FOTOKONDUKTIVITAS
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 LATAR BELAKANG
Fotokonduktivitas adalah fenomena optik dan listrik di dalam suatu material yang menjadi lebih konduktif ketika menyerap radiasi elektromagnet seperti cahaya tampak, sinar ultraviolet, sinar inframerah, atau radiasi gamma. Ketika cahaya diserap oleh sebuah material seperti semikonduktor, jumlah dari perubahan elektron bebas dan hole meningkatkan konduktivitas kon duktivitas listrik dari semikonduktor. Eksitasi cahaya yang menumbuk semikonduktor harus mempunyai cukup energi untuk meningkatkan jumlah elektron yang menyebrangi daerah terlarang atau oleh eksitasi pengotoran dalam daerah bandgap. Ketika tegangan dan beban resistor digunakan secara seri dengan semikonduktor, penurunan tegangan menyeberangi beban resistor dapat diukur ketika perubahan pada konduktivitas listrik berubah-ubah melalui lintasan aliran arus. Peningkatan konduktivitas listrik disebabkan oleh eksitasi dari penambahan pengisian bebas yang diangkut oleh cahaya energi tinggi pada semikonduktor dan insulator. Fotokonduktivitas merupakan suatu fenomena umum yang biasa dimiliki pada bahan semikonduktor. Dimana bahan semikonduktor akan meningkat harga konduktivitasnya apabila dikenai cahaya dengan panjang gelombang tertentu. Fenomena fotokonduktivitas juga dapat diamati pada bahan polimer (isolator) yang mana mempunyai sifat model energi yang sama dengan bahan semikonduktor. Sehingga yang menjadi latar belakang dalam percobaan ini adalah untuk mengetahui prinsip kerja dari fotokonduktivitas. 1.2 TUJUAN.
1.
Untuk mengetahui karakteristik Cds
2.
Untuk mengetahui prinsip kerja dari fotokonduktivitas
3.
Untuk mengetahui pengaruh besar sudut dan potensial terhadap kuat arus yang dihasilkan
4.
Untuk mengetahui hubungan intensitas cahaya dengan spektrum warna
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
Konduktor listtik yang baik mengandung muatan – muatan yang tidak terikat pada atom mana pun dan oleh karena itu bebas bergerak di dalam bahan. Saat tidak terdapat gerakanmutana netto di dalam konduktor,
maka
konduktornya
berada
dalam
keseimbangan
elektrostatik.Konduktor
dalam
keseimbangan elektrostatik memilki sifat-sifat sebgai berikut: 1.
Medan listriknya nol pada setiap titik di dalam konduktor
2. jika
sebuah konduktor
yang terisolasi membawa
muatan,
muatannya
berada
tetap
pada
permukaannya 3.
Medan listrik yang berda tepat di luar sebuah semikonduktor yang bermuatana adalah tegak lurus terhadap permukaan konduktor
4.
Pada sebuah konduktor denagn bentuk yang tidak beraturan, rapat muatan permukaannya adalah yang terbesar di lokasi – lokasi dimAan jari – jari kelengkungan permukaan adalah yang terkecil. Kita menguji ketiga sifat pertama di dalm pem bahasan berikut. Sifat yang ke eempat diberikan disini supaya kita dapat memilki daftar sifat yang lengkap untik konduktor –konduktor dalam keseimbangan elektrostatik. Kita dapat memahami sifat pertama dengan mengamati lempeng konduktor yang berada dalam sebuah bidang eksternal. Meadan listrik di dalam konduktor haruslah nol. Elektron, yang termasuk ke dalam generasi keluarga partikel lepton pertama, berpartisipasi dalam interaksi gravitasi, interaksi elektromagnetik dan interaksi lemah. Sama seperti semua materi, elektron memiliki sifat bak partikel maupun bak gelombang (dualitas gelombang-partikel), sehingga ia dapat bertumbukan dengan partikel lain dan berdifraksi seperti cahaya. Oleh karena