LAPORAN PRAKTIKUM EKSPERIMEN FISIKA 1 ( EFEK HALL ) Diajukan untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Eksperimen Fisika 1 Dosen pengampu : Drs. David Edison Tarigan, M.Si.
DEPARTEMEN PENDIDIKAN FISIKA FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA 2017
Eksperimen 5 EFEK HALL
A. Tujuan Percobaan Menentukan rapat muatan pembawa dan jenis muatan pembawa B. Dasar Teori Pemisahan muatan dalam kawat penghantar yang sedang dialiri arus listrik dan dikenai medan magnet disenut peristiwa efek hall. Fenomena efek hall dapat memungkinkan kita menentukan tanda muatan pada pembawa muatan dan jumlah muatan per satuan volume n dalam suatu konduktor.
Gambar menunjukan dua buah lempengan yang mengalirkan arus ke kanan karena sisi kiri lempengan dihubungkan dengan sumber positif baterai, dan sisi kanan dihubungkan dengan sumber negatif baterai. Lempengan ini berada dalam medan magnet yang diarahkan kedalam bidang. Dapat diasumsikan bahwa arus tersebut terdiri dari muatan positif yang bergerak ke kanan. Gaya magnetik pada partikel adalah
×
dengan
merupakan kecepatan drift
pembawa muatan. Partikel positif bergerak ke atas lempengan, yang membuat bagian bawah lempengan itu mengandung muatan negative yang berlebihan. Pemisahan muatan ini menghasilkan medan elektrostatik pada lempengan yang melawan gaya magnetik pada pembawa muatannya.
Apabila medan elektrostatik dan medan magnetik seimbang, pembawa muatan tidak lagi bergerak ke atas. Dalam keadaan setimbang, bagian atas lempengan tadi bermuatan lebih positif, sehingga berada pada potensial yang lebih tinggi dari bagian bawah yang bermuatan negatif. Beda potensial antara bagian atas dan bagian bawah lempengan itu disebut tegangan Hall. Besar gaya magnetik pada pembawa muatan dalam lempengan adalah
.
Gaya magnetik ini diimbangi oleh gaya elektrostatik yang besarnya
,
dengan
merupakan medan listrik akibat pemisahan muatan tersebut. Jadi
dapat diperoleh
. Jika lebar lempengannya
, beda potensial ialah
. Maka tegangan Hall sama dengan . Karena kecepatan drift untuk arus biasa sangat kecil, dapat dilihat dari Persamaan di atas bahwa tegangan Hall itu sangat kecil untuk lempengan berukuran biasa dan medan magnetik yang lemah. Dari pengukuran tegangan Hall untuk lempengan yang ukurannya diketahui sedang menyalurkan arus yang diketahui dalam medan magnetik, dapat ditentukan jumlah pembawa muatan per satuan volume dalam lempengan tersebut. Dengan persamaan arus adalah
Dengan lebar
merupakan luas penampang lempengnya. Untuk lempengan dengan dan tebal
, luas penampangnya ialah
muatannya berupa elektron, maka besar jumlah muatan yang menyalurkan
Dengan mensubstitusikan
C. Alat dan Bahan
=1.602
adalah
= , di peroleh
=
. Karena pembawa . Maka densitas
No Nama Alat dan Bahan
Jumlah
1
Ferrite magnet SN with base and spacer
1 Set
2
Measury Apparatus (Hall Effect Experimental 1 Set Set)
3
Gauss Meter
1 Set
D. Prosedur Percobaan a. Menentukan rapat muatan pembawa dengan B konstan, dan I berbeda. 1. Merangkai / menghubungkan set alat yang bernama Ferrite magnet SN with base and spacer dengan alat Measury Apparatus (Hall Effect Experimental Set) menggunakan kabel. 2. Mengkalibrasi set alat efek Hall yang akan digunakan. 3. Menentukan medan magnet yang akan diberikan terhadap pelat dengan cara meletakkan medan magnet (B) pada jarak tertentu dari pelat. Kemudian, mengukur harga medan magnetnya dengan mengggunakan Gauss Meter. 4. Menentukan I (mA) dan mencatat besarnya V(mV) yang ditunjukkan pada display. 5. Mengulangi langkah (4) dengan mengubah-ngubah harga I (mA), kemudian mencatat harga V(mV) yang ditunjukkan pada display. b. Menentukan rapat muatan pembawa dengan I konstan, dan B berbeda 1. Merangkai / menghubungkan set alat yang bernama Ferrite magnet SN with base and spacer dengan alat Measury Apparatus (Hall Effect Experimental Set) menggunakan kabel. 2. Mengkalibrasi set alat efek Hall yang akan digunakan. 3. Menentukan medan magnet yang akan diberikan terhadap pelat dengan cara meletakkan medan magnet (B) pada jarak tertentu dari pelat. Kemudian, mengukur harga medan magnetnya dengan mengggunakan Gauss Meter. 4. Menentukan harga I (mA) yang akan diberikan, kemudian mencatat harga V (mV) yang ditunjukkan pada display.
