ketika konduktor pembawa arus tertahan pada medan magnet,

medan memberi gaya menyamping pada muatan-muatan yang mengalir pada konduktor

(jorena dan yulinar, 2013).

(a) dan (b)

Gambar 1. Efek Hall. a) Partikel positif bergerak ke kanan, b) Partikel negatif bergerak ke

kiri

Gambar 1. menunjukkan dua lempengan yang mengalirkan arus yang salah satunya

menyalurkan arus I ke kanan karena sisi kiri lempengan itu dihubungkan dengan terminal

positif baterai, dan sisi kanan dihubungkan ke terminal negatif baterai. Lempengan ini berada

dalam medan magnetik yang diarahkan ke dalam. Pada gambar 1.a, diasumsikan bahwa arus

tersebut terdiri atas muatan positif yang bergerak ke kanan.

Gaya Lorentz cenderung membawa muatan ke arah salah satu sisi konduktor.

Pemisahan pembawa muatan diantara ujung-ujung konduktor akan memberikan gaya

elektrostatik (𝐹𝑒 = 𝑞 𝐸) yang sebanding dengan gaya Lorentz yang bekerja pada pembawa

muatan. Beda pembawa muatan yang mengumpul pada sisi-sisi konduktor juga akan

menghasilkan beda potensial 𝑉ℎ yang disebut sebagai tegangan hall. Jika medan magnet B

diletakkan tegak lurus pada suatu plat logam (konduktor atau semikonduktor) dengan cara

menempatkan plat tersebut diantara muka-muka kutub sebuah elektromagnet.

Maka akan mengalami gaya Lorentz sebesar :

𝐹 = 𝑞 𝑉 𝐵

Besar gaya Lorentz dan gaya Elektrostatik sama:

𝐹𝑙 = 𝐹𝑒

𝑞(𝑉 𝑥𝐵) = 𝑘 𝑞1𝑞2

𝑟2

Dengan sudut 90º V x B = V. B sin 90º = V. B

𝑞 𝑉 𝐵 = 𝑘 𝑞1𝑞2

𝑟2

𝑞 𝑉 𝐵 = 𝐸 𝑞

𝐸 = 𝐽 𝐵

𝑛 𝑞=

𝐼 𝐵

𝐴 𝑛 𝑞

𝐼 𝐵

𝐴 𝑛 𝑞=

𝑉

𝑟

𝑉ℎ =𝐼 𝐵

𝑑 𝑛 𝑞= −

𝐼 𝐵

𝑑 𝑛 𝑒=

𝐼 𝐵 𝑅ℎ

𝑑

𝑅ℎ = 𝑉ℎ 𝑑

𝐼𝐵

𝑉ℎ = 𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 ℎ𝑎𝑙𝑙 ( 𝑣𝑜𝑙𝑡)

Koefisien hall 𝑅𝐻

𝑅𝐻 ≡ 𝐸𝑦

𝐽𝑥𝐵=

𝑈𝐻

𝐼

𝑡

𝐵

Resistivitas 𝜌

𝜌 ≡𝐸𝑦

𝐽𝑥𝐵= 𝐵𝑅𝐻

𝐽 = 𝑟𝑎𝑝𝑎𝑡 𝑎𝑟𝑢𝑠 𝑙𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑘 (𝑔/𝑚3)

𝐵 = 𝑘𝑒𝑟𝑎𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 𝑓𝑙𝑢𝑘𝑠 𝑚𝑎𝑔𝑛𝑒𝑡𝑖𝑐 (𝑡𝑒𝑠𝑙𝑎)

Pembawa muatan electron/ hole

𝑝 = 𝑛 =1

𝑒𝑅𝐻

Dimana :

𝑈ℎ = 𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 ℎ𝑎𝑙𝑙 ( 𝑣𝑜𝑙𝑡)

𝐼 = 𝑎𝑟𝑢𝑠 𝑙𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑘 (𝑎𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒)

𝑑 = 𝑡𝑒𝑏𝑎𝑙 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑠𝑒𝑚𝑖𝑘𝑜𝑛𝑑𝑢𝑘𝑡𝑜𝑟 (𝑚)

𝑒 = 𝑚𝑢𝑎𝑡𝑎𝑛 𝑒𝑙𝑒𝑘𝑡𝑟𝑜𝑛(1,6 𝑥 10−19 𝐶)

𝑛 = 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑠𝑖 𝑝𝑒𝑚𝑏𝑎𝑤𝑎 𝑚𝑢𝑎𝑡𝑎𝑛 (𝑚3

)

BAB III

METODE PENELITIAN

III.I. Alat dan Bahan

a. Sensor – cassy (524010)