elektron termasuk fermion, dua elektron berbeda tidak dapat menduduki keadaan kuantum yang sama sesuai dengan asas pengecualian Pauli. Menurut teorinya, kebanyakan elektron dalam alam semesta diciptakan pada peristiwa Big Bang (ledakan besar), namun ia juga dapat diciptakan melalui peluruhan beta isotop radioaktif maupun dalam tumbukan berenergi tinggi, misalnya pada saat sinar kosmis memasuki atmosfer. Elektron dapat dihancurkan melalui pemusnahan dengan positron, maupun dapat diserap semasa nukleosintesis bintang. Peralatan-peralatan laboratorium modern dapat digunakan untuk memuat ataupun memantau elektron individual. Terbentuknya pita energi dapat pula kita lihat sebagai terjadinya perluasan kotak potensial sebagai akibat kotak-kotak yang tumpang-tindih. Ruang di sekitar suatu ion dapat kita pandang sebagai kotak potensial. Dalam kotak inilah electron terjebak. Jika ion-ion tersusun secara rapat, maka kotakkotak potensial ini saling tumpang-tindih sehingga membentuk kotak potensial yang lebih besar. Dengan membesarnya kotak potensial maka tingkat-tingkat energi menjadi rapat Rapatnya tingkat energi memudahkan elektron berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi dengan hanya sedikit tambahan energi, misalnya dari medan listrik. Oleh karena itu metal memiliki konduktivitas listrik yang tinggi. Elektron memiliki banyak kegunaan dalam teknologi modern, misalnya dalam mikroskop elektron, terapi radiasi, dan pemercepat partikel. Dalam padatan dengan struktur kristal, terjadi secara periodik
sumur-sumur
potensial
di
sekitar
ion, seperti
digambarkan
secara
dua
dimensi
memperhatikan bagaimana bentuk dinding potensial di permukaan. Haruskah kita kembali ke persamaan Schrodinger untuk mencari fungsi gelombang elektron dalam sumur potensial yang periodic. Kita mengetahui bahwa fungsi gelombang tergantung dari bentuk sum ur potensial yang dalam hal padatan ditentukan pula oleh jarak antar atom. Namun kita tidak melakukan perhitungan menggunakan persamaan Schrodinger. Melihat sumur potensial yang periodik ini kita cukup melakukan penilaian secara kualitatif tentang elektron-elektron dalam padatan ini.
Kita juga menggunakan Hukum Gauss untuk menguji sifat ketiga. Pertama Perhatikan bahwa jika vector medan F memiliki komponen yang sejajar dngan permukaan konduktor, electron – electron bebas akan mengalami gaya listrik dan bergerak di sepanjang permukaan. Dalam kasus seperti ini konduktor tidaka akan berada dalam keadaan seimbang. Maka vector medannya harus lah tegak lurus permukaanya. Untuk menentukan besar medan listriknya kiat menggambarkan permukssn gauss dalam bentuk tabung kecil yang sisi-sisi ujungnya sejajar. [1] Jika kita memakaikan perbedaan potensial yang sama di antara ujung – ujung tongkat tembaga dan tongkat kayu yang mempunyai geometri yang serupa, maka yang dihasilkan arus yang sangat berbeda. Karakteristi (sifat) penghantar yang menyebabkan hal ini adalah hambatan (resistance)nya. Kita mendefenisikan hambatan dari sebuah penghantar (yang sering dinamakan tahanan =resistor;simbol
) di antara dua titik dengan memakaikan sebuah perbedaan potensial V di antara
titik-titik tersebut dan dengan mengukur arus i dan kemudian melakukan pembagian : R=V/i
(2.1)
Jika V dinyatakan di dalam volts dan i dinyatakan di dalam ampere,maka hambatan akan
