BAB I
PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Kawat berarus listrik yang terletak dalam medan magnet dengan arah tegak lurus dengan arah arus maka kawat akan mengalami gaya magnetic sehingga menyebabkan kawat akan melengkung. Namun bagaimana dengan sebuah plat konduktor (lempengan) yang berarus listrik berada dalam medan magnet, apakah plat tersebut akan mengalami gaya ?
B. Rumusan Masalah
1. Bagaimana pengaruh perubahan temperatur terhadap perubahan panjang benda?
2. Seberapa besar koefisien muai panjang logam besi, aluminium dan kuningan ?
C. Tujuan Percobaan
1. Menentukan besarnya kerapatan dan jenis pembawa muatan dalam bahan tungsten.
2. Menentukan konstanta Hall pada bahan tungsten
3. Menentukan konduktivitas bahan tungsten.




BAB II
LANDASAN TEORI

Efek Hall berkaitan dengan suatu cara pengukuran eksperimental sifat listrik yang dilaporkan oleh E.H. Hall pada tahun 1879. Apabila model elektron bebas terkuantisasi dianut, dan efek ini ingin ditelusuri secara teoritik dengan baik, maka perlu dilakukan telaah seperti yang dilakukan Hall. Dalam telaah Efek Hall disini akan ditempuh pendekatan sederhana, menurut elektron bebas klasik.
Efek Hall adalah pemisahan muatan dalam kawat. Gambar 1 di bawah ini 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.









Gambar 1. Efek Hall dengan pembawa muatan positif
Lempengan ini berada dalam medan magnet yang diarahkan ke bidang buku ini. Untuk saat ini kita asumsikan bahwa arus tersebut terdiri atas muatan positif yang bergerak ke kanan seperti yang ditunjukkan pada gambar 1. Gaya magnetik pada partikel ini adalah qvd x B (dengan v¬d merupakan kerapatan pembawa muatan). Gaya ini mengarah ke atas partikel positif bergerak ke atas lempengan, yang membuat bagian bawah lempengan itu mengandung muatan negatif yang berlebihan. Pemisahan muatan ini menghasilkan medan magnetik pada pembawa muatan.
Apabila medan elektrostatik dan medan magnetic setimbang, maka pembawa muatan tidak lagi bergerak keatas dalam keadaan setimbang, bagian atas lempengan tadi bermuatan lebih positif, sehingga berada pada potensial yang lebih tinggi dari bagian bawah yang bermuatan negatif. Jika arus itu terdiri atas partikel bermuatan negatif, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2 di bawah ini, pembawa muatan harus bergerak ke kiri (karena arusnya masih tetap ke kanan). Gaya magnetik qvd x B dalam hal ini ke atas karena tanda q muatan vd¬ telah diubah. Sekali lagi, pembawa muatan dipaksa ke bagian atas lempengan, tetapi bagian atas lempengan itu sekarang mengalirkan muatan negatif (karena pembawa muatannya negatif) dan bagian bawah menyalurkan muatan positif.






Gambar 2. Efek Hall dengan dengan pembawa muatan negatif
Pengukuran tanda beda potensial antara bagian atas dan bagian bawah lempengan itu akan memberi tahu kita tanda pembawa muatannya. Untuk konduktor logam biasa, kita temukan bahwa bagian atas lempengan pada gambar 1 berada pada potensial yang lebih renda dari pada bagian bawahnya yang berarti bahwa bagian atas itu haruslah menyalurkan muatan negatif. Jenis percobaan inilah yang mengarah kepenemuan bahwa pembawa pembawa muatan dalam konduktor ialah muatan negatif. Dengan demikian gambar 1 merupakan penggambaran arus yang benar pada konduktor biasa.
Jika kita hubungkan bagian atas dan bawah lempengan itu dengan kawat yang bertahanan R, elektron negatif akan mengalir dari bagian atas lempengan melalui kawat kebagian bawahnya. Begitu electron meninggalkan bagian atas lempengan dan memasuki bagian bagian bawahnya, besar pemisahan muatan pada lempengan itu untuk sesaat berkurang. Akibatnya adalah gaya elektrostatik pada electron dalam lempengan itu sesaat akan melelh sehingga gaya ini tidak lagi mengimbangi gaya magnetik yang terjadi padanya. Gaya magnetik itu akan menggerakkan lebih banyak electron melintasi lempengan tersebut yang kemudian akan menjadi sumber ggl. Beda potensial antara bagian atas dan bagian bawah lempengan itu disebut tegangan Hall.
Besar tegangan Hall tidak sulit untuk dihitung. Besar gaya magnetik pada pembawa muatan dalam lempengan itu adalah qvdB. Gaya magnetik ini diimbangi oleh gaya elektrostatik yang besarnya E, dengan E merupakan medan listrik akibat pemisahan muatan tersebut. Jadi kita memperoleh E = vd¬B. Jika lebar lempengan w, beda potensialnya Ew, sehingga tegangan Hall sama dengan VH = Ew = VdBw.







