lr03 rlab

LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR

REMOTE LABORATORY

Nama Praktikan : Lily Septarina

NPM : 1206216954

Fakultas/Program Studi : Fisika

Kelompok Praktikum : 2

No. & Nama Praktikum : LR 03 – Karakteristik V I Semikonduktor

Minggu Praktikum : 2

Tanggal Praktikum : 18 April 2013

LABORATORIUM FISIKA DASARUNIT PELAKSANA PENDIDIKAN ILMU PENGETAHUAN DASAR

UNIVERSITAS INDONESIA 2013

ListrikGrafik Hubungan Tegangan dan Arus

I (mA)

)tloV( V

43.532.521.510.50

40

35

30

25

20

15

10

5

0

y = 10.12x - 2.129

LR03 - Karakteristik V I Semikonduktor 2013

LR03 - Karakteristik V I Semikonduktor

I. Tujuan PercobaanMempelajari hubungan antara beda potensial (V) dan arus listrik (I) pada suatu semikonduktor

II. AlatßBahan

semikonduktor ß Amperemeter ß Voltmeter ß Variable power supply ß Camcorder ß Unit PC

ßDAQ dan perangkat pengendali otomatis

III. Landasan TeoriA. Arus Listrik dan Beda Potensial

Bagaimanakah hubungan antara arus listrik yang melalui penghantar dengan beda potensial pada ujung-ujung penghantar? Pada tahun 1927, Georg Simon Ohm, ahli fisika berkebangsaan Jerman menentukan berdasarkan hasil eksperimennya bahwa arus listrik yang melalui suatu penghantar sebanding dengan beda potensial yang diberikan pada ujung-ujung penghantar tersebut, yang dinyatakan dalam bentuk persamaan matematik berikut:

I = ...............................................(1)

dimana: I = kuat arus listrikV = beda potensialR = hambatan penghantar

Hasil eksperimental ini dikenal sebagai Hukum Ohm. Banyak fisikawan yang akan mengatakan bahwa ini bukan merupakan hukum, tetapi lebih berupa definisi hambatan atau deskripsi empirik dari sifat yang dimiliki bahan (konduktor logam) tertentu. Penghantar yang sifat hambatannya mengikuti hukum Ohm disebut penghantar Ohmik, sedangkan penghantar yang tidak mengikuti hukum Ohm disebut penghantar non


Ohmik. Untuk memperoleh hasil pengukuran yang tepat seharusnya amperemeter harus mempunyai hambatan dalam diabaikan sedangkan voltmeter memiliki hambatan dalam ideal.

Arus listrik adalah aliran muatan-muatan listrik yang melalui suatu penghantar. Dalam suatu rangkaian listrik, dapat terjadi arus listrik jika terdapat beda potensial listrik (beda tegangan listrik). Semakin banyak muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu dikatakan semakin besar (kuat) arus listriknya. Arah arus listrik dalam suatu rangkaian listrik yaitu dari potensial tinggi ke potensial rendah. Kuat arus listrik dapat diukur dengan alat amperemeter.Beda potensial listrik dapat diukur dengan alat voltmeter.

Amperemeter adalah alat ukur arus listrik. Amperemeter sering dicirikan dengan simbol A pada setiap rangkaian listrik. Satuan arus listrik dalam satuan SI adalah ampere atau diberi simbol A. Amperemeter harus dipasang seri dalam suatu rangkaian, arus listrik yang melewati hambatan R adalah sama dengan arus listrik yang melewati amperemeter tersebut.

Voltmeter adalah alat ukur tegangan listrik. Voltmeter sering dicirikan dengan simbol V pada setiap rangkaian listrik. Voltmeter harus dipasang paralel dengan ujungujung hambatan yang akan diukur beda potensialnya. Satuan beda potensial listrik dalam satuan SI adalah volt atau diberi simbol V. Voltmeter sendiri mempunyai hambatan sehingga dengan disisipkannya voltmeter tersebut menyebabkan arus listrik yang melewati hambatan R sedikit berkurang.