dinyatakan di dalam ohms (disingkat Ώ). Aliran muatan melalui sebuah penghantar sering kali dibandingkan dengan aliran air melalui sebuah pipa, yang terjadi karena adanya perbedaan tekanan diantara ujung-ujung pipa tersebut,yang barangkali dihasilkan oleh sebuah pompa.perbedaan tekanan ini dapat dibandingkan dengan perbedaan potensial yang dihasilkan oleh sebuah baterai di antara ujung-ujung dari sebuah tahanan (resistor). Aliran
air (katakanlah
dinyatakan
di
dalam
liter/detik)
dibandingkan
dengan
arus
(coulomb/detik atau ampere). Banyaknya air yang mengalir per sayuan waktu ( rate of flow of water ) untuk suatu perbedaan tekanan yang diberikan ditentukan oleh sifat pipa. Apakah pipa tersebut panjang atau pendek.Apakah pipa tersebut sempit atau lebar. Apakah pipa tersebut kosong atau terisi,barangkali terisi dengan kerikil. Sifat-sifat (karakteristik) pipa ini adalah analog dengan hambatan sebuah penghantar. Karbon,tidaklah betul-betul merupakan sebuah logam, dim asukkan di sini untuk perbandingan. Kuantitas ini yang di defenisikan dari :
α= (2.2) Adalah perubahan resistivitas pecahan (dр/р)per satuan perubahan temperatur. Kuantitas tersebut berubah dengan temperatur, dan nilai- nilai di dalam tabel ini menunjukkan nilai pada 20◦C. Untuk tembaga (α = 3,9 x 10 -3/◦C) maka resistivitas bertambah besar se banyak 0,39 persen untuk pertambahan temperatur sebesar 1◦C didekat 20◦C. Perhatikan bahwa α untuk karbon adalah negatif, yang berarti bahwa resistivitas berkurang dengan kenaikan temperatur. Standard hambatan rimer yang disimpan di Biro Standard Nasional ( Nasional Bureau of Standard ) adalah kumparan-kumparan kawat (spools of wire) yang hambatannya telah diukur dengan teliti. Karena hambatan berubah dengan temperatur, maka standard-standard ini bila digunakan ditempat di dalam sebuah kamar minyak pada suatu temperatur yang diatur (dikontrol). Standard –standard tersebut dibuat dari logam campuran khusus yang dinamakan manganin, untuk mana perubahan hambatan dengan temperatur adalah sangat kecil. Standard-standard tersebut dikuatkan dengan hati-hati untuk mengeliminasi regangan , yang juga mempengaruhi hambatan tersebut. Tahanan-tahanan standard primer ini terutama digunakan untuk mengkalibrasi standardstandard sekunder untuk keperluan laboratorium-laboratoriun lain. Secara operasional, maka standard-standard hambatan primer tidak diukur dengan menggunakan persamaan 31-6 tetapi diukur secara tak langsung yang melibatkan medan magnet. Ternyata, persamaan 31-6 digunakan untuk mengukur V dengan menimbulkan (mengalirkan) sebuah arus i yang diketahui dengan tepat (dengan menggunakan sebuah neraca arus; lihat bagian 34-4) di dalam sebuah
hambatan R yang diketahui dengan tepat. Prosedur operasi ini untuk perbedaan potensial adalah yang biasanya digunakan sebagai pengganti defenisi konseptualyand diperkenalkan di dalam bagian 29-1 di dalam mana orang mengukur kerja per satuanb muatan yang diperlukan untuk menggerakkan sebuah muatan uji di antara dua titik. Sesuatu yang dihubungkan dengan hambatan adalah resistivitas ( resistivity ) р, yang merupakan karakteristik (sifat) dari suatu bahan dan bukan merupakan karakterisrik (sifat) dari bahan contoh khas (particular specimen) dari suatu bahan resistivitas tersebut untuk bahan-bahan isotropik, di defenisikan dari: (2.3) Resistivitas tembaga adalah 1,7 x 10-8 resistivitas kuarsa lebur ( fused quartz ) adalah kira-kira
1016Ώ m. Sejumlah kecil sifat -sifat fisis dapat diukur pada jangkuan nilai-nilai seperti itu, tabel 31-1 memberikan daftar sifat-sifat listrik untuk loam-logam yang lazim dikenal.