Gambar 3 Arah Arus dan Arah Medan Magnet
Dari gambar di atas dapat diketahui hubungan antara rapat arus J dengan kuat medan listrik E dan kuat medan magnet B dapat diturunkan berdasakan gambar diatas. Gaya magnetik yang dialami oleh elektron arahnya ke sumbu z positif dengan persamaan Fz=evBy sedangkan gaya elektrostatik arahnya ke sumbu z negatif dengan persamaan F-zc=eEx karena kedua gaya ini akhirnya sama maka :
Ex=vBy
Karena rapat arus dalam konduktor adalah
Jx=nq v.
Dan bila v dieliminir, kita peroleh
nq =
Ex= .Jx.By
Karena =RH , J= , Ex= dimana A=d.l maka :
RH = ........ (1)
Adapun konduktivitas bahan dapat ditentukan dari hubungan :
Jx=σ.Ex
Karena Jx= dan Ex= maka :

σ = ....... (2)
Dengan :
RH= konstanta Hall Bahan
VH= tegangan (ggl) Hall
IH = arus Hall
A = luas penampang lempengan
d = tebal lempengan
σ = konduktivitas bahan
J = rapat arus






BAB III
METODE EKSPERIMEN

A. Alat dan bahan
1. Plat tungsten dengan dimensi 65x20x0,05 mm
2. Teras berbentuk U dengan beban
3. kumparan 600 lilitan (2 buah)
4. Regulated Power Supply (catu daya) 12 V, 20 A
5. Measuring Amplifier
6. Magnetik Field Meter
7. Amperemeter 0-20 A
B. Cara kerja
1. Disusun alat seperti gambar di bawah ini :








2. Measuring Amplifier di kemudian mengatur multiplikasi pada posisi 500 µV (sensitivitasnya dikondisikan)
3. Mengatur penunjukan Measuring Amplifier agar dalam posisi tanpa medan penunjukan nol.
4. Menyalakan catu daya untuk medan magnet , magnetik field meter/Tesla meter.
5. Menempatkan probe Tesla/Gauss meter antara plat dengan kumparan.
6. Menaikkan besarnya medan magnet dengan mengatur daya output dan menetapkan pada satu nilai. Dan mencatat nilai konstan tersebut.
7. Pada posisi kuat medan magnet yang konstan, kuat arus sampel dinaikkan untuk berbagai harga, kemudian mencatat nilai kuat arus dan tegangan hall pada measuring amplifier.
C. Identifikasi Variabel
Variabel manipulasi : tegangan hall
Variabel Kontrol : kuat medan magnet (B), dan tebal plat (d)
Variabel respon : kuat arus hall
D. Definisi Operasional Variabel
1. Tegnagan hall adalah tegangan yang timbul pada plat tungsten
2. Kuat arus hall adalah arus listrik yang mengalir pada plat tungsten
3. Kuat medan magnet adalah kuat medan magnet yang ditimbulkan kumparan.
4. Perubahan suhu adalah selisih antara suhu akhir dengan suhu awal
5. Tebal plat adalah tebal plat tungsten.

E. Teknik Analisis Data
1. Metode Tabel
Dalam metode ini, data-data yang diperoleh dalam percobaan dipaparkan kedalam tabel, yaitu memaparkan nilai B, IH, dan VH, dimana B adalah kuat medan magnet dalam satuan Tesla, IH dalam satuan Ampere (A) dan VH dalam satuan Volt (V).
2. Metode Grafik
Dalam metode ini, data-data yang diperoleh pada table dimasukkan kedalam grafik yaitu hubungan antara arus Hall (IH) dan tegangan Hall (VH), dimana pada sumbu x yaitu kuat arus Hall (IH) dan pada sumbu y yaitu tegangan Hall (VH). Dari grafik menghitung besarnya konstanta Hall dengan rumus :
Y = mx + C ; ;
selain itu, juga menghitung besarnya nilai konsentrasi pembawa muatan dari sample yang digunakan dengan rumus :






BAB V
HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Pengamatan
Tabel 1 Hubungan antara kuat arus Hall (IH) dengan tegangan Hall (VH) pada saat kuat medan magnet (B) konstan.