b. PC

c. Software cassy – Lab

d. AC/DC Power Supply

e. Based unit for hall effect

f. Kabel penghubung

g. Semikonduktor Germanium (Ge) tipe – n

III.2. Cara Kerja

Rangkai alat lalu hubungkan semua alat ke

sumber listrik

Pada computer pilih program casy-lab

Atur arus dan sumber tegangan

selesai

Pilih tegangan hall dan medan magnetik

Lalu pilih stopwatch

BAB IV

PEMBAHASAN

IV. 1. DATA

Data dengan kajian terhadap I ampere, dengan data 3 perulangan

1 A

Perulangan 1

t / s U_A1 / V B_B1 / mT

0 0.01 40.3

0.1 0.32 40.6

0.2 0.29 40.5

0.3 0.03 40.6

0.4 0.07 40

0.5 -0.01 40.8

0.6 0.41 40.7

0.7 0.04 39.8

0.8 0.04 40.6

0.9 0.04 39.4

Perulangan 2

t / s U_A1 / V B_B1 / mT

0 0.23 41.8

0.1 0.36 39.8

0.2 0.14 41.9

0.3 0.35 39.1

0.4 0.17 38.9

0.5 0.28 38

0.6 0.18 40

0.7 0.06 39.1

0.8 0.26 38.6

0.9 0.16 41.1

Perulanan 3

U_A1 / V B_B1 / mT

0.28 38.7

0.23 39.4

0.36 41.9

0.33 41.3

0.47 40.6

0.14 40

0.21 41.3

0.18 39

0.34 39.5

0.06 40.3

3 A

Perulangan 1

t / s U_A1 / V B_B1 / mT

0 0.23 102.4

0.1 0.23 102.4

0.2 0.23 102.4

0.3 0.23 102.4

0.4 0.23 102.4

0.5 0.23 102.4

0.6 0.23 102.4

0.7 0.23 102.4

0.8 0.23 102.4

0.9 0.23 102.4

1 0.23 102.4

Perulangan 2

t / s U_A1 / V B_B1 / mT

0 0.23 102.4

0.1 0.23 102.4

0.2 0.23 102.4

0.3 0.23 102.4

0.4 0.23 102.4

0.5 0.23 102.4

0.6 0.23 102.4

0.7 0.23 102.4

0.8 0.23 102.4

0.9 0.23 102.4

1 0.23 102.4

Perulangan 3

t / s U_A1 / V B_B1 / mT

0 0.23 102.4

0.1 0.23 102.4

0.2 0.23 102.4

0.3 0.23 102.4

0.4 0.23 102.4

0.5 0.23 102.4

0.6 0.23 102.4

0.7 0.23 102.4

0.8 0.23 102.4

0.9 0.23 102.4

1 0.23 102.4

IV.2. Hasil

Grafik hubungan tegangan (Uh) dengan Kuat medan magnet (B)

1 A

3 A

y = -0.1238x + 51.698

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

398 399 400 401 402 403 404

Tega

nga

n (

Uh

)

Magnetic (B)

1:00 AM

Linear (1:00 AM)

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0 20 40 60 80 100 120

Tega

nga

n (

Uh

)

Medan Magnet (B)

I A

Linear (I A)

IV.3. Analisa

Hubungan harga konsentrasi pembawa muatan (n) bahan semikonduktor

germanium (Ge) berbanding lurus dengan kuat arus listrik. Semakin besar arus listrik yang

digunakan maka harga konsentrasi pembawa muatan akan semakin besar dan apabila arus

yang digunakan semakin kecil maka harga konsentrasi pembawa muatan pada bahan semi

konduktor akan semakin kecil.

Hubungan kuat medan magnet berbanding lurus dengan kuat medan listrik. Semakin

besar arus yang digunakan maka nilai medan magnet akan semakin besar dan apabila arus

yang digunakan semakin kecil maka nilai kuat medan magnet akan semakin kecil.

Hubungan tegangan hall terhadap kuat medan magnet. Pada kuat arus satu

ampere nilai kuat medan magnet yang dihasilkan tidak stabil, tetapi nilai regresi dari data

satu ampere menunjukkan hubungan semakin besar tegangan , maka semakin kecil nilai kuat

medan magnet yang dihasilkan dan apabila nilai tegangannya kecil maka nilai kuat medan

magnet yang dihasilkan akan semakin besar. Hal ini menunjukkan kuat medan magnet

berbanding terbalik dengan tegangan. Tetapi pada kuat arus tiga ampere nilai kuat medan

magnet dan tegangan pada perulagan pertama samapai ke tiga memiliki nilai yang konstan.

Hal ini diperkuat dengan rumus gaya Lorenz 𝐹 = 𝑞 𝑉 𝐵 yang menyatakan setiap

hubungan antara kuat medan magnet degan tegangan .

BAB V

PENUTUP

V.1. Kesimpulan

1. Hubungan harga konsentrasi pembawa muatan berbanding lurus terhadap kuat arus

listrik. Apabila arus semakin besar maka harga konsentrasi pembawa muatan akan

semakin besar.

2. Hubungan kuat medan magnet berbanding lurus terhadap kuat arus listrik . apabila

arus semakin besar maka nilai kuajt medan magnet yang dihasilkan akan semakin

besar.

3. Tegangan pada satu ampere berbanding terbalik dengan kuat medan magnet. Apabila

nilai tegangan semakin besar , maka nilai kuat medan magnet akan semakin kecil.

V.2. Saran

Kelemahan pada penelitian efek hall ini yaitu kurang efektifnya penggunaan software

pada pc yang disebabkan PC yang digunakan sudah sangat tua sehingga kurang efektif dalam

pengambilan data.

Keunggulan penelitian efek hall menggunakan PC yaitu data yang dihasilkan langsung

ditransfer ke Monitor dan dapat menghasilkan nilai yang lebih akurat lagi.

Daftar Pustaka

Jorena dan Yulinar , 2013, Modul Praktikum Eksperimen Fisika II, Indralaya ; Universitas

Sriwijaya.

Nazwa, I., dkk, 2014, Efek Hall, Surabaya ; Universitas Airlangga.

Setyadhani, R., T., 2012, Eksperimen Fisika II, solo ; Universitas Sebelas Maret.

Suryono, dkk, 2009, Karakterisasi Sensor Magnetik Efek Hall UGN3503 Terhadap Sumber

Magnet dan Implementasinya pada Pengukuran Massa , Semarang ; UNDIP.