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