pak priambodo - vinggo
TRANSCRIPT
-
LAPORAN PRAKTIKUM
MATERIAL DASAR
Dosen Pengampu :
Priambodo, S.Si
Disusun oleh :
Mukhammad Nevinggo Frasetiya
1111097000026
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH
JAKARTA
2014
-
Scan Tunneling Microscope (STM)
A. Tujuan
Mengamati struktur permukaan unsur emas, grafit, dan MoS2 secara mikroskopik.
Untuk mengetahui prinsip kerja Scanning Tunneling Microscopy.
B. Dasar Teori
Scanning Tunneling Microscopy merupakan salah satu alat
yang digunakan untuk melihat topografi secara jelas. Prinsip kerja
dari sistem STM adalah memanfaatkan arus tunnel yang timbul pada
gap antara ujung jarum pengukur (needle tip) dan permukaan sample
terukur. Arus tunel yang terjadi adalah arus yang timbul akibat
adanya overlapping awan elektron yang dimiliki oleh kedua
konduktor yang saling bedekatan bila diberi beda potensial padanya.
Dalam hal ini adalah ujung jarum pengukur dan permukaan sampel terukur. total kerapatan arus dari
elektron tunel tidak menjadi nol pada permukaan luas dari sampel, akan tetapi berkurang menurut fungsi
eksponensial sampai beberapa Amstrong dari permukaan bagian luar sampel yang sering disebut awan
elektron.
Bila ada dua buah konduktor yang didekatkan satu sama lain pada orde Angstrom, kemudian
diberikan beda potensial kepadanya maka akan timbul aliran arus dari suatu konduktor menuju konduktor
yang lainnya. Karena arus tersebut dikenal dengan arus tunel. Arus tunel inilah yang menjadi dasar
pengukuran dengan menggunakan sistem scanning tunneling microscope (STM).
Pada umumnya besar arus tunnel yang digunakan dalam sistem STM antara 0,5 nA sampai dengan
2,5 nA dan besarnya tegangan bias yang digunakan adalah antara 0,5 volt sampai dengan 2,0 volt. Batasan
penggunaan arus kerja dan teganan sampel bias tersebut adalah untuk menghindari terjadinya kerusakan
pada permukaan sampel dan ujung jarum pengukur. Hal tersebut mungkin terjadi karena keterbatasan
respon dari sistem umpan balik dari sistem scanner atau terlalu dekatnya ujung jarum pada permukaan
sampel terukur. Dengan memberikan sampel bias yang lebih tinggi dari tegangan kerjanya, yaitu berkisar
antara 3,0 volt sampai 0,5 volt maka permukaan ujung jarum daapt diperbaiki dan akan mendapatkan hasil
pengukuran yang benar. Dengan demikian, dari image yang akan dihasilkan akan dapat dianalisa dan
memberikan informasi yang benar.
Untuk suatu proses pengukuran sebuah sample terukur, ruang vakum tidak boleh dibuka sampai
pengukuran selesai. Hal tersebut diperlukan karena dalam mempersiapkan proses pengukuran ini
diperlukan waktu yang cukup lama, mulai dari mermpersiapkan sampel dengan pemurnian dan
pemanansan sampel (heat treatment) sampai persiapan sistem vakumnya sendiri, yaitu dengan pemanasan
-
chamber(bake out vacum chamber system). Apabila selama percobaan kondisi ujung jarum berubah
seperti yang disebutkan diatas, maka perlu dilakukuan perbaikan /perubahan parameter dari ujung jarum
ukur tersebut untuk mendapatkan hasil yang benar, dan perubahan parameter tersebut perlu dilakukan
didalam ruang vakum.
(sumber :journal of university wiconsin )
C. Metodologi Percobaan
(sumber : journal of University Wisconsin)
Dari gambar dapat dilihat bagian bagian dari Scanning Tunneling Microscopy (STM) beserta fungsi
diantaranya :
1. Tabung Piezodrive: Tabung piezodrive ini terdiri dari 3 piezoelektrik yaitu piezo x, piezo y, dan piezo
z. dengan menerapkan tegangan pada piezo x dan tegangan pada permukaan piezo y, maka tegangan
akan masuk ke piezo z yang langsung diteruskan ke tip, agar terjadi interaksi antara tip dengan sampel
yang akan diuji.
2. Coarse posisioner : berfungsi untuk memposisikan sampel agar benar benar menempel pada tip.
Sehingga interaksi antara tip dan sampel yang diuji akan terjadi.
3. Amplifier : berfungsi sebagai penguat arus yang dialrkan kea lat tersebut sehingga arus yang
mengalir tidak bersifat fluktuatif.
4. Komputer : berfungsi untuk menampilkan hasil dari interaksi atau hasil topografi dari suatu
sampel baik berupa grafik maupun gambar permukaan.
Gambar. Bagian bagian dari alat Scanning Tunneling Microscopy
-
5. Kabel penghubung: berfungsi sebagai penghubung antar alat.
D. Hasil Percobaan
Emas (Au)
Plane Top View gold Raw line View - grafik gold Plane 3D View - gold
Grafit
Plane Top View - grafit Raw line View - grafik grafit Plane 3D View grafit
MoS2
Plane Top View - MoS2 Raw line View - grafik MoS2 Plane 3D View - MoS2
-
E. Pembahasan
Pada praktikum ini bertujuan untuk mengetahui struktur dari bahan gold, grafit, dan MoS2 .
sebelumnya praktikan harus mengetahui prinsip kerja dari alat scanning tunneling microscopy (STM)
terlebih dahulu.
Prinsip kerja dari alat ini adalah adanya arus tunnel yang dijadikan dasar dalam penggunaan Scanning
Tunneling Microscopy (STM). Ketika arus dari sumber di alirkan ke tabung piezodrive maka arus tersebut
akan mengalir ke bagian tip (tip berupa konduktor). Arus merupakan muatan (electron) yang bergerak.
