CEPAT RAMBAT GELOMBANG BUNYI DI UDARA

LAPORAN

diajukan untuk memenuhi salah satu tugas Mata Kuliah Eksperimen Fisika 1

Dosen: Drs. David Edison Tarigan, M.Si.

Dr. Parlindungan Sinaga, M.Si

oleh

Putri Rani Lestari

1202422

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS PENDIDIKAN ILMU PENGETAHUAN ALAM DAN

MATEMATIKA

UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA

2014

A. Tujuan Eksperimen

Tujuan dari eksperimen ini adalah:

“Menentukan rapat muatan pembawa dan jenis muatan pembawa.”

B. Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang dibutuhkan untuk eksperimen, yaitu:

1. Gaussmeter 1 buah

2. Lempeng semikonduktor 1 buah

3. Medan magnet permanen 1 buah

4. Hall Effect Experiment Apparatus 1 buah

C. Dasar Teori

Jika sebuah plat penghantar yang lebarnya d dan dialiri arus listrik I,

ditempatkan dalam medan magnet B, maka berkas elektron dapat mengalami

defleksi karena adanya medan magnet, dengan demikian akan muncul efek

Hall.

Untuk plat penghantar yang dihubungkan dengan sumber tegangan dan

disimpan di antara medan magnet, dapat digambarkan dengan sketsa berikut

ini

Dari sketsa di atas, dapat kita lihat bahwa arus bergerak dari kiri ke kanan,

dan jika kita mengasumsikan bahwa muatan pembawa itu adalah elektron,

maka pergerakannya akan berlawanan dengan arah arus yaitu dari kanan ke

kiri dengan kecepatan vd. Dengan gara magnetik yang mengarah ke dalam

plat maka gaya magnetiknya sebesar qvd x B dengan arahnya ke atas.

Sehingga elektron tersebut akan bergerak ke atas akibat pengaruh gaya

magnetik, sehingga bagian bawah lempengan itu mengandung muatan positif

yang berlebihan.

Nantinya akan dihasilkan medan elektrostatis pada lempengan yang

melawan gaya magnetik pada pembawa muatannya akibat polarisasi. Apabila

medan elektrostatik dan medan magnetik seimbang, pembawa muatan tidak

lagi bergerak keatas. Dalam keadaan setimbang, bagian atas lempengan

menjadi bermuatan lebih negatif sehingga berada pada potensial yang lebih

rendah dari bagian bawah yang bermuatan positif.

Pengukuran tanda beda potensial antara bagian atas dengan bagian

bawah lempengan itu akan memberi tahu kita tanda pembawa muatannya.

Apabila bagian atas dan bawah plat dihubungkan dengan kawat yang

memiliki hambatan R, eletkron akan mengalir dari bagian atas dan

memasuki bagian bawah plat. Saat bagian atas plat ditinggalkan elektron,

besar pemisahan muatan pada plat untuk sesaat berkurang, sehingga gaya

elektrostatik plat sesaat akan melemah sehingga gaya elektrostatisnya tidak

lagi mengimbangi gaya magnetik. Gaya megnetik akan menggerekan

elektron lebih banyak lagi untuk melintasi plat tersebut sehingga plat itu

merupakan sumber ggl. Perbedaan potensial antara bagian atas dan bagian

bawah lempengan itu disebut tegangan Hall.

Gaya magnetik pembawa muatan F qv BB d diimbangi oleh gaya

elektrostatik F qEE dengan E adalah medan listrik akibat pemisahan

muatan tersebut. Sehingga kita memperoleh E v Bd . Jika lebar lempengan

adalah w, beda potensialnya adalah Ew. Tegangan Hall sama dengan :

