MAKALAHFISIKA ZAT PADAT
MEDAN MAGNET DAN EFEK HALL
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
A. MEDAN MAGNET
Medan magnet adalah ruang di sekitar magnet dimana jika benda-benda lain yang diletakkan dalam ruangan magnet tersebut akan mengalami gaya magnetik. Gaya magnetik dapat ditimbulkan oleh benda-benda yang bersifat magnetik dan arus listrik yang bergerak. Medan magnetik dapat digambarkan dengan garis-garis khayal yang dinamakan dengan garis-garis medan atau garis-garis gaya yang keluar dari kutub utara masuk ke kutub selatan, kutub yang sejenis akan tolak-menolak dan yang berlawanan jenis akan tarik menarik.
Ada tiga aturan yang berlaku pada garis medan magnet yaitu: 1. Garis-garis medan magnet tidak pernah saling berpotongan.
2. Garis-garis medan magnet selalu mengarah radial keluar menjauhi kutub utara dan radial ke dalam masuk ke kutub selatan.
3. Tempat dimana garis-garis medan magnetik rapat menentukan medan magnetiknya kuat, sebaliknya tempat dimana garis medan magnetiknya renggang menyatakan kuat medannya lemah
Besar medan magnetik dinyatakan dengan kuat medan magnetik. Kuat medan magnetik yang ditimbulkan oleh arus listrik di suatu titik disebut induksi magnetik (B) yang besarnya:
1. Sebanding dengan kuat arus listrik (I). 2. Sebanding elemen panjang penghantar (dl).
3. Berbanding terbalik dengan kuadrat jarak (r) antar titik itu ke elemen penghantar (dl). 4. Sebanding dengan sinus sudut apit sinθ melalui elemen penghantar dl dan garis
B. GAYA MAGNET
Gambar 1. Aliran arus pada pita alumunium foil
Jika arus listrik mengalir dari A ke B ternyata pita dari alumunium foil melengkung ke atas , ini berarti ada sesuatu gaya yang berarah keatas akibat adanya medan magnet homogen dari utara ke selatan. Gaya ini selanjutnya disebut sebagai gaya magnetic atau gaya Lorentz . Jika arus listrik dibalik sehingga mengalir dari B ke A, ternyata pita dari alumunium foil melengkung ke bawah. Jika arus listrik diperbesar maka alumunium foil akan melengkung lebih besar. Ini berarti besar dan arah gaya Lorentz tergantung besar dan arah
arus listrik.
Karena gaya Lorentz ( FL ) , arus listrik ( I ) dan medan magnet ( B ) adalah besaran vector maka peninjauan secara matematik besar dan arah gaya Lorentz ini hasil perkalian vector ( cros-product ) dari I dan B.
B
x
L
I
Gambar 2. Ilustrasi Medan dan Gaya Magnet Besarnya gaya Lorentz dapat dihitung dengan rumus
FL = I.B sinθ
Rumus ini berlaku untuk panjang kawat 1 meter.
Perhitungan diatas adalah gaya Lorentz yang mempengaruhi kawat tiap satuan panjang. Jadi jika panjang kawat = ℓ , maka besar gaya Lorentz dapat dihitung dengan rumus :
FL = I. ℓ. B. Sin θ
Dari rumus di atas ternyata jika besar sudut θ adalah :
Θ =90o , arah arus listrik dan medan magnet ( I dan B ) saling tegak lurus maka FL mencapai
Efek hall adalah suatu peristiwa berbeloknya aliran listrik (elektron) dalam pelat konduktor karena adanya pengaruh medan magnet. Ketika ada arus listrik yang mengalir pada devais 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 sama dengan nol. Perbedaan potensial antara kedua sisi devais tersebut disebut potensial hall. Potensial hall ini sebanding dengan medan magnet dan arus listrik yang melalui devais. Berarti dalam menentukan besar potensial hall sangatlah bergantung pada besarnya medan magnet yang mengalir dalam rapat arus I yang dilewatkan dalam bahan konduktor.
Konstanta hall pada setiap bahan akan berbeda termasuk pada perak dan wolfram, konstanta hallnya akan berbeda. Dan adapun yang menyebabkan harga konstanta hall perak dan wolfram berbeda adalah karena jenis pembawa muatan yang berbeda, jika perak jenis pembawa muatannya adalah positif (hole) sedangkan wolfram jenis pembawa muatan negatif (elektron).