Setiap electron yang bergerak pasti memiliki energy. Energi dalam electron terdiri dari 2 jenis yaitu energy
kinetic (energy gerak) atau energy potensial. Energi kinetic dalam hal ini merupakan energy yang
digunakan electron agar bergerak secara lambat maupun secara cepat, sedangkan energy potential adalah
energy yang digunakan electron untuk mengkonversi menjadi energy gerak ketika berada dalam suatu
medan listrik. Seperti pada gambar 2a yang menerangkan bahwa interaksi yang terjadi antar metal atau
antar sesama konduktor.
(sumber : journal of University Wisconsin)
Dari gambar dapat diinterpretasikan bahwa energy potensial yang ada pada elktron ketika terjadi interaksi
mengabaikan aspek aspek yang berhubungan dengan kedua jenis metal atau konduktor. Energy turun
ketika pada metal 1 (tip) karena pada tip yang ada pada sebuah piezodrive dihubungkan dengan sumber
tegangan. terjadinya awan electron antar 2 metal yang memicu munculnya arus tunneling. Ketika interaksi
mulai terjadi antara tip dengan sampel aka nada electron bebas yang tidak ikut berinteraksi. Electron
electron bebas ini akan mengelilingi kedua metal tersebut dan tidak meninggalkan kedua metal tersebut
atau bentuknya dapat di implementasikan seperti awan dan biasa disebut dengan awan electron. Arus
Gambar 2a. Energi antara electron pada tip dan pada sampel ketika awan
electron sudah timbul
-
tunnel yang dimanfaatkan dalam alat ini adalah arus yang timbul pada gap (celah energy ). Arus tunel
yang terjadi adalah arus yang timbul akibat adanya overlapping awan elektron yang dimiliki oleh kedua
konduktor yang saling bedekatan bila diberi beda potensial padanya.
(sumber : journal of University Wisconsin)
Interaksi antar tip dengan sampel dipengaruhi juga oleh jenis sampel nya yaitu isolator maupun konduktor
karena pada alat ini tip termasuk jenis konduktor. Suatu material yang bersifat konduktor akan cepat
terjadi interaksi dengan tip karena pita energy dalam konduktor hanya memerlukan atau mengadsorbsi
sedikit electron dari energy dalam suatu medan listrik sehingga interaksi antar electron akan mudah
terjadi. Sedangkan suatu material yang bersifat isolator bukan berarti tidak terjadi interaksi antara tip
dengan sampel nya tetapi interaksi yang terjadi tidak secepat interaksi yang terjadi sesama konduktor
karena dalam material yang bersifat isolator akan lebih banyak memerlukan energy dalam medan listrik
agar terjadi interaksi antar keduanya.
Arus tunneling merupakan dasar dari scanning tunneling microscopy (STM), arus tunneling ini
akan menyebabkan adanya interaksi antar tip dan sampel. Interaksi inilah yang akan berfungsi sebagai
scan pada sampel yang akan di displaykan kedalam betuk gambar pada computer seperti hasil percobaan
yang telah didapat melalui software Cassy Lab. Dari gambar diatas terlihat jelas rata-rata struktur
permukaan tiap-tiap unsur tidak rata dan bergelombang. Terlihat dari grafik Raw line View dari ketiga
sampel unsur yang diuji maupun secara Plane Top View dan Plane 3D View. Pada grafik Plane Top View
dan Plane 3D View terlihat ada warna hitam , putih , dan coklat. Warna hitam yang dihasilkan akibat jarak
antara tip dan sampel tidak memenuhi jarak 4-7 amstrong (melebihi 7 angstrom) sebagai syarat terciptanya
arus tunneling pada prinsip kerja STM, sehingga arus tunneling tidak tercipta dan otomatis terdapat noise
yang menyebabkan pembacaan,dan pencitraan jarak dan gambar tidak terdisplay di software pada
komputer yang ditandai dengan nyala lampu berwarna orange pada saat pemasangan sampel pada
dudukan sampel dan kedipan orange pada saat running. Sama halnya warna putih pada grafik karena jarak
Electron yang berada pada tip
Awan electron yang timbul karena interaksi
keantara sampel dengan tip
Electron-electron pada sampel
Gambar 2b . interaksi antar elekron pada tip dan electron
padsampel
-
kurang dari 4 angstrom yang ditandai dengan nyala lampu berwarna merah pada saat pemasangan sampel
pada dudukan sampel dan kedipan merah pada saat running. Sedangkan warna coklat pada graafik
merupakan gambaran relatif yang terbaca sesuai prinsip kerja STM yaitu sepanjang pembacaan memenuhi
syarat jarak tip dan sampel 4-7 angstrom yang ditandai dengan nyala lampu berwarna hijau pada saat
pemasangan sampel pada dudukan sampel dan kedipan hijau pada saat running.
F. Kesimpulan
Prinsip Kerja dari Scanning Tunneling Microscopy (STM) adalah Bila ada dua buah konduktor yang
didekatkan satu sama lain pada orde Angstrom, kemudian diberikan beda potensial kepadanya maka akan
timbul aliran arus dari suatu konduktor menuju konduktor yang lainnya. Ketika adanya interaksi antara
atom-atom tip dengan atom-atom sampel pada gap akan timbul awan awan elektron yang memicu
munculnya arus berupa arus tunneling yang dijadikan dasar scanning permukaan sampel sehingga dapat
di displaykan dalam bentuk gambar pada computer.
G. Daftar Pustaka
Chen, Julian C. 1988. Introduction to Scanning Tunneling Microscopy second edition. Departement of
Applied Physics and Applies Mathematics Columbia University : New York.
Madison. 2007. Scanning Tunneling Microscope. Advanced Laboratory : University of Wisconsin
-
Diamagnetik, Paramagnetik dan Ferromagnetik
A. Tujuan
Menentukan bahan bismut, tembaga, dan besi termasuk dalam golongan diamagnetik, faramagnetik
atau feromagnetik .
B. Dasar Teori
Bahan diamagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis masing-masing atom atau
molekulnya nol, tetapi orbit dan spinnya tidak nol (Halliday & Resnick, 1989). Bahan diamagnetik tidak
mempunyai momen dipol magnet permanen. Jika bahan diamagnetik diberi medan magnet luar, maka
elektron-elektron dalam atom akan berubah gerakannya sedemikian hingga menghasilkan resultan medan
magnet atomis yang arahnya berlawanan.