B. SemikonduktorSemikonduktor adalah suatu material yang memiliki karakteristik diantara

konduktor dan insulator. Hal ini dapat dipahami dari karakter energi gap semikonduktor yang berada diantara konduktor dan isolator. Semikonduktor sangat bergantung dari temperatur. Sebuah semikonduktor bersifat sebagai isolator pada temperatur yang sangat rendah, namun pada temperatur ruangan bersifat sebagai konduktor. Semikonduktor murni atau biasa disebut semikonduktor intrinsic adalah material semikonduktor dimana tiap-tiap atomnya berikatan kovalen satu sama lain membentuk suatu struktur kristal yang biasa disebut lattice, semikonduktor intrinsic memiliki sifat yang mendekati sebuah material isolator, dimana pita valensi dan pita konduksinya terpisahkan oleh gap energi yang kecil.

Penambahan jumlah impuritas pada material semikonduktor dapat menambah sifat konduktivitas listriknya. Sifat konduktivitas listrik dari material semikonduktor dapat bertambah selain karena adanya impuritas juga disebabkan karena adanya efek dari temperatur dan cahaya. Konduktivitas bertambah akibat dari penambahan jumlah elektron valensi di dalam material semikonduktor tersebut. Elektron valensi atau biasa disebut sebagai elektron yang berada di kulit terluar merupakan pembawa arus listrik. Pada suhu kamar, elektron tersebut dapat bebas bergerak atau berpindah ke nukleus lain. Jika diberi tegangan potensial listrik, elektron-elektron tersebut akan dengan


mudah berpindah kearah potensial yang sama. Fenomena ini dikenal sebagai arus listrik.

Dapat ditebak, semikonduktor adalah unsur yang susunan atomnya memiliki elektron valensi lebih dari 1 dan kurang dari 8. Tentu saja yang paling "semikonduktor" adalah unsur yang atomnya memiliki 4 elektron valensi. Bahan semikonduksi yang sering digunakan adalah silikon, gallium arsenide, dan germanium. Bahan ini sangat berguna dalam bidang elektronik karena konduktansinya yang dapat diubah-ubah dengan menyuntikkan materi lain (biasa disebut materi doping). Doping sejumlah besar ke semikonduktor juga dapat meningkatkan konduktivitasnya.

Sebuah bahan material bila dilewati oleh arus listrik akan menimbulkan disipasi panas. Besarnya disipasi panas adalah I2R. Panas yang dihasilkan oleh material ini akan mengakibatkan perubahan hambatan material tersebut. Pada material semi konduktor, pertambahan kalor akan mengurangi nilai hambatan material tersebut. Peristiwa disipasi panas dan perubahan resistansi bahan semi konduktor ini saling berkaitan.

Gambar Rangkaian Tertutup Semikonduktor

IV. Prosedur Percobaan1. Memperhatikan halaman web percobaan karakteristik V I semi konduktor

2. Memberikan beda potensial dengan tegangan V1

3. Mengaktifkan power supply/baterai dengan mengklik radio button di sebelahnya4. Mengukur beda potensial dan arus yang terukur pada hambatan

5. Mengulangi langkah 3 hingga 5 untuk beda potensial V2 hingga V8

Catatan : data yang diperoleh adalah 5 buah data terakhir jika rangkaian diberi beda potensial tertentu (misalkan V1) dengan interval 1 detik antara data ke satu dengan data berikutnya.


V. Tugas dan Evaluasi

1) Perhatikan data yang saudara peroleh, apakah terjadi perubahan tegangan dan arus untuk V1, V2, V3, V4 dan V5? Bila terjadi perubahan, jelaskan secara singkat mengapa hal tersebut terjadi (analisa)! dan bila tidak terjadi, jelaskan pula mengapa demikian!

2) Dapatkan nilai rata-rata beda potensial yang terukur dan arus yang terukur untuk V1,

V2, V3 hingga V8!

3) Buatlah grafik yang memperlihatkan hubungan V vs I untuk rata-rata V dan I yang terukur (lihat tugas 2)!

4) Bagaimanakah bentuk kurva hubungan V vs I, jelaskan mengapa bentuknya seperti itu!

5) Berdasarkan berbagai kurva grafik V vs I, bolehkah kita menggunakan hukum Ohm dalam peristiwa ini?

6) Berikan kesimpulan terhadap percobaan ini!