No.
B = 30 mT

B = 60 mT
B = 90 mT

IH (A)

VH (μV)
IH (A)
VH (μV)
IH (A)
VH (μV)
1 0 0 0 0 0 0
2 0,77 4 1,03 4 0,68 4
3 3,01 20 2,91 20 2,82 20
4 4,92 40 4,78 40 5,05 40
5 7,26 60 6,94 60 6,42 60
6 10,67 80 8,95 80 8,79 80
7 11,05 100 11,37 100 11,22 100
8 16,5 120 - - 12,91 120
9 14,11 140

Tabel 2.
No I A J B n RH
1 0.00 0.000001 0 0.03 0 1.60E-19 0 0
2 0.77 0.000001 770000 0.03 0.0001 1.60E-19 1.44195E+27 4.329E-09
3 3.01 0.000001 3010000 0.03 0.0002 1.60E-19 2.81835E+27 2.21484E-09
4 4.92 0.000001 4920000 0.03 0.0003 1.60E-19 3.07116E+27 2.03252E-09
5 7.26 0.000001 7260000 0.03 0.0004 1.60E-19 3.39888E+27 1.83655E-09
6 10.67 0.000001 10670000 0.03 0.0005 1.60E-19 3.99625E+27 1.56201E-09
7 11.05 0.000001 11050000 0.03 0.0006 1.60E-19 3.44881E+27 1.80995E-09
8 16.50 0.000001 16500000 0.03 0.0007 1.60E-19 4.41413E+27 1.41414E-09
rata-rata 3.22708E+27 2.17129E-09


No I A J B n RH
1 0.00 10-6 0 0.06 0 1.60E-19 0 0
2 1.03 10-6 1030000 0.06 0.0001 1.60E-19 3.85768E+27 1.61812E-09
3 2.91 10-6 2910000 0.06 0.0002 1.60E-19 5.44944E+27 1.14548E-09
4 4.78 10-6 4780000 0.06 0.0003 1.60E-19 5.96754E+27 1.04603E-09
5 6.94 10-6 6940000 0.06 0.0004 1.60E-19 6.49813E+27 9.60615E-10
6 8.95 10-6 8950000 0.06 0.0005 1.60E-19 6.70412E+27 9.31099E-10
7 11.37 10-6 11370000 0.06 0.0006 1.60E-19 7.09738E+27 8.79507E-10
Rata-rata 5.08204E+27 9.40121E-10


No I A J B n RH
1 0.00 0.000001 0 0.09 0 1.60E-19 0 0
2 0.68 0.000001 680000 0.09 0.0001 1.60E-19 3.82022E+27 1.6399E-09
3 2.82 0.000001 2820000 0.09 0.0002 1.60E-19 7.92135E+27 7.88022E-10
4 5.05 0.000001 5050000 0.09 0.0003 1.60E-19 9.45693E+27 6.60066E-10
5 6.42 0.000001 6420000 0.09 0.0004 1.60E-19 9.01685E+27 6.92281E-10
6 8.79 0.000001 8790000 0.09 0.0005 1.60E-19 9.8764E+27 6.32031E-10
7 11.22 0.000001 11220000 0.09 0.0006 1.60E-19 1.05056E+28 5.94177E-10
8 12.91 0.000001 12910000 0.09 0.0007 1.60E-19 1.03612E+28 6.02461E-10
9 14.11 0.000001 14110000 0.09 0.0008 1.60E-19 9.90871E+27 6.29971E-10
rata-rata 7.87414E+27 6.92555E-10


B. Analisis Grafik
Grafik 1 Hubungan antara arus Hall (IH) dan tegangan Hall (VH) dengan B = 30 mT








Grafik 2 Hubungan antara arus Hall (IH) dan tegangan Hall (VH) dengan B = 60 mT



Grafik 2 Hubungan antara arus Hall (IH) dan tegangan Hall (VH) dengan B = 90 mT




C. Analisis Perhitungan
1. Pada Grafik 1
B = 30 x 10-3 Tesla
d = 5 x 10-5 m
y = 18,095x + 28,429
tan θ = 48,919 x 10-6 V/A
•

= 8,153 x 10-8

•

= 1,226 x 107
•

= 0,509 x 1026 m3
2. Pada Grafik 2
B = 60 x 10-3 Tesla
d = 5 x 10-5 m
y = 18,467x + 29,667
tan θ = 49,026 x 10-6 V/A
•