VH = Ew = vdBw

Dari pengukuran tegangan Hall, kita dapat menentukan jumlah

pembawa muatan per volume satuan dalam lempengan tersebut. Dimana I

= nqvdA dengan A merupakan luas penampangnya, maka untuk lempengan

dengan dengan lebar w dan tebal t, luas penampangnya ialah A=wt. Karena

pembawa muatan berupa elektron, besar q sama dengan muatan pada satu

elektron e. Densitas (rapat muatan) yang menyalurkan muatan n diberikan

oleh :

n= 𝐼

𝐴𝑞𝑣𝑑 =

𝐼

𝑤𝑡𝑒𝑣𝑑

Dengan mensubstitusi vdw = 𝑉𝐻

𝐵 maka kita peroleh

n = 𝐼𝐵

𝑒𝑡𝑉𝐻 , dengan t = tebat lempengan

D. Prosedur Percobaan

Percobaan 1 (Menentukan rapat muatan pembawa ketika I dibuat tetap

dan B divariasikan)

1. Menyiapkan alat dan bahan.

2. Memasukkan plat konduktor kedalam medan magnet dan mengatur supaya

plat tersebut benar-benar tegak lurus dengan arah medan magnet.

3. Mengatur jarak probe pada alat dengan plat agar nantinya dapat mendapatkan

data minimal 3 data.

4. Mengukur besarnya medan magnet B dengan menggunakan Gaussmeter.

5. Mengaktifkan alat Hall Efect Experiment Apparatus.

6. Mengkalibrasi alat Hall Efect Experiment Apparatus.

7. Mengatur besarnya arus yang mengalir dan menjaganya konstan.

8. Mencatat besarnya beda potensial (VH) yang terbaca pada alat.

9. Mengubah-ubah jarak probe pada alat dengan plat untuk mengubah nilai B.

10. Mencatat nilai B yang terbaca Gaussmeter dan mencatat besarnya beda

potensial (VH) yang terbaca pada alat setiap perubahan jarak probe dengan

plat.

Percobaan 2 (Menentukan rapat muatan pembawa ketika B dibuat tetap

dan I divariasikan)

1. Dengan rangkaian alat yang sama dengan Percobaan 1, mengatur jarak probe

pada alat dengan plat untuk selanjutnya dijaga tetap.

2. Mengukur besarnya medan magnet B dengan menggunakan Gaussmeter.

3. Mengatur besarnya arus yang mengalir.

4. Mencatat besarnya beda potensial (VH) yang terbaca pada alat.

5. Melakukan langkah 3 dan 4 secara berulang dengan mengubah besarnya arus

yang mengalir.

E. Data Hasil Percobaan

Percobaan 1 (Menentukan rapat muatan pembawa ketika I dibuat tetap

dan B divariasikan)

Dari hasil eksperimen didapatkan tabel data hasil percobaan seperti berikut:

I = 1 mA

= 0.001 A

b = 0.5 mm

= 0.0005 m

No B (Tesla) VH (mV) VH (Volt)

1 0,06 0,46 0,00046

2 0,08 0,47 0,00047

3 0,1 0,5 0,0005

4 0,16 0,52 0,00052

Tanggal dan waktu Pengambilan: 21 Oktober 2014, 13.00 – 14.40 WIB

Keterangan:

B : Medan magent

VH : Tegangan Hall

Percobaan 2 (Menentukan rapat muatan pembawa ketika B dibuat tetap

dan I divariasikan)

Dari hasil eksperimen didapatkan tabel data hasil percobaan seperti berikut:

B = 0.1 Tesla

b = 0.5 mm

= 0.0005 m

No I (mA) I (Ampere) VH (mV) VH (Volt)

1 1 0,001 0,5 0,0005

2 1,2 0,0012 0,52 0,00052

3 1,4 0,0014 0,53 0,00053

4 1,8 0,0018 0,61 0,00061

5 2 0,002 0,68 0,00068

Tanggal dan waktu Pengambilan: 21 Oktober 2014, 13.00 – 14.40 WIB

Keterangan:

I : Arus yang mengalir pada rangkaian.