Sifat diamagnetik bahan ditimbulkan oleh gerak orbital elektron sehingga semua bahan bersifat
diamagnetik karena atomnya mempunyai elektron orbital. Bahan dapat bersifat magnet apabila susunan
atom dalam bahan tersebut mempunyai spin elektron yang tidak berpasangan. Dalam bahan diamagnetik
hampir semua spin elektron berpasangan, akibatnya bahan ini tidak menarik garis gaya. Permeabilitas
bahan diamagnetik adalah 0m. Contoh bahan diamagnetik yaitu: bismut, perak, emas, tembaga dan
seng.
Bahan diagmanetik memiliki negatif, kerentanan lemah untuk medan magnet. bahan Diamagnetic
sedikit ditolak oleh medan magnet dan materi tidak mempertahankan sifat magnetik ketika bidang
eksternal dihapus. Dalam bahan diamagnetic semua elektron dipasangkan sehingga tidak ada magnet
permanen saat bersih per atom. sifat Diamagnetic timbul dari penataan kembali dari orbit elektron di
bawah pengaruh medan magnet luar. Sebagian besar unsur dalam tabel periodik, termasuk tembaga, perak,
dan emas, adalah diamagnetic.
Diamagnetisme adalah sifat suatu benda untuk menciptakan suatu medan magnet ketika
dikenai medan magnet .Sifat ini menyebabkan efek tolak menolak. Diamagnetik adalah salah satu
bentuk magnet yang cukup lemah, dengan pengecualiansuperkonduktor yang memiliki kekuatan magnet
yang kuat.
Semua material menunjukkan peristiwa diamagnetik ketika berada dalam medan magnet. Oleh
karena itu, diamagnetik adalah peristiwa yang umum terjadi karena pasangan elektron , termasuk elektron
inti di atom, selalu menghasilkan peristiwa diamagnetik yang lemah. Namun demikian, kekuatan magnet
material diamagnetik jauh lebih lemah dibandingkan kekuatan magnet material feromagnetikataupun
paramagnetik . Material yang disebut diamagnetik umumnya berupa benda yang disebut 'non-magnetik',
termasuk di antaranya air, kayu , senyawa organik seperti minyak bumi dan beberapa jenis plastik , serta
beberapa logam seperti tembaga, merkuri ,emas dan bismut .Superkonduktor adalah contoh diamagnetik
sempurna.
Ciri-ciri dari bahan diamagnetic adalah:
Bahan ferromagnetik adalah bahan yang mempunyai resultan medan atomis besar (Halliday &
Resnick, 1989). Hal ini terutama disebabkan oleh momen magnetik spin elektron. Pada bahan ferromagnetik
banyak spin elektron yang tidak berpasangan, misalnya pada atom besi terdapat empat buah spin elektron
Bahan yang resultan medan magnet atomis masing-masing atom/molekulnya adalah nol.
Jika solenoida dirnasukkan bahan ini, induksi magnetik yang timbul lebih kecil.
Contoh: Bismuth, tembaga, emas, perak, seng, garam dapur.
-
yang tidak berpasangan. Masing-masing spin elektron yang tidak berpasangan ini akan memberikan medan
magnetik, sehingga total medan magnetik yang dihasilkan oleh suatu atom lebih besar.
Medan magnet dari masing-masing atom dalam bahan ferromagnetik sangat kuat, sehingga interaksi
diantara atom-atom tetangganya menyebabkan sebagian besar atom akan
mensejajarkan diri membentuk kelompok-kelompok.
Kelompok atom yang mensejajarkan dirinya dalam suatu daerah
dinamakan domain. Bahan feromagnetik sebelum diberi medan magnet luar
mempunyai domain yang momen magnetiknya kuat, tetapi momen magnetik
ini mempunyai arah yang berbeda-beda dari satu domain ke domain yang lain
sehingga medan magnet yang dihasilkan tiap domain saling meniadakan.
Bahan ini jika diberi medan magnet dari luar, maka domain-domain ini akan mensejajarkan diri
searah dengan medan magnet dari luar. Semakin kuat medan magnetnya semakin banyak domain-domain
yang mensejajarkan dirinya. Akibatnya medan magnet dalam bahan ferromagnetik akan semakin kuat.
Setelah seluruh domain terarahkan, penambahan medan magnet luar tidak memberi pengaruh apa-apa karena
tidak ada lagi domain yang disearahkan. Keadaan ini dinamakan jenuh atau keadaan saturasi.
Permeabilitas bahan ferromagnetik adalah 0>>> dan suseptibilitas bahannya 0>>>m. contoh
bahan ferromagnetik : besi, baja, besi silicon dan lain-lain. Sifat kemagnetan bahan ferromagnetik ini akan
hilang pada temperatur yang disebut Temperatur Currie. Temperatur Curie untuk besi lemah adalah 770 0C,
dan untuk baja adalah 1043 0C (Kraus. J. D, 1970).
Bahan ferromagnetik ada yang positif, kerentanan besar untuk medan magnet luar. Mereka
menunjukkan daya tarik yang kuat untuk medan magnet dan mampu mempertahankan sifat magnetik mereka
setelah bidang eksternal telah dihapus bahan. Ferromagnetik memiliki elektron tidak berpasangan sehingga
atom mereka memiliki momen magnet bersih. Mereka mendapatkan magnet yang kuat sifat mereka karena
keberadaan domain magnetik. Dalam domain ini, sejumlah besar di saat-saat atom (1012 sampai 1015) adalah
sejajar paralel sehingga gaya magnet dalam domain yang kuat. Ketika bahan feromagnetik dalam keadaan
unmagnitized, wilayah hampir secara acak terorganisir dan medan magnet bersih untuk bagian yang secara
keseluruhan adalah nol.. Ketika kekuatan magnetizing diberikan, domain menjadi selaras untuk
menghasilkan medan magnet yang kuat dalam bagian.. Besi, nikel, dan kobalt adalah contoh bahan
feromagnetik.. Komponen dengan materi-materi ini biasanya diperiksa dengan menggunakan metode
partikel magnetik.
