TUGAS
MAKALAH FISIKA TERAPAN
MAKALAH FISIKA TERAPAN
EFEK HALL DAN PENERAPAN
Disusun oleh :
|
PATRIOT NIKO
|
ACB 108 075
|
|
KARTASIMA
|
ACB 108 042
|
|
KRISTA S.R
|
ACB 107 066
|
|
SADAM HUSAIN
|
ACB 108 070
|
KEMENTRIAN PENDIDIKAN
UNIVERSITAS PALANGKA RAYA
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
JURUSAN PENDIDIKAN MIPA
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA
2012
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
JURUSAN PENDIDIKAN MIPA
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA
2012
BAB I
PENDAHULUAN
A. EFEK
HALL
Efek Hall ditemukan oleh Edwin Hall di tahun 1879 ketika ia
masih menjadi mahasiswa pascasarjana di Universitas Johns Hopkins di bawah
penasihat Profesor Henry A. Rowland, setelah yang namanya departemen ini diberi
nama sekarang. Tetapi pada saat
itu, bahkan elektron tersebut tidak eksperimental ditemukan. Pemahaman yang jelas harus menunggu
hingga mekanika kuantum datang ke penampilan.Pada 1930, Landau menunjukkan
bahwa untuk elektron kuantum, tidak seperti elektron klasik, gerakan orbital
elektron memberikan kontribusi terhadap kerentanan magnetik. Dia juga mengatakan bahwa kuantisasi
energi kinetik memunculkan sebuah kontribusi terhadap suseptibilitas magnetik
yang periodik dalam medan magnet terbalik. Kita
bisa lihat nanti bahwa Landau tingkat bersama dengan lokalisasi bisa
menjelaskan efek kuantum bilangan bulat Balai memuaskan.Pada inversi pertama
lapisan pengukuran konduktivitas Hall di medan magnet yang kuat dilakukan oleh
S.Kawaji dan rekan-rekannya pada tahun 1975. Menggunakan
pengaturan eksperimental yang agak berbeda yang mengukur tegangan Hall daripada
Aula saat ini, Klaus von Klitzing dan Th. Englert
telah menemukan dataran tinggi Aula datar pada tahun 1978. Namun, kuantisasi tepat dari
konduktansi Hall di unit 
tidak diakui sampai Februari 1980. Lima tahun kemudian, pada tahun 1985,
Klaus von Klitzing dianugerahi Penghargaan Nobel dalam Fisika untuk penemuan kuantum
efek Hall.Ini bukanlah akhir dari cerita. Pada
tahun 1982 DCTsui, HLStörmer, dan ACGossard menemukan keberadaan langkah Hall
dengan rasional bilangan kuantum fraksional, yang disebut pecahan efek Hall
kuantum. Fungsi gelombang
RBLaughlin yang membentuk pemahaman, sangat baik meskipun belum sempurna dari
fenomena ini. Hari ini, studi
tentang quasiparticles biaya pecahan dan statistik fraksional masih area
penelitian aktif. Definisi
Efek HallGaya pada muatan bergerak dalam
sebuah konduktor yang berada dalam medan magnet diperagakan oleh efek
Hall yakni sebuah efek yang analog dengan pembelokan transversal dari
sebuah sinarelektron dalam sebuah medan magnet dalam ruang hampa.
tidak diakui sampai Februari 1980. Lima tahun kemudian, pada tahun 1985,
Klaus von Klitzing dianugerahi Penghargaan Nobel dalam Fisika untuk penemuan kuantum
efek Hall.Ini bukanlah akhir dari cerita. Pada
tahun 1982 DCTsui, HLStörmer, dan ACGossard menemukan keberadaan langkah Hall
dengan rasional bilangan kuantum fraksional, yang disebut pecahan efek Hall
kuantum. Fungsi gelombang
RBLaughlin yang membentuk pemahaman, sangat baik meskipun belum sempurna dari
fenomena ini. Hari ini, studi
tentang quasiparticles biaya pecahan dan statistik fraksional masih area
penelitian aktif. Definisi
Efek HallGaya pada muatan bergerak dalam
sebuah konduktor yang berada dalam medan magnet diperagakan oleh efek
Hall yakni sebuah efek yang analog dengan pembelokan transversal dari
sebuah sinarelektron dalam sebuah medan magnet dalam ruang hampa.
BAB II
PEMBAHASAN
A. Prinsip
Efek Hall
Jika
pembawa muatan adalah elektron maka muatan-lebih negatif
menumpuk di sisi atas plat dan meninggalkan muatan-lebih positif di sisi
bawah, sampai gaya elektrostatik transversal F-zc=eE
dalamkonduktor sama dengan gaya magnetik Fz.