Seringkali kita lebih suka berbicara mengenai konduktivitas (conduktivity)(σ)dari suatu bahan dari pada berbicara mengenai resistivitasnya. Konduktivitas adalah kebalikan dari resistivitas yang dihubungkan oleh :
σ=1/ρ Satuan-satuan SI dari σ adalah (Ώ . m) -1
(2.4)
Tinjaulah sebuah penghantar silinder, yang luas penampangnya A dan panjangnya l, yang mengangkut sebuah harus i yang tetap. Marilah kita pakaikan sebuah perbedaan potebsial V di antara ujung-ujung penghantar tersebut. Jika penampang-penampang silinder pada setiap ujung adalah merupakn permukaan-permukaan ekipotensial, maka medan listrik dan rapat arus harus konstan untuk semua titik di dalam silinder dan akan mempunyai nilai-nilai E =
dan j=
(2.5)
Maka kita dapat menuliskanresistivitas р tersebut sebagai Р= =
(2.6)
Tetapi V/i adalah hambatan R yang dapat dinyatakan sebagai
R=ρ
(2.7)
V, i dan R adalah kuantitas-kuantitas makroskopik yang untuk sebuah benda khas atau daerah yang diperluas. Kuantitas-kuantitas mikroskopik yang bersangkutan adalah E ,j dan р, kuantitaskuantitas mikroskopik ini mempunyai nilai di tiap-tiap titik di dalam sebuah benda, kuantitas-kuantitas makroskopikj tersebut dihubungkan terhadap satu sama lain oleh persamaan 31-6 (V = iR) dan kuantitas-kuantitas mikroskopik dihubungkan terhadap satu sama lain oleh persamaan 31-8a yang dapat dituliskan didalam bentuk vektor sebagai E = jр. Kuantitas-kuantitas makroskopik tersebut dapat dicari dengan mengintegralkan terhadap kuantitas-kuantitas
mikroskopik
dengan
menggunakan
hubungan-hubungan
yang
sudah
diberikan,yakni:
i=∫idS
(2.8)
Vab=-∫bE.dI.
(2.9)
dan Integral didalam persamaan 31-4 adalah sebuah integral permukaan, yang dilakukan pada setiap penampang penghantar. Integral di dalam persamaan 29 adalah sebuah integral garis yang dilakukan sepanjang sebuah garis sebarang yang ditarik sepanjang penghantar tersebut dan yang menghubungkan setiap dua permukaan ekipotensial yang diidentifikasi oleh a dan b. Untuk sebuah kawat panjang yang di hubungkan ke sebuah permukaan ekipotensial baterai a dapat dipilih sebagai sebuah penampang kawat di dekat terminal baterai yang positif dan b dapat di pilih sebagai sebuah
penampang kawat di dekat terminal negatif.Kita dapat menyatakan hambatan sebuah penghantar diantara a dan b di dalam suku-suku mikroskopik dengan membagi kedua-dua persamaan ini R=Vab/i
(2.10)
Jika penghantar tersebut adalah sebuah silinder panjang yang penampangnya A dan panjangnya l,dan jika titik a dan titik b adalah merupakan ujung-ujungnya,maka persamaan yang terdahulu untuk R(lihat persamaan 31-8a) akan direduksi menjadi: R= =
(2.11)
Kuantitas-kuantitas makroskopik V, i,dan R terutama adalah sangat penting bila kita membuat pengukuran-pengukuran listrik pada benda-benda penghantar yang riel (nyata). Kuantitas-kuantitas makroskopik tersebutlah yang kita baca pada alat-alat pengukur.kuantitas-kuantitas mikroskopik,E, j
dan р terutama adalah sangat penting bila kita membahas sifat fundamental bahan (dan bukan sifat bahan contoh), seperti yang biasanya k ita bahas di dalam bidang penelitian fisika zat padat( solid state physics). Jadi bagian 31-4 dengan sesuai akan membahas tinjauan atom mengenai resistivitas sebuah logam dan bukan membahas hambatan sebuah bahan contoh logam. Kuantitas-kuantitas mikroskopik tersebut adalah penting bila kita berminat mempelajari sifat bagian dalam dari benda-benda penghantar yang bentuknya tak teratur. [2] Logam merupakan suatu kristal benda padat yang berisi pita terisi sebagian. Elektron-elektron dalam pita ini dapat bergerak bebas karena pita tidak terisi. Kalau medan listrik diterapkan, elektron mendapatkan tambahan energi dari medan dan bergerak kedalam keadaan energi lebih tinggi yang kosong berda dalam berdekatan dengan tingkat-tingkat terisi dalam pita yang