Ferromagnetisme adalah sebuah fenomena dimana sebuah material dapat mengalami magnetisasi
secara spontan, dan merupakan satu dari bentuk kemagnetan yang paling kuat. Fenomena inilah yang dapat
menjelaskan kelakuan magnet yang kita jumpai sehari-hari. Ferromagnetisme dan
ferromagnetisme merupakan dasar untuk menjelaskan fenomena magnet permanen.
Ciri-ciri bahan ferromagnetic adalah:
Bahan yang mempunyai resultan medan magnetis atomis besar.
Tetap bersifat magnetik sangat baik sebagai magnet permanen
Jika solenoida diisi bahan ini akan dihasilkan induksi magnetik sangat besar (bisa ribuan kali).
Contoh: besi, baja, besi silikon, nikel, kobalt.
C. Motodologi Percobaan
Amplifier,
-
kumparan penghasil medan magnet,
tiang penyangga,
kabel +/- sepasang merah dan biru,
tali.
D. Hasil Percobaan
Reaksi bahan ketika tegangan ( dimaksimumkan / konstan ) dan arus ( dinaikkan / diturunkan ) atau dalam
kondisi medan magnet kuat :
Bismut : Tidak tertarik terhadap arah medan magnet
Tembaga : Tidak tertarik terhadap arah medan magnet
Besi : Tertarik kuat terhadap arah medan magnet
E. Pembahasan
Setelah dilakukan percobaan , secara kasat mata bismut dan tembaga tidak tertarik sama sekali oleh
arah medan magnet , sedangkan besi secara kasat mata tertarik kuat oleh arah medan magnet. Secara teori
benda yang dapat bersifat magnet apabila susunan atom dalam bahan tersebut mempunyai spin elektron yang
tidak berpasangan, sebaliknya benda yang tidak bersifat magnet mempunyai spin elektron yang berpasangan.
Dari dasar teori yang telah dijelaskan sebelumnya dan eksperimen yang telah dilakukan secara langsung ,
terbukti bahwa bismut dan tembaga tergolong diamagnetik (secara literatur teori, tabel periodik dan
eksperimen) sedangkan besi tergolong ferromagnetik (secara literatur teori, tabel periodik dan eksperimen).
F. Kesimpulan
Bismut : Tidak tertarik terhadap arah medan magnet (tergolong Diamagnetik)
Tembaga : Tidak tertarik terhadap arah medan magnet (tergolong Diamagnetik)
Besi : Tertarik kuat terhadap arah medan magnet (tergolong Ferromagnetik)
G. Daftar Pustaka
http://penjagahati-zone.blogspot.com/2011/01/diamagnetic-paramagnetik-dan.html
Karakteristik Hambatan Listrik pada Semikonduktor
A. Tujuan
Mengetahui pengaruh suhu terhadap nilai resistivitas pada bahan semikonduktor.
-
Menghitung nilai energi gap pada semikonduktor .
B. Dasar Teori
Semikonduktor adalah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara insulator dan
konduktor. Konduktivitas semikonduktor berkisar antara 103 sampai 10-8 siemens per sentimeter dan
memiliki dan celah energinya lebih kecil dari 6 eV .
Semikonduktor memiliki daya hantar yang lebih baik dibanding isolator. Daya hantar semikonduktor
tidak lebih baik dari konduktor, namun bahan konduktor kurang baik jika digunakan pada suhu tinggi.
Bahan konduktor rata-rata memiliki nilai koefisien muai yang tinggi sehingga sangat mudah memuai.
Telah ditemukan bahwa semikonduktor akan bersifat isolator pada suhu rendah dan akan bersifat
konduktor pada suhu tinggi. Percobaan ini telah dibuktikan dengan pengukuran nilai resistivitas pada
semikonduktor yang telah dipanaskan.
Bahan semikonduktor adalah bahan yang bersifat setengah konduktor karena celah energi yang
dibentuk oleh struktur bahan ini lebih kecil dari celah energi bahan isolator tetapi lebih besar dari celah
energi bahan konduktor, sehingga memungkinkan elektron berpindah dari satu atom penyusun ke atom
penyusun lain dengan perlakuan tertentu terhadap bahan tersebut (pemberian tegangan, perubahan suhu
dan sebagainya). Oleh karena itu semikonduktor bisa bersifat setengah menghantar.
Bahan semikonduktor dapat berubah sifat kelistrikannya apabila temperatunya berubah. Dalam
keadaan murninya mempunyai sifat sebagai penyekat ;sedangkan pada temperatur kamar ( 27 C ) dapat
berubah sifatnya menjadi bahan penghantar. Sifat-sifat kelistrikan konduktor maupun isolator tidak
mudah berubah oleh pengaruh temperatur, cahaya atau medan magnet, tetapi pada semikonduktor sifat-
sifat tersebut sangat sensitif.-
Menurut persamaan, nilai resistivitas pada semikonduktor dinyatakan sebagai,
kTEeRR 2/0
dimana:
T : temperatur (K)
R : resistansi atau tahanan ()
E : energi gap (J) k : konstanta Bolztmann = 1,38 . 10-23 J/K atau = 86,1 x 10-6 eV/K
Semikonduktor yang telah dijelaskan sebelumnya adalah sebagai zat padat yang mempunyai pita
energi okupasi paling tinggi. Pita valensi adalah penuh saat T = 0o K, tapi gap diatas pita ini juga kecil
sehingga elektron dapat dieksitasi secara termal pada temperatur ruang dari pita valensi ke pita lebih tinggi
selanjutnya yang dikenal dengan pita konduksi.
Ketika elektron tereksitasi melewati gap bagian bawah pita konduksi dipopulasi oleh elektron dan
pita valensi dipopulasi oleh hole. Sebagai hasilnya, kedua pita hanya penuh sebagian dan akan menghantar
arus jika dikenakan medan listrik.