VH : Tegangan Hall

F. Pengolahan Data

1. Percobaan 1

a. Metode Statistik

Dari data yang telah diperoleh, kita dapat menghitung rapat muatan

pembawa dengan menggunakan persamaan berikut:

𝑉𝐻 =𝑖𝐵

𝑏𝑛𝑒

dengan

I = 0,5 mA = 0,5 x 10-3 A

tebal plat = b = 0,5 mm = 0,5 x 10-3 m

muatan elektron e = 1,602X10-19 C

maka didapatkan nilai rapat muatan pembawa (n) adalah sebagai berikut

No B (Tesla) VH (V) n (elektron/m3)

1 0,06 0,00046 1,63 x 1021

2 0,08 0,00047 2,12 x 1021

3 0,1 0,0005 2,5 x 1021

4 0,16 0,00052 3,84 x 1021

Jumlah 10,09 x 1021

Rata -Rata 2.52 x 1021

Standar deviasi 0,95 x 1021

*perhitungan dengan bantuan Microsoft Excel 2013

Dari hasil pengolahan data di atas, didapatkan nilai presisi kesalahan

sebesar,

Presisi kesalahan = ∆n

�̅� × 100 % =

0,95×1021

2,52 × 1021 ×100 % = 37,70 %

Jadi, hasil perhitungan data dengan menjaga nilai I konstan dan

memvariasikan B didapatkan nilai rapat muatan pembawa dengan

metode statistik adalah (2,52 x 1021 ± 0,95 x 1021)elektron/m3 dengan

presisi kesalahan sebesar 37,70 %.

b. Metode Grafik

Pengolahan data dengan metode grafik pada percobaan ini dilakukan

dengan memplot nilai B di sumbu vertical grafik dan nilai VH di sumbu

horizontal, didapatkan grafik sebagai berikut

dengan analisis grafik

*grafik dibuat dengan bantuan Microcal Origin 7.0

Dari analisis grafik diketahui bahwa nilai gradiennya sekitar

0.000607, dengan nilai gradien itu adalah nilai dai B/VH, maka

n = 𝐵

𝑉𝐻(

𝐼

𝑏𝑒) = 0,000607 (

1 ×10−3

0,8×10−22) = 7,59×1015 elektron/m3

Δn = 0.000137 (1 ×10−3

0,8×10−22) = 1,71 x 1015 elektron/m3

Sehingga nilai rapat muatan pembawa dengan perhitungan grafik dari

data percobaan 2 adalah (7,59 x 1015 ± 1,17 x 1015) elektron/m3.

0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16

0.00046

0.00047

0.00048

0.00049

0.00050

0.00051

0.00052

B (

Te

sla

)

V (Volt)

B

Linear Fit of Data1_B

2. Percobaan 2

a. Metode Statistik

Dari data yang telah diperoleh, kita dapat menghitung rapat muatan

pembawa dengan menggunakan persamaan berikut:

𝑉𝐻 =𝑖𝐵

𝑏𝑛𝑒

dengan

B = 0,1 Tesla

b = 0,5 mm = 0,5 x 10-3 m

e = 1,6X10-19 C

maka didapatkan nilai rapat muatan pembawa (n) adalah sebagai berikut

No I (Ampere) VH (V) n (elektron/m3)

1 0,001 0,0005 2,5 x 1021

2 0,0012 0,00052 2,88 x 1021

3 0,0014 0,00053 3,30 x 1021

4 0,0018 0,00061 3,68 x 1021

5 0,002 0,00068 3,67 x 1021

Jumlah 16,03 x 1021

Rata -Rata 3.21 x 1021

Standar deviasi 0,51 x 1021

*perhitungan dengan bantuan Microsoft Excel 2013

Dari hasil pengolahan data di atas, didapatkan nilai presisi kesalahan

sebesar,

Presisi kesalahan = ∆n

�̅� × 100 % =

0,51×1021

3.21 × 1021 ×100 % = 15,89 %

Jadi, hasil perhitungan data dengan menjaga nilai B konstan dan

memvariasikan nilai I didapatkan nilai rapat muatan pembawa dengan

metode statistik adalah (3,21 x 1021 ± 0,51x 1021)elektron/m3 dengan

presisi kesalahan sebesar 15,89 %.