Gaya 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 sinar elektron dalam sebuah medan magnet dalam ruang hampa.
Instrumen Efek Hall merupakan instrumen fisika yang sangat diperlukan dalam pengembangan material. Dewasa ini sedang marak dilakukan usaha dalam rangka mendapatkan material yang bersifat baik bahkan super baik. Misalnya pengembangan material superkonduktor dan material semikonduktor. Dengan instrumen Efek Hall dapat diketahui sifat-sifat listrik (electrical properties) material tersebut diantaranya tipe konduktor, resitivitas, mobilitas, dan konsentrasi carrier.
Dengan mengetahui sifat listrik terutama material semikonduktor yang baru ditumbuhkan (growth), maka dapat disimpulkan bahwa materi tersebut 2 secara listrik baik atau tidak baik. Material semikonduktor yang mempunyai mobilitas tinggi dengan konsentrasi carrier yang rendah baik untuk dimanfaatkan dalam devais elektronik dan atau optoelektronik. Salah satu cara yang sederhana untuk mengetahui besaran listrik ini adalah melelui Efek Hall (Griffith, 1980).
material. Siswa atau mahasiswa dapat menggunakan instrumen ini untuk melakukan percobaan pengukuran konsentrasi carrier dalam bahan-bahan logam terhadap variabel-variabel seperti: temperatur, pemanasan (annealing), tekanan pada material, dan sebagainya. Sayangnya tidak semua laboratorium fisika terutama di daerah memiliki instrumen ini. Jika ada, maka instrumen ini dibeli dari pabrik (mungkin luar negri), sehingga harganya relatif mahal.
D. Prinsip Kerja Efek Hall
Efek Hall merupakan peristiwa dimana ketika arus listrik (I) mengalir pada sebuah bahan logam dan logam tersebut memliki medan magnet (B) yang tegak lurus dengan arus, maka pembawa muatan (charge carrier) yang bergerak pada logam tersebut akan mengalami pembelokan oleh medan magnet tersebut. Akibat dari proses itu akan terjadi penumpukan muatan pada sisi-sisi logam tersebut setelah beberapa saat. Penumpukan atau pengumpulan muatan tersebut dapat menyebabkan sisi tersebut menjadi lebih elektropositif ataupun elektronegatif bergantung pada pembawa muatannya. Perbedaan muatan di setiap sisi-sisinya mengakibatkan perbedaan potensial dikeduanya, beda potensial pada peristiwa tersebut dikenal sebagai Potensial Hall ( VH ).
B
Potensial Hall yang terukur dapat bernilai positif (+) atau negative (-) bergantung dari pembawa muatan yang dominan. Potensial Hall dapat di hitung dengan persamaan :
t
E. Efek Hall Pada Semikonduktor
Bahan konduktor adalah bahan yang sangat baik dalam menghantarkan aliran listrik. semikonduktor yaitu bahan yang memiliki konduktivitas listrik diantara isolator dan konduktor. Bahan semikonduktor dapat bersifat konduktor pada temperature ruangan tetapi menjadi isolator saat temperatur sangat rendah. Hal ini karena ketika bahan semikonduktor berada pada suhu yang tinggi, maka muatan negatip (elektron) pada kulit terluar akan terbebas dari ikatan atomnya. Sehingga ada kekosongan elektron (hole) yang dianggap sebagai muatan positip. Muatan negatip dan muatan positip inilah yang disebut pembawa muatan. Pembawa muatan juga besaran fisis yang lain dari bahan semikoduktor.
Efek Hall pada logam umumnya kecil akan tetapi pada bahan semikonduktor seperti
germanium tipe-N, InSb, dan GaAs efek Hall cukup besar. Elemen GaAs umumnya dipakai
pada pengukuran medan magnetik karena kepekaan yang tinggi, rentang linier yang lebar,
dan koefisien suhu yang rendah
DAFTAR PUSTAKA
http://fisika12.blogspot.co.id/2010/08/gaya-magnetik.html
http://anma13.blogspot.co.id/2010/06/efek-hall-hall-effect.html
http://fisika-info.blogspot.co.id/2015/12/efek-hall.html
http://nasrifiuin.blogspot.co.id/2013/05/efek-hall.html