-
Pada bagian ini hanya dibahas pita valensi dan pita konduksi karena hanya kedua pita ini yang
berkontribusi terhadap arus. Energi pita valensi juga dinyatakan dalam bentuk persamaan:
*
22
2)(
h
vm
kkE
Parameter utama dari struktur pita adalah me, mh dan gap pita Eg.
C. Metodologi Percobaan
D. Hasil Percobaan
Pengaruh kenaikan temperatur terhadap hambatan listrik pada semikonduktor :
T (C) R ()
50 80,22
60 57,57
70 43,24
80 32,63
90 25,12
100 19,64
110 15,60
120 12,58
130 10,21
140 8,44
150 7,03
160 5,92
170 5,03
180 4,30
190 3,73
200 3,26
E. Pengolahan Data
Tabel perhitungan
T (C) R () T (K) x (1/T) y (ln R) x2 x.y
50 80,22 323 0,003096 4 9,59E-06 0,013575
60 57,57 333 0,003003 4 9,02E-06 0,012171
70 43,24 343 0,002915 4 8,50E-06 0,010982
80 32,63 353 0,002833 3 8,03E-06 0,009873
-
90 25,12 363 0,002755 3 7,59E-06 0,008881
100 19,64 373 0,002681 3 7,19E-06 0,007983
110 15,6 383 0,002611 3 6,82E-06 0,007173
120 12,58 393 0,002545 3 6,47E-06 0,006443
130 10,21 403 0,002481 2 6,16E-06 0,005765
140 8,44 413 0,002421 2 5,86E-06 0,005165
150 7,03 423 0,002364 2 5,59E-06 0,00461
160 5,92 433 0,002309 2 5,33E-06 0,004107
170 5,03 443 0,002257 2 5,10E-06 0,003647
180 4,3 453 0,002208 1 4,87E-06 0,00322
190 3,73 463 0,00216 1 4,66E-06 0,002843
200 3,26 473 0,002114 1 4,47E-06 0,00291
0,040754 40,92743 0,000105 0,109347
Grafik
Energy Gap awal semikonduktor :
R0 = 80,22
b = 3260.247
karena, kTEeRR 2/0
Ln R = Ln R + E/ 2kT
y = a + bx
jadi, b = E/2k E = b x 2k
E = 3260.247 x 2(1,38 x 10-23 J) = 8.99828 x 10-20 J
F. Pembahasan
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
Ham
bat
an L
istr
ik (
)
Temperatur (C)
Hubungan Temperatur dengan Hambatan listrik
-
Percobaan dilakukan dengan memberikan arus elektrik menjadi semikonduktor dalam
perangkat dan mengukur resistensi listrik di suhu yang meningkat.
Percobaan pengaruh suhu terhadap nilai resistivitas dilakukan saat kenaikan suhu dengan
rentang suhu antara 50C - 200C. Pada kenaikan temperatur, nilai resistivitas pada suhu 50C
sebesar 80,22 ohm dan nilai resistivitas pada suhu 200C sebesar 3,26 ohm. Untuk mendapatkan nilai
energi gap kita dapat melakukannya dengan menggunakan metode kuadrat terkecil dari persamaan
resistensi. Dan kami mendapatkan nilai energi gapnya adalah sebesar 8.99828 x 10-20 J.
Dari percobaan, dapat dijelaskan bahwa ketika suhu dari bahan meningkat, elektron akan
berosilasi dan bergerak bebas jika panas sudah cukup.
Secara pita energi, ketika suhu dinaikkan elektron akan menjadi bebas dan menempati gap
sehingga jarak pita konduksi menjadi lebih dekat dengan pita valensi. Energi gap semakin membesar
ketika suhu bahan dinaikkan. Hal ini menunjukan bahwa bahan semikonduktor dapat menjadi
penghantar yang baik.
G. Kesimpulan
Peningkatan temperatur memberikan penurunan eksponensial pada reisitivitas listrik bahan
semikonduktor
Nilai energi gap pada semikonduktor pada praktikum ini yaitu 8.99828 x 10-20 J.
H. Daftar Pustaka
- Rolf Enderlein, Norman J.M. Horing. Fundamental of Seminconductor Physics & Device.
-
Karakteristik Hambatan Listrik pada Konduktor
A. Tujuan
Mengetahui pengaruh suhu terhadap nilai resistivitas pada bahan konduktor.
Menentukan koefisien resistivitas pada platina ()
B. Dasar Teori
Sifat konduktivitas zat padat, dapat dijelaskan dengan teori pita energi. Teori pita energi
merupakan sebuah teori yang menyatakan tingkat energi yang harus dimiliki elektron agar mampu
bergerak bebas (mengalirkan arus). Pita energi dibagi menjadi 2, yaitu :
1. Pita Konduksi
2. Pita Valensi
Pita valensi menyatakan tingkat energi agar elektron (elektron valensi) dapat berikatan. Elektron
di pita konduksi bertugas mengalirkan arus. Jarak antara pita konduksi dan pita valensi dinamakan
GAP. Jadi, Band gap merupakan jarak antar pita.
Setiap atom hanya memiliki elektron valensi. Elektron tersebut yang melompat melewati band
gap ke pita konduksi. Pada umumnya jarak antara pita valensi dengan pita konduksi tidak ada (saling
berhimpit), bahkan ada beberapa pita yang bertumpuk (over laping). Dengan kata lain, pita valensi
sama dengan pita konduksi. Elektron pada pita valensi sangat mudah melompat ke pita konduksi dan
bergerak bebas atau mengalirkan arus.
Hubungan antara konduktivitas dengan suhu adalah,
Logam yang memiliki konduktivitas tinggi di antaranya adalah perak, tembaga, dan aluminium.
Sebuah konduktor sempurna akan memiliki resistivitas sama dengan nol karena semakin kecil
nilai resistivitas suatu bahan maka semakin mudah bahan tersebut menghantarkan arus listrik,
Resistivitas sebuah bahan akan selalu sebanding dengan suhu. Jika suhu bertambah maka ion-ion
pada bahan akan bergetar dengan amplitude yang makin besar. Hal ini menyebabkan terjadinya
tumbukan electron sehingga menghalangi penyimpangan electron dan akhirnya menghalangi
arus yang melintas.