terisi sebagian. Sehingga hantaran elektron mudah terjadi dalam logam. Karena itu merupakan penghantaran yang baik. Pita yang tersi sebagian dan benda padat yang berperan untuk menghantarkan elektron dinamakan hantaran-hantaran dari benda padat. Elektron-elektron dalam pita ini dinamakan elektron-elektron bebas. Semikonduktor intrinsic merupakan semikonduktor yang tidak ditambalkan atom-atom lain.Germanium dan siliokon adalah semikonduktor murni yang terpenting yang digunakan dalam alatalat semikonduktor murni yang terpenting yang digunakan dalam alat-alat semikonduktor.Struktur Kristal dari bahan ini mengulang-ulang yang teratur dalam tiga dimensi dari bahan ini mengulang-ulang yang teratur dalam tiga dimensi dari sel-sel berupa tetrahedron (limas segitiga yang semua sisinya sama panjang)dengan sebuah atom di setiap titik sudutnya. Benda padat dimana atom-atom tersusun dalam pola geometri yang teratur dan berulang, dikenal sebagai kristal. Kedudukan atom dalam kristal dinyatakan oleh deretan titik-titik dalam ruang. Deretan titik-titik dalam ruang ini dinamakan jaringan kristal. Jarak antara atom-atom dalam kristal tetap dan dinamakan konstanta jaringan dan kristal.Lebar pita tergantung pada tngkat energi bersangkutan dalam atom terisolasi dan jarak antara atom-atom dalam kristal padat. Tingkat energi bawah sedikit dipengaruhi oleh interaksi antara atom-atom bersebelahan dan karena itu menjadi pita yang sangat sempit. Sebaliknya, tingkat energi yang lebih tinggi sangat dipengaruhi oleh interaksi antar a atom-atom bersebelahan dan berlubang menjadi pita yang lebar.Setiap atom germanium dalam Kristal menyumbangkan empat electron,jadi atom tersebut ialah tetravalent (valensinya empat). Lebar pita tergantung pada tngkat energi bersangkutan dalam atom terisolasi dan jarak antara atom-atom dalam kristal padat. Tingkat energi bawah sedikit dipengaruhi oleh interaksi antara atomatom bersebelahan dan karena itu menjadi pita yang sangat sempit. Sebaliknya, tingkat energi yang lebih tinggi sangat dipengaruhi oleh interaksi antara atom-atom bersebelahan dan berlubang menjadi pita yang lebar. Jarak antara atom-atom dalam kristal padat berbeda-beda dari benda padat satu ke benda padat lain tetap besarnya untuk benda tertentu. Sehingga lebar dari pita tergantung pada jenis kristla padat dan lebih besar untuk benda padat yang jarak antar atomnya lebih kecil. Sekali lagi, jumlah
tingkat energi dalam pita sama denga jum lah atom dalam kristal padat tetapi lebar pita tidak tergantung pada jumlah atom. Sehnigg kalau jumlah ato membesar, jarak untuk tingkat dalam energi menurun. Dalam praktek, jarak antara tinggi dapat pita sedem ikian kecilnya sehingga pita dapat dianggap kontinyu. Elektron merupakan salah satu partikel dasar yang membentuk atom. Muatan elektron negatif , dan mempunyai harga yang paling kecil. Semua muatan yang ada merupkan kelipatan dari muatan elektron. Massa elektron tergantung pada kecepatannya. Kalau kecepatan elektron jauh lebih keecil daripada kecepatan cahaya massa elektron dinamakan massa diam (rest mass).Satuan elektron yang paling luas digunakan adalah volt elektron, disingkat eV. Volt elektron ini didefenisikan sebagai energi kinetis yang diperlukan oleh satu elektron yang mula-mula diam untuk melewati beda potensial satu volt. Dalam kristal yang terdiri dari atom ringan dan mempunyai gaya ikatan kuat, panjang gelombang diri dari atom yang ringan mempunyai gaya ikatan kuat, panjang gelomabang resonansi berada didalam daerah inframerah, sedangkan yang terdiri atom yang berat dengan gaya ikatan lemah, menunjukkan absorbsi resonansi pada panjang gelombang yang lebih panjang. Kedua absorbsi lain terjadi kalau elektron dari atom dan ion dieksitasi oleh cahaya yang diabsorbsi. Dalam bahan yang memiliki elektron bebas, absorbsi