EFEK HALL

Ikke Aprilia K. K (1137030033

Jurusan Fisika

Fakultas Sains dan Teknologi

UIN Sunan Gunung Djati Bandung

E-mail : ikkeaprilia777@gmail.com

Abstrak :

Dalam penulisan ini mengenai Efek Hall. Efek Hall merupakan suatu peristiwa terjadinya

pembelokan aliran listrik dalam plat konduktor karena medan magnet. Tujuan dari praktikum

kali ini yaitu mengetahui bagaimana proses terjadinya efek hall, bagaimana pengaruh arus dan

menghitung konstanta hall. Eksperimen ini dilakukan dengan pengkalibrasian alat lalu setelah

alat dikalibrasi dilanjutkan dengan memasang pelat semikonduktor tipis yang terbuat dari perak.

Pelat tersebut dialiri arus listrik sekaligus diberi medan magnet yang arahnya tegak lurus dengan

arus listrik tersebut. Sehingga akan terbentuk beda potensial diantara pelat semikonduktor yang

disebut Potensial hall. Hasil eksperimen dapat dilihat pada grafik antara beda potensial terhadap

medan magnet pada bahan semikonduktor, yaitu besar konstanta hall. Besar nilai konstanta hall

yaitu : Dan telah disimpulkan pada percobaan ini pembawa muatan yang mengakibatkan

terjadinya pembelokkan adalah hole dikarenakan nilai dari pembawa muatan tersebut bernilai(+)

yang diperoleh dari hasil pembagian 1 dengan nilai muatan elektron (e) dan Resistivitas.

Kata Kunci : Efek Hall, Semikonduktor, Tegangan Hall, Konstanta Hall, Arus.

1. Pendahuluan

Latar belakang

Efek Hall merupakan suatu peristiwa berbeloknya aliran listrik (elektron) dalam pelat

konduktor karena pengaruh medan magnet. Efek Hall ditemukan oleh Dr. Edwin Hall pada

tahun 1879 ketika ia sedang menempuh pendidikannya untuk mendapatkan gelar doktor di

Universitas Johns Hopkins di Baltimore. Ia menemukan bahwa jika sebuah magnet di

letakkan dan medan magnet tersebut tegak lurus dengan suatu permukaan pelat emas yang

dialiri arus, maka akan timbul beda potensial pada ujung-ujung yang saling berlawanan.

Gaya Lorentz merupakan prinsip utama bekerjanya efek hall. Hal ini dapat dibuktikan

ketika kita membuat sebuah penghantar konduktor berbentuk pelat dan diberi medan magnet

yang dialiri arus listrik, maka gaya lorentz akan muncul. Ketika itu bagian atas pelat

konduktor seolah-olah akan berjajar muatan positif, sedangkan muatan negatif akan

mengalami gaya Lorentz ke arah bawah, maka pada bagian bawah pelat konduktor seolah-

olah kaan berjajar muatan negatif (kutub negatif). Oleh karena itu akan timbul medan listrik

dan beda potensial pada penghantar. Setiap bahan konduktor dan semikonduktor akan

memiliki konstanta Hall yang berbeda. Hal ini dikarenakan jenis pembawa muatan yang

berbeda.

Karena dengan adanya perbedaan konstanta tersebut maka kita melakukan praktikum kali

ini yaitu “EFEK HALL” agar kita dapat mengetahui nilai konstanta hall dari suatu bahan

yaitu perak.

Tujuan

Tujuan dari praktikum kali ini yaitu :

1. Dapat menjelaskan proses fisis terjadinya efek Hall pada suatu bahan

2. Dapat melakukan pengukuran dan mengamati pengaruh perubahan arus yang melalui

bahan terhadap potensial Hall yang dihasilkan

3. Dapat menentukan besar konstanta Hall dari suatu bahan

2. Dasar teori

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

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

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 Fpada plat sebagaimana

dirumuskan dalam il x B , yang menunjukkan ke arah kanan seperti pada Gambar 1.