b. Metode Grafik

Pengolahan data dengan metode grafik pada percobaan ini dilakukan

dengan memplot nilai I di sumbu vertical grafik dan nilai VH di sumbu

horizontal, didapatkan grafik sebagai berikut

dengan analisis grafik

*grafik dibuat dengan bantuan Microcal Origin 7.0

Dari analisis grafik diketahui bahwa nilai gradiennya sekitar

0.17558, dengan nilai gradien itu adalah nilai dai I/VH, maka

n = 𝐼

𝑉𝐻(

𝐵

𝑏𝑒) = 0,17558 (

0,1

0,8×10−22) = 2,20 ×1020 elektron/m3

Δn = 0,0269 (0,1

0,8×10−22) = 3,36 x 1019 elektron/m3

Sehingga nilai rapat muatan pembawa dengan perhitungan grafik dari

data percobaan 2 adalah (2,20 x 1020 ± 3,36 x 1019) elektron/m3.

Untuk menentukan jenis muatan pembawa kita bisa melihat dari hasil

polarisasinya. Saat kita menghubungkan plat dengan arus, kita harus

memperhatikan arah arus dan memprediksikan polarisasi pada plat, apabila

prediksi kita muatan positif terpolarisasi ke bawah dan negatif di bagian

0.0010 0.0012 0.0014 0.0016 0.0018 0.0020 0.0022

0.00048

0.00050

0.00052

0.00054

0.00056

0.00058

0.00060

0.00062

0.00064

0.00066

0.00068

0.00070

I (A

mp

ere

)

V (Volt)

B

Linear Fit of Data2_B

atas seperti pada dasar teori, maka pembawa muatan haruslah bergerak

kekiri (berlawanan dengan arah arus sebenarnya). Apabila tegangan Hall

yang kita dapat positif berarti prediksi kita yang memprediksikan bahwa

muatan pembawanya adalah elektron, benar.

G. Analisis

Pada percobaan pertama dengan menggunakan metode statistik

didapatkan nilai rapat muatan pembawa adalah (2,52 x 1021 ± 0,95 x

1021)elektron/m3 dengan presisi kesalahan sebesar 37,70%. Untuk perhitungan

dengan metode grafik didapatkan nilai (7,59 x 1015 ± 1,17 x 1015) elektron/m3.

Sedangkan hasil dari pengolahan data percobaan kedua dengan metode statistik

didapatkan nilai rapat muatan pembawa sebesar (3,21 x 1021 ± 0,51x

1021)elektron/m3 dengan presisi kesalahan sebesar 15,89 %, untuk pengolahan

data dengan metode grafik didapatkan nilai rapat muatan pembawa sebesar

(2,20 x 1020 ± 3,36 x 1019) elektron/m3.

Dari kedua percobaan dengan variabel yang divariasikan berbeda,

didapatkan hasil yang berbeda pula untuk percobaan kedua memiliki presisi

kesalahan yang lebih kecil dibanding percobaan pertama yaitu sebesar 15,89%.

Kita dapat berasumsi bahwa dengan prosedur percobaan kedua yaitu dengan

menjaga nilai medan magnet (B) tetap konstan dan memvariasikan nilai arus (I)

akan didapatkan hasil yang lebih akurat, hal ini disebabkan karena kita dapat

mengambil banyak data saat percobaan dengan variasi nilai I yang banyak.

Sedangkan untuk percobaan pertama kita tidak dapat terlalu banyak

memvariasikan B karena keterbatasan variasi tinggi probe, sehingga data yang

didapatkan pun tidak terlalu akurat.

Pada percobaan efek Hall ini, ada beberapa faktor yang dapat

memengaruhi keakuratan data hasil percobaan, diantaranya sebagai berikut:

1. Kalibrasi alat

Sebelum menggunakan Hall Efect Experiment Apparatus sebaiknya alat

dikalibrasikan dulu yaitu dengan memutar skala putar yang sudah tesedia.