C. Hasil Percobaan
Pengaruh kenaikan temperatur terhadap hambatan listrik pada konduktor :
-
T (C) R ()
50 119,16
60 123,12
70 127,48
80 131,75
90 136,15
100 140,34
110 144,96
120 149,42
130 153,77
140 158,18
150 162,67
160 167,18
170 171,63
180 175,81
190 180,23
200 184,64
x
T
(C)
y
R () x2 x.y
50 119,16 2500 5958
60 123,12 3600 7387,2
70 127,48 4900 8923,6
80 131,75 6400 10540
90 136,15 8100 12253,5
100 140,34 10000 14034
110 144,96 12100 15945,6
120 149,42 14400 17930,4
130 153,77 16900 19990,1
140 158,18 19600 22145,2
150 162,67 22500 24400,5
160 167,18 25600 26748,8
170 171,63 28900 29177,1
180 175,81 32400 31645,8
190 180,23 36100 34243,7
200 184,64 40000 0,00291
2000 2426,49 280000 281323,5
-
C. Grafik dan Pengolahan Data
b = 0.439419 , R0 = 0.439419
Karena R = R0 + R0. . T
y = a + b.x
Jadi, b = R0 . =b/R0
= 0,439419/119,16 = 0,003687 /C
D. Pembahasan
Percobaan dilakukan dengan memberikan arus listrik ke dalam bahan konduktor dalam
perangkat & mengukur resistensi listrik pada suhu 50 C sampai 200 C dengan selang 10 C. Pada
kenaikan temperatur, nilai resistivitas pada suhu 50C sebesar 119,16 ohm dan nilai resistivitas pada
suhu 200C sebesar 184,84 ohm.
Secara teoritis kita tahu bahwa bahan konduktor adalah bahan penghantar listrik yang baik
ketika medan listrik diberikan. Sebagian besar bahan konduktor adalah logam yang memiliki ikatan
atom yang berbeda dari yang lain. Logam memiliki elektron yang bergerak bebas di sekitar atom
yang disebut awan elektron. Jika medan listrik diberikan, awan elektron akan bergerak ke daerah
muatan yang lebih positif. Tapi kita harus ingat bahwa logam memiliki 1 sampai 3 elektron valensi
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
Ham
bat
an L
istr
ik (
)
Temperatur (C)
hubungan Temperatur dan hambatan listrik
-
(kecuali logam transisi) yang masih dibatasi dalam atom. Jika suhu meningkat, elektron valensi akan
tereksitasi dari pita valensi ke pita yang lain. Semakin banyak elektron tereksitasi, semakin tabrakan
akan meningkat di antara elektron yang dapat membuat peningkatan resistivitas.
Dari percobaan, terlihat bahwa nilai resistivitas terhadap suhu akan membentuk sebuah garis
linear. Seperti perumusan yang telah ditetapkan untuk konduktor, nilai resistivitas sebanding dengan
nilai perkalian antara suhu, koefisien muai panjang dan resistivitas awal.
Pada suhu bahan konduktor dinaikkan, maka elektron akan semakin bebas sehingga bergerak
semakin acak dan banyak yang bertumbukan. Oleh karena itu nilai resistivitas akan semakin tinggi.
Kami juga mampu menentukan tempreature koefisien yang dipengaruhi resistansi dengan metode
kuadrat terkecil. Dengan mendefinisikan b (koefisien variabel) sebagai R0. , kami mendapat nilai
tempreature koefisien dipengaruhi resistansi adalah sebesar 0,003687 /C. Koefisien ini menentukan
kemampuan resistivitas pada suhu yang meningkat.
E. Kesimpulan
Suhu yang meningkat akan meningkatkan hambatan listrik dari bahan konduktor secara linear
Semakin tinggi suhu pada bahan, nilai resistivitas bahan semakin naik sehingga bahan dapat
menjadi penghantar yang kurang baik.
Kesimpulan 2 diatas sesuai dengan literatur eksperimen secara teori.
Didapat nilai tempreature koefisien dipengaruhi resistansi adalah sebesar = 0,003687 /C.
F. Daftar Pustaka
Sudaryatno S, Ning Utari, Mengenal Sifat-Sifat Material.
Callister,Jr. , William D. Material Science & Engineering An Introduction.2007. New York : John
Willey & Son, Inc.
-
Kurva Histerisis Ferromagnetik
A. Tujuan
Mempelajari pengaruh frekuensi terhadap kurva histerisis ferromagnetik
Mempelajari pengaruh tegangan terhadap kurva histeris ferromagnetik
B. Dasar Teori
Hysterisis adalah Ketergantungan sebuah sistem, tidak hanya pada keadaannya sekarang, tetapi juga
pada keadaannya pada masa lalu. Ketergantungan ini muncul karena sistem tersebut dapat berada di
lebih dari satu kondisi internal. Untuk mengira-ngira perubahan berikutnya, baik kondisi internal
maupun sejarahnya harus diketahui.
Bahan ferromagnetik adalah bahan yang mempunyai resultan medan atomis besar (Halliday &
Resnick, 1989). Hal ini terutama disebabkan oleh momen magnetik spin elektron. Pada bahan
ferromagnetik banyak spin elektron yang tidak berpasangan, misalnya pada atom besi terdapat
empat buah spin elektron yang tidak berpasangan. Masing-masing spin elektron yang tidak
berpasangan ini akan memberikan medan magnetik, sehingga total medan magnetik yang dihasilkan
oleh suatu atom lebih besar. Momen magnetik atom yang berdekatan atau ion karena interaksi
mereka, dan di beberapa daerah diatur secara substansial dalam arah yang sama, ketika diterapkan
medan magnet meningkatkan kekuatan, daerah momen derajat orientasi magnetik gabungan
meningkat dengan batas tertentu akan mengikuti fenomena tersebut.