Formulasi, efek Hall

Konstanta efek hall (RH ¿

Resistivitas (ρ ¿

Resistivitas (ρ)(Ω.m) adalah kemampuan suatu bahan untuk mengantarkan arus listrik yang

bergantung terhadap besarnya medan istrik dan kerapatan arus. Semakin besar resistivitas

suatu bahan maka semakin besar pula medan listrik yang dibutuhkan untuk menimbulkan

sebuah kerapatan arus.

Pembawa muatan electron / hole :

Dengan e ,j , E, dan B besaran-besaran fundamental dan t, w,  dan L merupakan dimensi

volum dari sampel (t x l x w). Dan rumusan mobilitas elektron / hole dalam bahan adalah :

dengan RH adalah konstanta Hall, d adalah ketebalan bahan, dan adalah konduktivitas listrik.

3. Metode Percobaan

3.1 Alat dan Bahan

1. Hall effect apparatus silver

2. Variable low voltage power supply

3. Mikrovoltmeter

4. Intibesi

5. Coil, 250 lilitan (satu pasang)

6. Multimeter

7. Sadle base

8. Konektor timah

9. Keping wolfram

3.2 Prosedur Percobaan

1. Cara Penyusuna Alat (Kalibrasi Alat)

Pemasangan arus pada kumparan disusun dari sumber arus → multimeter →

kumparan I bagian jack A → kumparan I jack E ke kumparan II jack E →

kumparan II jack A ke ground sumber arus. Atau pemasangan arus pada kumparan

diisusun dari sumber arus → multimeter → kumparan I bagian jack E → kumparan

I jack A ke jack ke kumparan II jack A → kumparan II jack E ke ground sumber

arus. Setelah kumparan digunakan untuk menghasilkan medan magnet, sebelum

digunakan kembali dengan arus yang berbeda terlebih dahulu kumparan diberikan

arus AC selama 1 menit untuk menghilangkan medan magnet yang tersisa.

Penggunaan mikrovoltmeter. Jika mikrovoltmeter belum dinyalakan, maka perlu

dinyalakan terlebih dahulu selama 1 menit. Penggunaan mikrovoltmeter. Sebelum

melakukan pengukuran, tekan tombol auto. Comp untuk menghasilkan beda

potensial terbaca adalah 0 V.

2. Menentukan konstanta Hall dengan mengubah arus pada bahan (arus yang

melewati bahan)

Susun rangkain seperti gambar 2 dan cek arah medan magnet. Tentukan arus yang

melalui kumparan. Tentukan arus yang melalui bahan. Catat beda tegangan pada kedua sisi

perak yang terbaca pada mikrovoltmeter. Lakukan percobaan langkah percobaan dari

bagian 3 dan 4 diatasuntuk mendapatkan konstanta Hall dengan bahan perak dengan variasi

10 pasang data dengan range arus pada bahan 0 hingga 5 Ampere. Lakukan langkah

percobaan 2 hingga diatas dengan variasi data 3 arus yang mengalir pada kumparan dengan

batas 0 hingga 2,5 Ampere.

4. Hasil dan Pembahasan

4.1 Data Kalibrasi dengan variasi arus dari 1-10 A (naik) dan variasi arus dari 10-1 A

(turun)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

0.020.040.060.08

0.10.120.140.16

0.01090.01160.0130.01630.02050.02640.0350.0442

0.05640.06440.07260.08050.0898

0.1020.1060.1120.121

0.1310.1420.146

f(x) = 0.0168163542614465 x + 0.00624511922354915R² = 0.999498653683445

Grafik Kalibrasi Naik

Arus (ampere)

Med

an M

agne

t (T

)

4.2 A. Data Konstanta Hall dengan arus 1 Ampere melalui kumparan

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16 0.1410.140.1330.1230.123

0.1120.1140.097

0.0880.079

0.07120.0621

0.05430.0463

0.03540.02740.02110.01680.01220.0112

f(x) = 0.0169360604205367 x + 0.00946791678285047R² = 0.993850735825242

Grafik Kalibrasi Turun

Kuat Arus (ampere)