VI. Data Pengamatan

∑ Tegangan V1 Tegangan V5

∑

V (Volt)

0.45

0.45

0.46

0.45

0.46

V (Volt) I (mA)

2.26 19.88

2.26 19.88

2.25 20.20

2.25 20.20

2.25 20.20


∑

V (Volt)

0.94

0.94

0.94

0.94

0.94

V (Volt) I (mA)

2.85 26.07

2.85 26.07

2.85 26.39

2.84 26.72

2.84 26.72


∑


V (Volt)

1.39

1.39

1.39

1.38

1.38

V (Volt) I (mA)

3.17 29.00

3.16 29.33

3.16 30.30

3.16 30.63

3.15 30.63

∑ 8

I (mA)

1.86

1.85

1.85

1.85

1.85

I (mA)

3.63 35.52

3.62 35.84

3.61 36.49

3.60 37.15

3.60 37.47

∑ Tegangan V4 Tegangan V

V (Volt) I (mA)

0.45 3.91

0.94 7.82

1.39 11.4

1.85 15.97

2.25 20.20

2.85 26.72

3.16 30.63

3.60 37.15

V (Volt) I (mA) R (kΩ)

0.45 3.91 0.11

0.94 7.82 0.12

1.39 11.4 0.121

1.85 15.97 0.120

2.25 20.20 0.116

2.85 26.72 0.113

3.16 30.63 0.107

3.60 37.15 0.10

Rata - rata 0.17

V - Vi ( V - Vi)2

1.58 2.53

1.13 1.28

0.68 0.46

0.25 0.07

-0.2 0.04

-0.78 0.61

-1.07 1.14

-1.54 2.37

Jumlah 8.72

I - Ii (IF - Ii)2

14.95 232.3

10.87 118.2

7.29 53.1

3.30 10.95

-0.93 0.86

-6.92 47.9

-10.44 108.97

-18.06 326.16

Jumlah 985.5


= 2.7 %

VII. Analisis DataPada percobaan kali ini, saya melakukan percobaan melalui remote laboratorium

untuk mengetahui hubungan tegangan dan arus listrik. Untuk mengetahui hal tersebut, kali ini saya menggunakan rangkaian semikonduktor dalam membantu melakukan percobaan ini. Pertama-tama saya lakukan percobaan untuk mencari nilai arus listrik dengan nilai tegangan yang diubah-ubah. Untuk mendapatkan nilai yang cukup valid, saya lakukan percobaan lebih dari sekali dengan beragam nilai tegangan (dari kecil ke besar). Tiap rangkaian semikonduktor diberi tegangan tertentu (misalkan V1) dengan interval 1 detik antara data ke satu dengan data berikutnya. Pada percobaan ini, digunakan delapan tegangan yang berbeda dan dilakukanpengukuran arus lima kali pada setiap tegangan. Dari kelima nilai arus listrik yang didapatkan kemudian didapatkan nilai rata-rata arus. Arus rata-rata yang diperoleh kemudian diinput ke dalam grafik arus terhadap tegangan. Setelah melakukan percobaan, terlihat bahwa dengan memberikan nilai tegangan yang berbedabeda maka didapat arus yang berbeda-beda pula.

Setelah saya rata-ratakan berbagai nilai tegangan dan arus listrik yang saya dapatkan, dapat terlihat bahwa dengan nilai tegangan yang bertambah besar, nilai arus nya pun bertambah besar. Setelah dibuat grafiknya pun ternyata terlihat yang terbentuk adalah grafik linier. Apalagi setelah dihitung, persamaan liniernya atau persamaan garis yang didapat adalah y = 10.12x - 2.129 dan setelah dibuat garis hubungan tegangan dan arus listrik

yang telah saya buat ternyata sangat mendekati garis linier tersebut. Hal ini menandakan bahwa tegangan listrik dan arus listrik berbanding lurus.

Dengan hubungan antara tegangan dan arus yang berbanding lurus, saya dapat simpulkan bahwa dalam rangkaian semikonduktor pun berlaku Hukum Ohm. Dengan melakukan percobaan ini, terbukti bahwa Hukum Ohm yang berbunyi ‘besar arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar selalu berbanding lurus dengan beda potensial yang diterapkan kepadanya’ ternyata memang benar. Tapi saat saya melihat sumber Wikipedia, ternyata tertera bahwa sebuah benda penghantar dikatakan mematuhi Hukum Ohm apabila nilai resistansinya tidak bergantung terhadap besar beda potensial yang dikenakan kepadanya. Setelah saya coba menghitung besar hambatan dengan membagi besar tegangan dan arusnya, seperti yang tertera pada table diatas, ternyata nilai hambatannya tidak mengikuti besar tegangannya. Dapat terlihat bahwa dengan nilai tegangan yang semakin besar, nilai hambatannya ternyata tidak ikut semakin besar. Hal ini makin menguatkan ketentuan rangkaian semikonduktor yang benar mengikuti Hukum Ohm. Dan setelah saya hitung, didapatlah rata-rata hambatan dari percobaan yang telah saya lakukan adalah 0.11 Ω.