5. Melakukan langkah ke (3) dan (4) dengan mengubah-ubah harga B, dan membuat besar arus (I) konstan. 6. Merapikan alat dan bahan yang telah digunakan. E. Data Percobaan Tebal plat (b)
: 0,5 x 10-3 m
Lebar plat
: 4 x 10-3 m
Panjang plat
: 20 x 10-3 m
e (electron)
:
1. Medan magnet (B) konstan, B = 0,0299T No
I (mA)
V (mV)
1
0,05
020
2
0,15
0,24
3
0,25
0,25
4
0,35
0,29
5
0,45
0,32
6
0,55
0,35
2. Arus listrik (I) konstan, I = 0,05 mA No
B (T)
V (mV)
1
0,02
0,27
2
0,0233
0,18
3
0,028
0,12
F. Pengolahan Data Untuk mencari harga rapat muatan pembawa dan jenis muatan pembawa yaitu dengan menggunakan perumusan sebagai berikut
1. Medan magnet (B) konstan, B = 0,0229T Metoda statistika
No
I.
VH
n
(A)
(V)
1
0,00005
0,0002
0,934
2,8402
8,0669
2
0,00015
0,00024
2,336
1,4387
2,0697
3
0,00025
0,00025
3,737
0,0371
0,0014
4
0,00035
0,00029
4,511
0,7362
0,5419
5
0,00045
0,00032
5,256
1,4812
2,1941
6
0,00055
0,00035
5,873
2,0986
4,4041
22,648
17,278
maka dengan menggunakan metoda statistika diperoleh hasil sebagai berikut elektron/ Kesalahan Presisi
Metoda grafik Ms. Excel
Grafik Hubungan V/I 0.0006 y = 3.355x - 0.0006 R² = 0.9873
V(volt)
0.0005 0.0004 0.0003
0.0002 0.0001 0 0
0.0001
0.0002
0.0003
0.0004
I(A)
elektron/ maka dengan menggunakan metoda grafik excel diperoleh hasil sebagai berikut elektron/ Metoda Grafik Origin
elektron/
elektron/ maka dengan menggunakan metoda grafik origin diperoleh hasil sebagai berikut
elektron Persentase kesalahan presisi
2. Arus listrik (I) konstan, I = 0,05 mA B (T)
I.
n (A)
0,02
0,05
0,27
1.46
4.477
0.3010
0,0233
0,05
0,18
0.81
1.017
0.0102
0,028
0,05
0,12
0.46
5.493
0.2000
2.73
0.5112
maka dengan menggunakan metoda statistika diperoleh hasil sebagai berikut =(
0,505)
elektron/
Persentase kesalahan presisi
Metoda grafik Ms. Excel
grafik hubungan V/B 0.0003 0.00025 V volt)
0.0002 0.00015 y = -0.0183x + 0.0006 R² = 0.9542
0.0001 0.00005 0 0
0.005
0.01
0.015 B (Tesla)
0.02
0.025
0.03
elektron/ maka dengan menggunakan metoda grafik excel diperoleh hasil sebagai berikut elektron/ Metoda Grafik Origin
elektron/
elektron/
maka dengan menggunakan metoda grafik origin diperoleh hasil sebagai berikut
elektron/ persentase kesalahan presisi
G. Analisis Pada percobaan untuk menentukan rapat muatan (n) dengan arus konstan didapat bahwa semakin besar medan magnet maka semakin besar pula tegangan Hall. Hal ini dikarenakan semakin besar medan magnet maka semakin besar gaya magnetik yang diterima oleh muatan yang mengalir pada plat. Dari data yang diperoleh masih terdapat kesalahan yang disebabkan oleh hal-hal berikut: 1. Kurangnya ketelitian ketika mengkalibrasi alat. 2. Sulit menentukan nilai pada display gaussmeter dan voltmeter ketika pembacaan pengukuran. 3. Alat sudah tidak berfungsi dengan baik. Adapun saran yang dapat disampaikan untuk memperkecil nilai kesalahan dalam melakukan percobaan adalah sebagai berikut 1. Melakukan kalibrasi alat dengan benar. 2. Lebih teliti dalam pembacaan nilai medan magnet dan tegangan di display gaussmeter dan voltmeter.