Med

an M

agne

t (Te

sla)

Menentukan nilai konstanta Hall (RH ¿

y=2.10−6 x+6.10−23

V H=RH .B . I

d

V H=RH .Id

B

2. 10−6=RH .Id

2.10−6=RH .1 A

5 x10−5

RH=10 x10−11

Jadi nilai konstanta Hall untuk perak yang didapatkan dari grafik yaitu = 10 x10−11

Menentukan n (Konsentrasi pembawa muatan)

RH= 1n e

n= 1RH e

= 1

10.10−11 . 1,6.10−19=6,25.1028

Menentukan mobilitas muatan

μ=σ .RH

μ=6,1. 107 .10 x 10−11=6 .10−3

Menentukan collision time

μ= e τm¿

0 0.05 0.1 0.15 0.20

0.000000050.0000001

0.000000150.0000002

0.000000250.0000003

f(x) = 0.0000018 xR² = 1

GRAFIK TEGANGAN HALL 1 A(NAIK)

Series2Linear (Series2)

B(T)

VH(V

olt)

τ=μm¿

e=6 . 10−3 . 9,019.10−31

1,6.10−19 =3.38 .10−14s

B . Data Konstanta Hall

dengan arus 2 A

melalui kumparan

00.02

0.040.06

0.08 0.10.12

0.140

0.00000010.00000020.00000030.00000040.0000005

f(x) = 0.0000036 xR² = 1

GRAFIK TEGANGAN HALL 2 A(NAIK)

Series2Linear (Series2)

B(T)

Vh(v

)

No I B Rh 1/d Vh1 0.1 0.0112 9E-11 40000 4.032E-082 0.12 0.0119 9E-11 40000 4.284E-083 0.6 0.0141 9E-11 40000 5.076E-084 1 0.0186 9E-11 40000 6.696E-085 1.5 0.0231 9E-11 40000 8.316E-086 2 0.029 9E-11 40000 1.044E-077 2.4 0.0387 9E-11 40000 1.3932E-078 2.8 0.0418 9E-11 40000 1.5048E-079 3.25 0.049 9E-11 40000 1.764E-07

10 4 0.055 9E-11 40000 0.00000019811 4.4 0.065 9E-11 40000 0.00000023412 4.8 0.0731 9E-11 40000 2.6316E-0713 5.25 0.0804 9E-11 40000 2.8944E-0714 5.8 0.0865 9E-11 40000 3.114E-0715 6.5 0.0962 9E-11 40000 3.4632E-0716 6.8 0.11 9E-11 40000 0.00000039617 6.25 0.115 9E-11 40000 0.00000041418 8.25 0.117 9E-11 40000 4.212E-0719 8.75 0.125 9E-11 40000 0.0000004520 9.25 0.129 9E-11 40000 4.644E-07

Menentukan nilai konstanta Hall (RH ¿

y=4.10−6 x+6.10−23

V H=RH .B . I

d

V H=RH .Id

B

4. 10−6=RH .Id

4.10−6=RH .2 A

5 x 10−5

RH=10 x10−11

Jadi nilai konstanta Hall untuk perak yang didapatkan dari grafik yaitu = 10 x10−11

Menentukan n (Konsentrasi pembawa muatan)

RH= 1n e

n= 1RH e

= 1

10.10−11 . 1,6.10−19=6,25.1028

Menentukan mobilitas muatan

μ=σ .RH

μ=6,1. 107 .10 x 10−11=6 .10−3

Menentukan collision time

μ= e τm¿

τ=μm¿

e=6 . 10−3 . 9,019.10−31

1,6.10−19 =3.38 .10−14s

C. Data Konstanta Hall dengan arus 3 A melalui kumparan

0 0.05 0.1 0.150

0.00000010.00000020.00000030.00000040.00000050.00000060.00000070.0000008

f(x) = 0.0000054 xR² = 1

Grafik Konstanta Hall dengan Arus 3 A

Grafik Konstanta Hall dengan Arus 3 ALinear (Grafik Kon-stanta Hall dengan Arus 3 A)