Karena arus transversal akhir sama dengan nol, makakonduktor itu
berada pada ”rangkaian terbuka” dalam arah transversal, dan beda
potensial antara tepi-tepi lempeng, yang dapat diukur dengan
potensiometer, sama dengan ggl Hall dalam lempeng. Penelitian tentang ggl Hall
ini banyak menghasilkan penjelasan mengenai proses konduksi. Terbukti
bahwa untuk logam, tepi atas lempeng menjadi bermuatan negatif relatif terhadap
tepi bawah, yang menguatkan keyakinan kita bahwa yang
membawa muatan dalam logam ialah elektron negatif.
Gaya magnetik
yang dialami oleh elektron arahnya ke sumbu z positif dengan
persamaan Fz=evBysedangkan 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
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
B. EFEK HALL
Di
dalam tahun 1879, E.H. hall di Universitas Harvard melaporkan sebuah eksperimen
yang memberikan tanda pengangkut-pengangkut muatan di dalam sebuah penghantar
Gambar
1
Gambar
1, memperlihatkan sebuah pita datar (flat strip) tembaga yang mengangkut sebuah
arus î di dalam arah yang seperti diperlihatkan. Seperti biasanya
arah panah arus, yang ditandai î adalah arah mana pengangkut
muatan akan bergerak jika pengangkut muatan tersebut adalah positif.
Panah arus dapat menyatakan baik muatan-muatan positif yang bergerak ke bawah
maupun muatan-muatan negatif yang bergerak ke atas. Efek Hall dapat digunakan
untuk memutuskan yang mana diantara kedua kemungkinan ini yang benar.
Sebuah medan magnet B dibuat tegak lurus pada pita dengan menempatkan
pita tersebut diantara muka-muka kutub sebuah elektromagnetik. Medan ini
mengarahkan sebuah gaya pembelok F pada pita (yang diberikan
oleh il x B), yang menunjuk ke kana dlam gambar tersebut. Karena gaya yang
mengarah ke samping pada pita tersebut disebabkan oelh gaya-gaya yang mengarah kesamping
pada pengankutan muatan (yang diberikan oleh qv x B), msks didapatkan
bahwa pengankut-pengangkut muatan ini, apakah yang positif maupun yang negatif,
akan cenderung mengarah ke kanan di dalam gambar 1. ketika pengangkut muatan
tersebut hanyut sepanjang pita, yang menghasilkan perbedaan potensiall hall
melintang (tranverse hall potential difference). Vxy diantara
titik-titik seperti x dan y. tanda pengangkut-pengangkut muatan
ditentukan oleh tanda perbedaan potensial Hall ini. Jika pengangkut muatan
adalah positif, maka y akan berada pada potensial yang lebih tinggi
daripada x. Jika pengangkut muatan adalah negatif, maka y akan
berada pada potensial yang lebih rendah daripada x. Eksperimen
memperlihatkanbahwa di dalam logam, pengangkut muatan tersebut adalah negatif.
Untuk
menganalisa efek Hall secara kuantitatif, dapat digunakan model elektron bebas
dari sebuah logam. Pengangkut-pengangkut muatan tersebut dapat dianggap dapat
bergerak sepanjang penghantar dengan laju ondoh konstan Vd. Gaya pembelok magnet
yang menyebabkan pengangkut muatan yang bergerak tersebut hanyut ke tepi kanan
pita adalah diberikan oleh qVd x B.
Pengangkut-pengangkut
muatan tidak menimbun (mengumpul) tanpa batas pada tepi kanan pita karena
pergeseran muatan memperbesar medan listrik Hall melintang (tranverse Hall
electric Field) EH, yang bekerja di dalam penghantar, untuk menentang
hanyutan (ondoh = drift) pengangkut muatan yang mengarah ke samping. Medan
listrik ini adalah manifestasi yang lain dari perbedaan potensial Hall dan
dihubungkan kepada perbedaan potensial tersebut oleh:
EH = Vxy
d
Akhirnya
dicapai sebuah kesetimbangan di dalam mana gaya pembelok magnetik pada
pengangkut muatan yang mengarah ke samping persis dihilangkan oleh gaya
listrik qEHyang arahnya berlawanan yang disebabkan oleh medan listrik
Hall, atau:
qEH +
qVd x B = 0
yang
dapat ditulis sebagai:
EH =
-Vd x B ……………………………………………………………………..(1)
Persamaan
ini memperlihatkan secara eksplisit bahwa jika kita mengukur EH, maka
kita dapat mencari besar dan arah Vd; jika arah Vd diberikan,
maka tanda pengangkut muatan segera didapatkan seperti yang terlihat oleh
gambar 1.
Banyaknya
pengangkut muatan persatuan volume (n) dapat juga dicari dari pengukuran Efek
Hall. Jika menuliskan persamaan 1 di dalam besarnya, untuk kasus di dalam
manaVd dan B saling tegak lurus satu sama lain, maka kita
mendapatkan
EH =
VdB. Dengan mengkombinasikan ini dengan persamaan Vd = i/ne, maka dihasilkan:
EH = i B
atau n = i
B ……………………………(2)
ne
eEH
Prinsip
kerja sensor ini adalah dengan memanfaatkan fenomena efek Hall. Efek Hall ini
didasarkan pada efek medan magnetik terhadap partikel bermuatan yang bergerak.