demikian terjadi dalam daerah cahaya tampak, dan logam tentu tidak bebas, absorbsi demikian terjadi dalam daerah cahaya tampak, dan logam tentu tidak tembus cahaya. Kalau medan listrik bekerja diluar suatu isolator, terjadi perpindahan dan deformasi dalam distribusi elektron dalam ion, dan posisi tempat ion dapat berubah sedikit bagi beberapa jenis bahan. Kalau momen dipol terbentuk dan meningkat menurut medan listrik, gejala ini disebut polarisasi. Dalam kristal yang tidak mempunyai titik pusat simetri, tempat kation dikelilingi oleh anion yang pada umumnya bergeser dari titik pusatnya dan kristal ada dalam keadaan terpolisasi tanpa adanya medan listrik luar. Gejala ini disebut gejalal polarisasi spontan. Isolator yang dipolarisasikan oleh medan listrik luar disebut dielektrik. Kurva khas antara medan listrik terpolirisasi ditunjukkan dalam bahan para elektrik, polarisasi berbanding lurus dengan medan listrik dalam suatu daerah tertentu. Dalam bahan paraelektrik, ada daerah(domain) polarisasi spontan yang dapat dibalik. Arahnya dapat di arahk an sejajar dengan medan listrik diatas medan coercive (pengkutupan). Dengan pengkutuban ini polarisasi sisa (Pr) tertinggal apabila medan listrik dihilangkan, kurva m enunjukkan lup histerisis yang jelas. [3] Berbagai logam menampakkan gejala, bahwa pada suhu-suhu yang sangat rendah daya hantar listriknya bertambha. Bahkan pada suhu-suhu yang mendekati nol derajat Kelvin (0 0K), resistansi bahan itu mendekati nol. Gejala ini dinamakan superkonduktivitas. Sebagaimana diketahui, suhu 00K adalah suhu yang dinamakan nol absolute ( absolute zero).Sifat superkonduktivitas pertama kali ditemukan oleh ahli fisika BELANDA Kamerlingh Onnes pada tahun 1991. Kamerling Onnes menemukan bahwa resisansi sebuah kawat merkuri mendadak menghilang, bila mencapai kedinginan 40K. Suatu sifat lain yang ada pada suatu bahan yang mencapai tarap superkonduktivitas adalah bahwa material itu sukar ditembus olehmedan magnet dari luar. Dengan perkataan lain, mempunyai resistansi megnetik yang tinggi. Sifat ini dinamakan diamagnetic. Pada suhu yang lebih tinggi, misalnya pada suhu ruang (300 oK), sebagian elektron dipita valensi memiliki energy yang cukup untuk berransisi ke pita konduksi. Hasilnya, terdapat elektron pada pita konduksi dan tercipta lubang pada pita valensi. Pada 0 oK elektron terdistribusi dalam pita valensi sampai tingkat tertinggi yang disebut tingkat Fermi, EF (akan kita bahas di bab berikutnya). Pada temperature kamar elektron di sekitar tingkat energi Fermi mendapat tambahan energi dan mampu naik ke orbital di atasnya yang masih kosong. Elektron yang naik ini relative bebas sehingga medan listrik dari luar akan menyebabkan elektron bergerak dan terjadilah arus listrik. Oleh karena itu material dengan struktur pita energi seperti ini, di mana pita energi yang tertinggi tidak terisi penuh, merupakan konduktor yang baik (juga disebut metal) . Pita valensi 3s pada padatan Na yang setengah terisi disebut juga pita konduksi . Terciptanya lubang ini oleh karena terbentuk kekosongan (muatan) sebagai akibat transisi elektron antar pita, dari valensi ke konduksi.
Baik elektron pada pita konduksi maupun lubang pada pita valensi dapat bergerak bila pada semikonduktor tersebut diberikan medan listrik. Dengan kata lain, dalam keadaan intrinsic ini (tanpa pengotor) aliran listrik dalam semikonduktor dihantarkan oleh elektron dan lubang.Sehingga elektronelektron bergerak pada hole pada sebuah semikonduktor instrinsik. Pemikiran untuk membuat desain kabel superkonduktif memperkirakan penggunaaan pakem atau helium sebagai isolasi. Hal ini berdasarkan pada alas an-alasan:
Pakem maupun helium mempunyai fungsi lain, selain sebagai isolasi. Karena adanya fungsi ganda maka disain dapat dibuat dengan ukuran kecil.