B (T)

VH (V

)

Menentukan nilai konstanta Hall (RH ¿

y=2.10−6 x+6.10−23

V H=RH .B . I

d

V H=RH .Id

B

6. 10−6=RH .Id

2.10−6=RH .3 A

5 x10−5

RH=10 x10−11

Jadi nilai konstanta Hall untuk perak yang didapatkan dari grafik yaitu = 10 x10−11

Menentukan n (Konsentrasi pembawa muatan)

RH= 1n e

n= 1RH e

= 1

10.10−11 . 1,6.10−19=6,25.1028 /m3

Menentukan mobilitas muatan

μ=σ .RH

μ=6,1. 107 .10 x 10−11=6 .10−3 m2/Vs

Menentukan collision time

μ= e τm¿

τ=μm¿

e=6 . 10−3 . 9,019.10−31

1,6.10−19 =3.38 .10−14s

4.3 Pembahasan

Pada praktikum kali ini yaitu mengenai Efek Hall. Objek percobaan dipusatkan

pada bahan konduktor atau semikonduktor yang digunakan yaitu perak

(Ag). Pada eksperimen kali ini, parameter yang ditentukan yaitu nilai konstanta hall (

RH ¿dari bahan semikonduktor yaitu perak. Selain nilai konstanta hall yang ditentukan

kita juga menentukan konsentrasi pembawa muatan (n), mobilitas electron dan waktu

yang diperlukan untuk electron bertumbukan (collision time).

Apabila kita analisis hasil eksperimen yang telah dilakukan pada saat

pengkalibrasian kita lihat hubungan antar medan listrik (B) dengan arus (I). Pada grafik

yang diperoleh yaitu grafik medan listrik (B) terhadap arus (I), maka kita lihat bahwa B

dan I sebanding terlihat dari grafik yang mempunyai regresi linier. Artinya semakin

besar arus (I) yang diberikan maka semakin besar pula medan magnetnya (B).

Dari hasil eksperimen kita mendapatkan nilai konstanta Hall untuk semua arus

pada kumparan (1 A, 2 A, 3 A) mempunyai nilai yang sama yaitu 10.10−10 nilai

konstanta hall ini mendekati literature dari konstanta hall untuk perak yaitu 9.10−11. Hal

ini membuktikan bahwa berapapun arus yang diberikan pada kumparan tidak akan

mempengaruhi nilai konstanta Hall. Maka terbukti bahwa nilai konstanta hall

merupakan suatu yang nilainya tetap (tetapan) hanya tergantung pada bahan yang

digunakan.

Dari eksperimen ini juga kita dapat menetukan mobilitas electron karena nilai RH

yang sudah didapat. Dari perhitungan, kita mendapatkan nilai mobilitas elektronnya

μ=6 .10−3 m2

Vs untuk semua arus kumparan yang diberikan. Apabila kita bandingkan

dengan nilai mobilitas literature 5,6 . 10−3 m2

Vs nilai yang didapat tidak begitu jauh.

Sedangkan untuk konsentrasi pembawa muatan (n) nilai yang didapat dari perhitungan

yaitu : 6,25.1028 /m3 nilai yang didapat juga tidak terlalu jauh dengan literature yaitu

6 ,94 .1028 /m3.

Waktu tumbukan (Collision time) atau scattering time (τ) ialah waktu dimana

muatan dalam material saling berinteraksi satu sama lain (bertumbukan). Hal tersebut

dapat menyatakan semakin besar tumbukan yang terjadi pada sebuah material , semakin

kecil mobilitas muatan dan konduktivitasnya semakin kecil. Waktu tumbukan ialah

waktu dimana muatan saling bertumbukan, sehingga semakin besar waktu

tumbukannya, maka mobilitas dan konduktivitasnya semakin besar. Mobilitas muatan

merupakan ciri seberapa cepat muatan ( elektron atau hole ) dapat bergerak melalui

logam atau semikonduktor , saat ditarik oleh medan listrik kualitas konduktor dan

semikonduktor adalahseberapa cepat muatan didalamnya bergerak. Semakin cepat

pergerakan muatannya, semakin baik sifat konduktivitasnya (konduktor). Sedangkan

semakin lambat pergerakan muatannya maka semakin jauh dari sifat konduktor yang

baik.