Namun skala putar tersebut sangatlah sensitif, sehingga sentuhan sedikit

saja pada skala putar atau alat tergeser sedikit saja akan mempengaruhi hasil

kalibrasi yang nantinya akan mempengaruhi nilai V dan I yang terbaca pada

alat.

2. Tegangan Hall yang terbaca berubah-ubah.

Pada alat Hall Efect Experiment Apparatus ini kita mendapatkan nilai I dan

VH dari alat digital, nilai VH yang ditampilkan tidak selalu konstan dan

selalu berubah-ubah hal ini disebabkan oleh nilai tegangan Hall yang

berubah seiring dengan seimbangnya gaya listrik dengan gaya magnet.

Akibatnya praktikan akan mengalami kebingungan nilai mana yang

seharusnya diambil, karena nilai yang diambil akan memengaruhi hasil

akhir dari perhitungan. Sehingga kita harus mengambil nilai yang lebih

sering muncul di layar. Selain itu pada saat awal dengan arus 0, nilai yang

tertera pada layar saat mengukur tegangan tidak dapat mencapai 0.

Jenis muatan pembawa pada percobaan ini adalah elektron karena sesuai

dengan prediksi awal. Saat kita menghubungkan plat dengan arus, kita harus

memperhatikan arah arus dan memprediksikan polarisasi pada plat, apabila

prediksi kita muatan positif terpolarisasi ke bawah dan negatif di bagian atas

seperti pada dasar teori, maka pembawa muatan haruslah bergerak kekiri

(berlawanan dengan arah arus sebenarnya). Ternyata tegangan Hall yang kita

dapat positif berarti prediksi kita yang memprediksikan bahwa muatan

pembawanya adalah elektron, benar.

H. Kesimpulan

Dari pengolahan data hasil eksperimen, didapatkan pada percobaan

pertama dengan menggunakan metode statistik nilai rapat muatan pembawa

adalah (2,52 x 1021 ± 0,95 x 1021)elektron/m3 dengan presisi kesalahan sebesar

37,70%. Untuk perhitungan dengan metode grafik didapatkan nilai (7,59 x 1015

± 1,17 x 1015) elektron/m3. Sedangkan hasil dari pengolahan data percobaan

kedua dengan metode grafik didapatkan nilai rapat muatan pembawa sebesar

(3,21 x 1021 ± 0,51x 1021)elektron/m3 dengan presisi kesalahan sebesar 15,89

%, untuk pengolahan data dengan metode grafik didapatkan nilai rapat muatan

pembawa sebesar (2,20 x 1020 ± 3,36 x 1019) elektron/m3.

Jenis muatan pembawa pada percobaan ini adalah elektron karena

sesuai dengan prediksi awal. Sebelum percobaan efek Hall ini diharapkan

praktikan mengkalibrasi alat terlebih dahulu dan untuk menentukan nilai V dan

I yang terbaca di alat diharapkan mengambil nilai yang lebih sering muncul

pada layar.

I. Daftar Pustaka

Tipler, Paul A.1998.Fisika untuk Sains dan Teknik.Jakarta:Erlangga.

Tim Dosen Eksperimen Fisika I. 2014. Modul Eksperimen Fisika I.

Laboratorium Fisika Lanjut .

J. Tugas Akhir

1. Berdasarkan data yang Anda peroleh tentukanlah rapat muatan pembawa

ketika B dibuat tetap dan I divariasikan.

2. Berdasarkan data yang Anda peroleh tentukanlah rapat muatan pembawa

ketika I dibuat tetap dan B divariasikan.

3. Berdasarkan referensi, tentukan prosedur mana yang paling baik dan

jelaskan alasannya.

4. Berdasarkan referensi apakah hasilna cukup mendekati atau menyimpang

cukup jauh. Bila hasilnya menyimpang cukup jauh, lakukan analisis

mengapa hasilnya seperti itu.

5. Tentukanlah jenis muatan pembawa berdasarkan data yang Anda peroleh.

(Jawaban tugas akhir terdapat pada bagian analisis di laporan)