Ketika
ada arus listrik yang mengalir pada divais efek Hall yang ditempatkan dalam
medan magnet yang arahnya tegak lurus arus listrik, pergerakan pembawa muatan
akan berbelok ke salah satu sisi dan menghasilkan medan listrik. Medan listrik
terus membesar hingga gaya Lorentz yang bekerja pada partikel menjadi nol. Perbedaan
potensial antara kedua sisi divais tersebut disebut potensial Hall. Potensial
Hall ini sebanding dengan medan magnet dan arus listrik yang melalui divais.
Efek Hall ditemukan oleh
Edwin Hall di universitas Johns Hopkins pada tahun1879.efek hall mengemukakan
interaksi antara perpindahan muatan listrik dan
medanmagnet luar. Pada logam,muatan adalah elektron. Ketika elektron berpindahmelalui
medan magnet,gaya yang bekerja adalah:
F = q v B
Dimana : v
= kecepatan elektron,B= medan magnet dan q = 1,6
x 10-19C
notasi vector
mengindikasikan arah gaya dan besarnya bergantung pada
hubunganantara medan magnet dan arah perpindahan elektron.
pada plat yang dialiri
arus listrik I,elektron akan bergerak menuju kutub positifsumber arus.
Selain dihubungkan dengan sumber arus,plat juga dihubungkan
denganvoltmeter.Medan magnet dan arus listrik menghasilkan
beda potensial pada penghantar. Besarnyabeda potensial merupakan tegangan
Hall (VH).dimana tanda dan amplitudo dari
potensialbergantung pada medan magnet dan arus listrik.
tegangan Hall (VH) pada
temperatur tetap
α= sudut antara vector
medan magnet dan pelat Hall
h = koefisien
sensitivita
ssensitivitas
keseluruhan bergantung pada koefisien Hall (H)
dimana: N = jumlah elektron bebas/volume
c = kecepatan cahaya
C.
Rangkaian setara sensorHall
Rangkaian setara sensor
inidirepresentasikan sebagai koneksimenyilang antara resistor dan 2sumber
tegangan yang dirangkaiseri dengan output terminal.Terminal untuk
menerapkankontrol arus disebut kontrolterminal dan resistansi antarakeduanya
disebut kontrolresistansi Ri.terminal dimanaoutputnya yang diamati
disebutterminal output differensial danresistansi diantaranya disebutresistansi
output differensial,Ro.
Aplikasi utama sensor efek Hall adalah sebagai sensor posisi dan kecepatan baik linier maupun anguler, dan untuk pengukuran arus listrik tanpa kontak. Kelebihan dari sensor efek Hall adalah struktur yang simpel dan karakteristik yang bagus dalam teknologi fabrikasi mikro. Divais Hall mudah difabrikasi dengan teknologi CMOS dan pengkondisi sinyal elektronik dapat langsung diintegrasikan dengan divais Hall. Kekurangan sensor ini adalah nilai tegangan offset yang tinggi pada keluaran divais. Penyebab offset ini adalah geometri non-simetrik dari divais karena lapisan yang tidak lurus pada proses fabrikasi, defek permukaan, dan variasi hambatan kontak. Nilai dari tegangan offset juga dipengaruhi oleh suhu dan stress divais.
BAB III
KESIMPULAN
Efek Hall ditemukan oleh Edwin Hall di tahun 1879 ketika ia
masih menjadi mahasiswa pascasarjana di Universitas Johns Hopkins di bawah
penasihat Profesor Henry A. Rowland, setelah yang namanya departemen ini diberi
nama sekarang. Definisi
Efek HallGaya pada muatan bergerak dalam
sebuah konduktor yang berada dalam medan magnet diperagakan oleh efek
Hall yakni sebuah efek yang analog dengan pembelokan transversal dari
sebuah sinarelektron dalam sebuah medan magnet dalam ruang
hampa.Aplikasi utama sensor efek Hall adalah sebagai sensor posisi dan
kecepatan baik linier maupun anguler, dan untuk pengukuran arus listrik tanpa
kontak. Kelebihan dari sensor efek Hall adalah struktur yang simpel dan
karakteristik yang bagus dalam teknologi fabrikasi mikro. Divais Hall mudah
difabrikasi dengan teknologi CMOS dan pengkondisi sinyal elektronik dapat
langsung diintegrasikan dengan divais Hall. Kekurangan sensor ini adalah nilai
tegangan offset yang tinggi pada keluaran divais. Penyebab offset ini adalah
geometri non-simetrik dari divais karena lapisan yang tidak lurus pada proses
fabrikasi, defek permukaan, dan variasi hambatan kontak. Nilai dari tegangan
offset juga dipengaruhi oleh suhu dan stress divais.
Daftar pustaka :