Tapi jika dilihat lagi, ternyata dengan makin membesarnya arus listrik yang digunakan ternyata malah menurunkan nilai hambatannya. Sesuai dengan teori yang saya gunakan diawal, ternyata dengan semakin besar arus yang melewati rangkaian, maka makin besarlah kalor yang melewati rangkaian tersebut. Dan dengan makin tingginya pertambahan kalor, nilai hambatan material pun akan berkurang. Hal ini sesuai dengan


teori material semikonduktor yang mengatakan ‘pada material semi konduktor, pertambahan kalor akan mengurangi nilai hambatan material tersebut’.

Untuk kesalahan percobaan yang berkaitan dengan alat yang digunakan, dapat dikatakan tidak ada. Karena semua alat yang digunakan sudah disediakan secara online dan saya sebagai praktikan tidak perlu melakukan percobaan secara langsung sehingga kesalahan yang didapat dapat diminimalisir sekecil mungkin. Lalu untuk kesalahan hasil percobaan yang berkaitan dengan penghitungan dapat saja tetap terjadi, karena saya sebagai praktikan dapat saja melakukan kesalahan yang disebabkan ketidak telitian. Seperti misalnya saat menghitung hambatan dengan rumus Hukum Ohm, arus yang didapat dari percobaan adalah menggunakan satuan mA sedangkan seharusnya saya menggunakan SI (Satuan Internasional) yaitu Ampere. Disini dapat memunculkan kesalahan penghitungan seperti kurang tepatnya banyaknya angka decimal yang digunakan. Tapi setelah saya melakukan penghitungan sampai selesai, ternyata hasil percobaan secara keseluruhan dan kesimpulan yang didapat tidak berpengaruh banyak hanya karena kesalahan pada satuan. Selanjutnya untuk kesalahan pada persamaan linier pada grafik, kesalahan yang terjadi juga dapat dianggap sangat kecil karena penghitungan telah dilakukan oleh komputer. Walaupun penghitungan memang dapat juga dilakukan dengan menggunakan metode least square.

Untuk kesalahan relative yang didapat dari percobaan ini, ternyata didapatlah kesalahan yang tidak terlalu besar. Seperti dilihat diatas, kesalahan relative untuk tegangan yang kita hitung adalah 18.9 %. Menurut saya kesalahan ini masih tidak terlalu besar dan dengan besar kesalahan yang seperti ini, mungkin kesalahan hanya terjadi pada saat penghitungan dan peletakan angka penting. Dan untuk besar arus listrik yang kita hitung, didapat besar kesalahan relativenya adalah sebesar 2.1 %. Kesalahan sebesar ini sangat kecil sehingga dapat dikatakan arus listrik pada hasil percobaan ini sudah benar. Kesalahan yang mungkin terjadi pun mungkin hanya dari penghitungan kalkulator, pembulatan angka pentingnya, dan tentunya satuannya. Karena seperti sudah dijelaskan sebelumnya, satuan arus listrik menurut SI adalah Ampere, sedangkan pada percobaan diatas penghitungannya menggunakan satuan mA. Namun ternyata pada akhirnya kesalahan relativenya sangat kecil, jadi sepertinya tidak apa-apa jika satuannya tidak diubah.

VIII. Kesimpulan∑ Pada suatu semikonduktor, besar tegangan mempengaruhi arusnya∑ Semakin tinggi tegangan yang diberikan, arus yang terukur semakin tinggi

IX. Referensi

∑ http://file.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/195801071986031-


SUTRISNO/Perkuliahan/Bahan_ajar/Modul_AKBID/Modul_Hambatan_Listrik.pdf

∑ Giancoli, D.C. 2000, Physics for Scientists & Engineers, Third Edition, Prentice Hall NJ.

∑ Halliday, Resnick. 2005. Walker; Fundamentals of Physics, 7th Edition, Extended Edition. John Wiley & Sons, Inc. NJ.

lr03 rlab

Documents