Mobilitas electron adalah kecepatan electron dalam ruang. Nilai mobilitas

electron ini dipengaruhi oleh nilai konduktivitas bahan dan konstanta dari suatu bahan.

Semakin besar nilai nilai konduktivitas bahan dan konstanta dari suatu bahan maka

mobilitas elektronnya semakin besar. Mobilitas menjadi sangat penting karena dapat

menentukan kecepatan electron atau hall dalam ruang.

Proses terjadinya efek Hall pada semikonduktor, ketika pembawa muatan pada

semikonduktor berada dalam pengaruh medan magnet, pembawa muatan tersebut akan

menerima gaya yang saling tegak lurus antara medan magnet dan arus listrik. pada tipe-n

pembawa mayoritasnya adalah electron, sehingga akan terjadi pengumpulan elektron

akibat pembelokan. Sedangkan untuk semikonduktor tipe-p sebaliknya akan terjadi

penumpukan muatan positif.

Muatan yang mengalir pada bahan perak yaitu muatan electron. Kita bisa lihat

nilai dari konstanta hallnya yaitu (+). Hal ini dapat ditentukan dengan menggunakan

kaidah tangan kanan. Sedangkan jika pada arus dan kumparan dibalik maka muatan

yang dihasilkan bukan electron tapi hall. Hal ini akan mempengaruhi nilai konstanta hall

menjadi negative (-).

Salah satu aplikasi dari efek hall ialah sensor efek hall. Sensor Hall Effect

digunakan untuk mendeteksi kehadiran atau ketidakhadiran suatu objek magnetik. Pada

dasarnya ada dua tipe Half-Effect Sensor, yaitu tipe linear dan tipe on-off. Tipe linear

digunakan untuk mengukur medan magnet secara linear, mengukur arus DC dan AC

pada konduktor dan funsi-fungsi lainnya. Sedangkan tipe on-off digunakan sebagai limit

switch, sensor keberadaan (presence sensors), dan sebagainya.

5. Penutup

5.1 Kesimpulan

Dari pembahasan dan praktikum yang telah dilakukan maka kita dapat

menyimpulkan bahwa nilai potensial Hall (VH) sangat bergantung dengan besarmedan

magnet (B) dan arus listrik (I) yang digunakan pada bahan.Nilai koefisien Hall bahan

dapat diperoleh dari hubungan antara potensial Hall dan arusnya, serta medan magnet

(B) yang dihasilkan dan lebar bahan. Mobilitas pembawa muatanbahan dapat diperoleh

dari hubungan antara konduktivitas listrik bahan dengan koefisien Hall bahan. Dari

eksperimen kali ini juga didapat bahwa muatan yang mengalir pada bahan perak yaitu

muatan electron. Kita bisa lihat nilai dari konstanta hallnya yaitu (+). Hal ini dapat

ditentukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan.

Daftar Pustaka

1. Ilham M. dkk. 2013. Efek Hall. ITB : Bandung

2. Caravelli GJ. The Hall Effect in Silver and Tungsten. Baltimore: The Johns Hopkins

University;2006.

3. Ramdani, R. 2015. Modul Efek Hall. UIN : Bandung

4. Chabay Ruth W, Sherwood Bruce A. Matter and Interactions. John Wiley & Sons; 2011

5. http://kambing.ui.ac.id/onnopurbo/orari-diklat/teknik/elektronika/elektronika-dasar-I-

univ-negeri-jember/bab06-bahan-semikonduktor.pdf