Medan magnet dari masing-masing atom dalam bahan ferromagnetik sangat kuat, sehingga
interaksi diantara atom-atom tetangganya menyebabkan sebagian besar atom akan mensejajarkan diri
membentuk kelompok-kelompok.
Medan magnetik total merupakan jumlah medan magnetik akibat arus dan medan magnetik
akibat domain. Ketika medan magnetik luar diperbesar, medan magnetik totalnya naik secara tajam
akibat banyaknya domain yang menyearahkan diri. Tetapi begitu medan magnetik luar sudah cukup
besar, medan magnetik total mulai jenuh dan kenaikannya kecil sekali (Kurva Histerisis).
C. Alat dan bahan
D. Hasil Percobaan
1. Cassy, sebagai hardware untuk
pengukuran pada komputer
2. Generator Function
3. Bahan inti magnet yang diukur
4. Lilitan magnet
5. Lilitan magnetisasi didasarkan
pada pengukuran dari sistem
komputer
-
Ketika frekuensi konstan , tegangan naik :
F = 0,1 dan V=1 V F = 0,1 dan V = 1,5 V F = 0,1 dan V = 2 V
Ketika tegangan konstan , frekuensi naik :
V=1 V dan F= 0,1 V=1 V dan F= 0,2 V=1 V dan F= 0,3
D. Pembahasan
Dari kurva histerisis pemberian tegangan konstan sebesar 1,5 volt dengan merubah besarnya
frekuensi. Terdapat 3 gambar, gambar a dengan frekuensi 0,1 Hz, gambar b dengan frekuensi 0,2 Hz
dan gambar c dengan frekuensi 0,3 Hz. Dengan nilai frekuensi yang semakin membesar maka kurva
histerisis akan semakin mengecil luasnya. Hal ini karena frekuensi yang berbanding terbalik dengan
besar medan magnet B sehingga jika frekuensi yang diberikan membesar maka nilai B akan mengecil
yang ditandai dengan penyempitan kurva histerisis.
Untuk kurva histerisis dengan pemberian frekuensi yang konstan sebesar 0,2 Hz dimana
gambar d dengan nilai tegangan 1 volt, gambar e dengan nilai tegangan 1,5 volt dan gambar f dengan
nilai tegangan 2 volt. Dengan nilai tegangan yang semakin besar maka kurva histerisis akan semakin
membesar luasnya.
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
-0,2 -0,1 0 0,1 0,2
&F / Vs
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
-0,5 0 0,5
&F / Vs
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
-0,5 0 0,5
&F / Vs
-0,5
0
0,5
1
-0,2 0 0,2
&F / Vs
-0,6
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
-0,2 0 0,2 0,4
&F / Vs
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
-0,5 0 0,5
&F / Vs
-
E. Kesimpulan
Semakin besar nilai frekuensi dengan tegangan konstan maka nilai medan magnetic akan
mengecil yang ditandai dengan mengecilnya kurva histerisis.
Semakin besar nilai tegangan dengan frekuensi konstan maka nilai medan magnetic akan
mengecil yang ditandai dengan mengecilnya kurva histerisis.
-
Deformasi Elastis
A. Tujuan
Menentukan tensile strain
B. Dasar Teori
Dalam ilmu material, deformasi adalah perubahan bentuk atau ukuran objek diterapkan karena
adanya gaya. Ini bisa menjadi hasil dari tarik (menarik) kekuatan, tekan (mendorong)
kekuatan,geser, membungkuk atau torsi (memutar). Deformasi sering digambarkan sebagai strain.
Sebagai deformasi terjadi, internal antar-molekul muncul kekuatan-kekuatan yang menentang gaya
diterapkan. Jika gaya yang diberikan tidak terlalu besar kekuatan-kekuatan ini mungkin cukup untuk
diterapkan sepenuhnya menolak kekuatan, yang memungkinkan objek untuk mengasumsikan keadaan
ekuilibrium baru dan kembali ke keadaan semula apabila beban dihilangkan. Gaya diterapkan yang lebih
besar dapat menyebabkan deformasi permanen dari objek atau bahkan ke kegagalan struktural.
Dalam gambar dapat dilihat bahwa beban kompresi (ditandai dengan tanda panah) telah menyebabkan
deformasi dalam silindersehingga bentuk asli (garis putus-putus) telah diubah (cacat) menjadi satu dengan
sisi menonjol. Tonjolan sisi karena materi, walaupun cukup kuat untuk tidak retak atau gagal, tidak cukup
kuat untuk mendukung beban tanpa perubahan, sehingga material dipaksa keluar lateral. Kekuatan internal
(dalam kasus ini pada sudut kanan deformasi) menahan beban diterapkan.
Diagram Stres-regangan kurva, yang menunjukkan hubungan antara stres (gaya yang diberikan) dan
regangan (deformasi) dari logam yang ulet.
DEFORMASI ELASTIS
Jenis deformasi secara reversible,Setelah pasukan tidak lagi diterapkan, objek kembali ke bentuk
aslinya. Elastomer dan memori bentuk logam seperti Nitinol menunjukkan rentang deformasi elastis besar
-
Soft termoplastik dan konvensional logam memiliki rentang deformasi elastis moderat,
sementara keramik, kristal, dan kerasplastik termoseting hampir tidak mengalami deformasi
elastis.Deformasi elastis linear diatur oleh hukum Hooke yang menyatakan:
Mana diterapkan adalah stres, E adalah material konstanta yang disebut Young's modulus, dan
adalah hasil ketegangan.Hubungan ini hanya berlaku dalam rentang elastis dan menunjukkan bahwa
kemiringan kurva tegangan vs regangan dapat digunakan untuk menemukan Modulus Young. Insinyur
sering menggunakan perhitungan ini di tarik tes .Para rentang elastis berakhir ketika bahan
mencapai kekuatan luluh.