= 4,085 x 10-8
•

=2,447 x 107
•

= 2,551 x 1026 m3
3. Pada Grafik 3
B = 90 x 10-3 Tesla
d = 5 x 10-5 m
y =17,571x26,857
tan θ = 48,527 x 10-6 V/A
•

= 2,696 x 10-8
•

= 3,709 x 107


•

= 1,682 x 1025 m3






D. Pembahasan
Berdasarkan tabel pengamatan yang menggambarkan hubungan antara kuat arus Hall dan tegangan Hall pada saat kuat medan magnetnya konstan, semakin besar kuat arus Haallnya maka semakin besar pula tegangan Hallnya. Jika diambil perbandingan antara kuat medan magnet (B) terhadap kuat arus Hall (IH), maka semakin besar kuat medan magnetnya maka kuat arus Hallnya akan semakin kecil.
Untuk grafik yang menggambarkan hubungan antara arus Hall (IH) dan tegangan Hall (VH) adalah berbanding lurus yang semakin besa nilai IH nya maka VH nya akan semakin besar pula. Dari anlisis grafiknya diperoleh untuk B = 30 x 10-3 T diperoleh konstanta Hall RH = 8,153 x 10-8. Untuk B = 60 x 10-3 T, RH = 4,085 x 10-8 dan untuk B =90 x 10-3 T maka RH = 2,696 x 10-8. Hal ini sesuai dengan teori bahwa semakin besar kuat medan megnetiknya (B) maka konstanta Hallnya akan semakin kecil. Untuk nilai konsentarsi (nq), untuk B = 30 x 10-3 T, nq =1,226 x 107. Untuk B = 60 x 10-3 T, nq = 2,447 x 107 dan untuk B = 90 x 10-3 T maka nq = 3,709 x 107 dan nilai konsentasi untuk masing-masing konstanta secara berurutan yaitu n = 0,509 x 1026 m3, n = 2,551 x 1026 m3 dan n = 1,682 x 1025 m3.
Untuk perhitungan secara analisa Excel terdapat perbedaan yang mungkin disebabkan karena kesalahan pada analisa grafik. Kesalahan yang terjadi karena pembacaan skala dan penentuan sudut yang kurang tepat.
Adanya perbedaan di atas pada konsentasi disebabkan adanya kesalahan-kesalahan yang dilakukan oleh praktikan dalam pengambilan data. Misalnya kurang telitinya di dalam membaca penunjukkan skala, apalagi dalam kelompok kami (kelompok VII) hanya terdiri dari dua orang yang seharusnya tiga orang tapi karena teman yang satu lagi berhalangan yakni sakit, maka kami hanya berdua saja sedangkan dalam percobaan Efek Hall dibutuhkan minimal tiga orang dalam pengambilan data. Selain itu, ketidak telitian dalam pengambilan data ini disebabkan adanya gangguan-gangguan dari luar, misalnya keadaan meja dimana alat itu diletakkan selalu bergerak, baik itu disebabkan karena mejanya sudah tua maupun teman-teman kelompok lain yang secara tidak sengaja menyentuh meja tersebut, sehingga jarum dalam skala juga turut bergerak.

















BAB V
PENUTUP

A. Kesimpulan
Dari hasil percobaan yang telah kami lakukan maka dapat ditarik suatu kesimpulan bahwa :
1. Semakin besar arus Hall (IH) maka semkin besar pula tegangan Hallnya (VH).
2. Semakin besar kuat medan magnet maka semakin kecil konstanta Hallnya (RH).
3. Semakin besar kuat medan magnet maka semakin besar pula konsentrasi pembawa muatan dari sampel yang digunakan.

B. Saran
Dalam melaksanakan praktikum, hendaknya semua praktikan tetap menjaga ketertiban dan kelancaran peraktikum baik untuk kelompoknya sendiri maupun terhadap kelompok lain yang masih dalam pengambilan data. Bagi teman-teman yang telah selesai pengambilan data hendaknya tidak duduk didekat kelompok lain yang belum selesai percobaannya karena dapat mengganggu konsentrasi praktikum dalam kelompok tersebut.



DAFTAR PUSTAKA


Rosana, Dadan, dkk. 2003. Konsep Dasar Fisika Modern. Yogyakarta : Universitas Negeri Yogyakarta.

Tipler, Paul A. 2001. Fisika Untuk Sains dan Teknik. Jakarta : Erlangga