Tugas Akhir 1. Berdasarkan data yang anda peroleh tentukanlah rapat muatan pembawa ketika B dibuat tetap dan I divariasikan! Jawab : Dengan medan magnet tetap B = 0,0299 T dan arus yang divariasikan didapatkan hasil sebagai berikut : a. Metode statistika
kesalahan presisi
elektron/
dengan
dengan
kesalahan
.
b. Metode Grafik Ms. Excel elektron/ c. Metode Grafik Ms.Origin elektron presisi 2. Berdasarkan data yang anda peroleh tentukanlah rapat muatan pembawa ketika I dibuat konstan dan B divariasikan! Jawab : Dengan I tetap = 0,05 mA dan B divariasikan didapatkan hasil sebagai berikut : a. Metode Statistika =
(
0,505)
elektron/
dengan
kesalahan presisi 55,52%. b. Metode Grafik Ms. Excel elektron/ c. Metode Grafik Origin elektron/
kesalahan presisi 21,8%
3. Berdasarkan referensi tentukan prosedur mana yang paling baik dan jelaskan alasannya! Jawab :
kedua percobaan tersebut terlihat bahwa metode yang paling baik yang digunakan untuk menentukan rapat muatan pembawa per satuan volume adalah dengan cara membuat kuat medan magnet konstan, sedangkan kuat arusnya diubah-ubah (percobaan 1) menggunakan metode grafik (apabila data yang diambil cukup banyak) karena memberikan hasil yang lebih baik dan kesalahan yang lebih kecil. 4. Berdasarkan referensi apakah hasilnya cukup mendekati atau menyimpang cukup jauh. Bila hasilnya menyimpang cukup jauh, lakukan analisis mengapa hasilnya seperti itu! Jawab : Dari hasil yang didapat tidak menyimpang terlalu jauh. Hal ini disebabkan oleh beberapa faktor yaitu, a. Kurang teliti dalam mengkalibrasikan alat b. Ketidaktelitian pada saat mengambil data c. Sensitifitas alat ketika menunjukkan angka pengukuran d. Alat yang tidak dalam kondisi baik 5. Tentukanlah jenis muatan pembawa berdasarkan data yang anda peroleh! Jawab : Jenis pembawa muatan pembawa pada praktikum ini yaitu dengan melakukan pengukuran tanda beda potensial antara bagian atas dan bagian bawah. Ternyata pada percobaan ini pada lempeng bagian atas (kanan) berada dari pada potensial yang lebih rendah, jadi jenis muatannya ialah negatif. H. Kesimpulan Dari hasil praktikum, pengolahan data dan analisis dapat disimpulkan
bahwa
besar
rapat elektron/
presisi sebesar
muatan
pembawa
adalah
dengan presentase kesalahan
. Pengolahan yang lebih baik digunakan adalah
dengan cara kuat medan tetap dan arus yang diberikan berubah dengan metode grafik origin, karena menghasilkan presisi kesalahan yang lebih
kecil daripada perhitungan lainnya. Sedangkan jenis muatan pembawa pada pelat adalah muatan negative (electron). I. Daftar Pustaka Tipler, Paul. 2001. Fisika Untuk Sains dan Teknik Jilid 2. Jakarta : Erlangga Petunjuk Praktikum Eksperimen Fisika 1, Laboratorium Fisika Lanjut, Departemen Pendidikan Fisika, Universitas Pendidikan Indonesia J. Lampiran