Plastic deformasi
Jenis deformasi ini tidak dapat dibalikkan. Namun, sebuah objek dalam kisaran deformasi plastik akan
terlebih dahulu telah mengalami deformasi elastis, yang reversibel, sehingga objek akan kembali bagian
cara untuk bentuk aslinya. Soft termoplastik memiliki deformasi plastik agak besar berkisar lakukan ulet
logam sepertitembaga, perak, dan emas. Steel tidak juga, tapi bukan besi cor. Hard termoseting plastik,
karet, kristal, dan keramik memiliki rentang minimal deformasi plastik. Satu bahan dengan kisaran
deformasi plastik besar basah permen karet, yang dapat ditarik puluhan kali panjang aslinya.
Bawah tegangan tarik deformasi plastik dicirikan olehpengerasan regangan daerah
dan penciutan wilayah dan akhirnya, fraktur (juga disebut pecah). . Selama pengerasan regangan material
menjadi lebih kuat melalui gerakan dislokasi atom. Penciutan fase yang ditandai oleh penurunan luas
penampang spesimen. Penciutan dimulai setelah Kekuatan Ultimate tercapai. Selama penciutan, materi
tidak dapat lagi menahan tekanan maksimum dan tekanan pada spesimen meningkat dengan cepat.
Deformasi plastik berakhir dengan fraktur material.
Metal kelelahan
Mekanisme deformasi lainnya adalah kelelahan logam, yang terjadi terutama di ulet logam. Ini pada
awalnya berpikir bahwa cacat material hanya dalam rentang elastis sepenuhnya kembali ke keadaan semula
setelah pasukan telah dihapus. . Namun, kesalahan yang diperkenalkan pada tingkat molekuler dengan
-
setiap deformasi. Setelah banyak deformasi, retak akan mulai muncul, diikuti dengan segera setelah patah
tulang, dengan deformasi plastik yang tidak jelas di antara keduanya. Tergantung pada bahan, bentuk, dan
bagaimana dekat dengan batas elastis itu cacat, kegagalan mungkin membutuhkan ribuan, jutaan, miliaran,
atau triliunan deformasi.
Kelelahan logam telah menjadi penyebab utama kegagalan pesawat, seperti De Havilland
Comet, terutama sebelum proses itu dipahami dengan baik. Ada dua cara untuk menentukan kapan bagian
berada dalam bahaya kelelahan logam; baik kegagalan memprediksi kapan akan terjadi karena materi / gaya
/ bentuk / iterasi kombinasi, dan mengganti bahan-bahan yang rentan sebelum hal ini terjadi, atau
melakukan inspeksi untuk mendeteksi mikroskopis retakan dan melakukan penggantian setelah mereka
terjadi. Pemilihan bahan yang tidak mungkin menderita dari logam kelelahan selama kehidupan produk
adalah solusi terbaik, tetapi tidak selalu mungkin. Menghindari bentuk dengan sudut tajam batas kelelahan
logam dengan mengurangi konsentrasi tegangan, tetapi tidak menghilangkannya.
Fracture
Jenis deformasi ini juga tidak dapat dibalikkan. Kehancuran tersebut terjadi setelah bahan telah
mencapai ujung elastis, dan kemudian plastik, deformasi rentang. Pada titik ini pasukan menumpuk sampai
mereka cukup untuk menyebabkan fraktur. Semua bahan akhirnya akan patah, jika kekuatan yang memadai
diterapkan.
C. Hasil percobaan dan perhitungan
Perhitungan Strain (regangan) dan stress (tegangan)
Eisen / Iron (diameter = 0,2 mm)
Beban
(gr)
Panjang
Kawat (cm)
Pertambahan
panjang
(cm)
= (L-Lo)/Lo F (N)
= F/A
(N/cm^2)
50 L0 = 31.1 0 0 0,5 1592,36
100 31.3 0.2 0,00638 1 3184,71
150 31.6 0.3 0,016 1,5 4777,07
200 31.9 0.3 0,0257 2 6369,42
250 32.2 0.3 0,0353 2,5 7961,78
-
Dengan, Lo= 31,1 cm
Perubahan panjang = L Lo
Dengan, D = 0,02 cm
A = 3,14 X 10^-4 cm^2
Kupfer / Copper (diameter = 0,2 mm)
Beban
(gr)
Panjang
Kawat (cm)
Pertambahan
panjang (cm)
= (L-Lo)/Lo F (N)
= F/A
(N/cm^2)
50 L0 = 31.1 0 0 0,5 1592,36
100 31.3 0.2 0,00643 1 3184,71
150 31.5 0.2 0,0128 1,5 4777,07
200 31.7 0.2 0,0192 2 6369,42
250 31.9 0.2 0,0257 2,5 7961,78
Dengan, Lo= 31,1 cm
Perubahan panjang = L Lo
Dengan, D = 0,02 cm
A = 3,14 X 10^-4 cm^2
30,5
31
31,5
32
32,5
100 150 200 250per
tam
bah
an p
anja
ng
beban/tarik
Hubungan Penambahan Beban dengan
Pertambahan Panjang
-
D. Pembahasan
Nilai tensile strain dari percobaan kali ini didapat dari hasil pembagian nilai perubahan
panjang tali dengan nilai panjang awal tali. Perubahan panjang tali bervariasi, nilai berkisar dari 0,2
0,9 cm baik tembaga maupun besi. Nilai tensile strain yang didapat juga bervariasi. Hal ini
disebabkan kurang presisi alat pengukuran panjang tali karena jarum penunjuk sangat mudah untuk
diubah posisinya.
Untuk nilai tensile stress dapat dicari dengan membagi gaya yang bekerja pada tali dengan
luas penampang tali. Hasil yang di dapat bervariasi, seperti yang terlihat pada table. Hasil perhitungan
stress antara tembaga dan besi sama, hal ini dikarenakan diameter kedua tali tersebut sama, yaitu 0,2
mm. dan nilai gaya yang diberikan pun sama.
E. Kesimpulan
Modulus young berbanding terbalik dengan regangan
Modulus young berbanding lurus dengan tegangan
Tembaga dan Besi masih didalam zona elastis
31
31,2
31,4
31,6
31,8
32
100 150 200 250per
tam
bah
an p
anja
ng
beban / tarik
Hubungan Penambahan Beban dengan
Pertambahan Panjang