Dapat dihindarkan adanya kerugian kerugian dielektrik. Walaupun sebuah kabel yang diinginkan jauh lebih rumit dariada sebuah kabel konvensional, secara keseluruhan dapat dikatakan bahwa untuk kabel – kabel penting hal tersebut masih juga menguntungkan. Pertama adanya peningkatan yang cukup besar dari arus listrik, atau daya ang dapat dioperasikan per kabel. Kemudian
dapat
pula
disebuta
danya
pengurangan keperluan ruang
bagi
instalasi
seluruhnya. Dan daya terakhir dapat disebut adanya kemungkinan biaya operasi.Struktur pita sebuah konduktor , misalnya tembaga memiliki sifat yang pokok yaitu bahwa pita yang paling energetic yang mengandung sembarang banyaknya elektron hanyalah terisi sebagian. Ada keadaan-keadaan kosong diatas tingkat energy. Karena belitan stator dilalui arus bolak balik, maka superknduktor tidaak dapat dipakai untuk bagiana mesin. Lain halnya dengan rotor, yang mengalirkan arus searah. Logam merupakan suatu kristal benda padat yang berisi pita terisi sebagian. Elektron-elektron dalam pita ini dapat bergerak bebas karena pita tidak terisi. Kalau medan listrik diterapkan, elektron mendapatkan tambahan energi dari medan dan bergerak kedalam keadaan energi lebih tinggi yang kosong berda dalam berdekatan dengan tingkat-tingkat terisi dalam pita yang terisi sebagian. Sehingga hantaran elektron mudah terjadi dalam logam. Karena itu merupakan penghantaran yang baik. Pita yang tersi sebagian dan benda padat yang berperan untuk menghantarkan elektron dinamakan hantaran-hantaran dari benda padat. Elektron-elektron dalam pita ini dinamakan elektron-elektron bebas. Semikonduktor intrinsic merupakan semikonduktor yang tidak ditambalkan atom-atom lain.Germanium dan siliokon adalah semikonduktor murni yang terpenting yang digunakan dalam alatalat semikonduktor murni yang terpenting yang digunakan dalam alat-alat semikonduktor.Struktur Kristal dari bahan ini mengulang-ulang yang teratur dalam tiga dimensi dari bahan ini mengulang-ulang yang teratur dalam tiga dimensi dari sel-sel berupa tetrahedron (limas segitiga yang semua sisinya sama panjang)dengan sebuah atom di setiap titik sudutnya. Benda padat dimana atom-atom tersusun dalam pola geometri yang teratur dan berulang, dikenal sebagai kristal. Kedudukan atom dalam kristal dinyatakan oleh deretan titik-titik dalam ruang. Deretan titik-titik dalam ruang ini dinamakan jaringan kristal. Jarak antara atom-atom dalam kristal tetap dan dinamakan konstanta jaringan dan kristal.Lebar pita tergantung pada tngkat energi bersangkutan dalam atom terisolasi dan jarak antara atom-atom dalam kristal padat. Tingkat energi bawah sedikit dipengaruhi oleh interaksi antara atom-atom bersebelahan dan karena itu menjadi pita yang sangat sempit. Sebaliknya, tingkat energi yang lebih tinggi sangat dipengaruhi oleh interaksi antara atom -atom bersebelahan dan berlubang menjadi pita yang lebar.Setiap atom germanium dalam Kristal menyumbangkan empat electron,jadi atom tersebut ialah tetravalent (valensinya empat). Lebar pita tergantung pada tngkat energi bersangkutan dalam atom terisolasi dan jarak antara atom-atom dalam kristal padat. Tingkat energi bawah sedikit dipengaruhi oleh interaksi antara atomatom bersebelahan dan karena itu menjadi pita yang sangat sempit. Sebaliknya, tingkat energi yang lebih tinggi sangat dipengaruhi oleh interaksi antara atom-atom bersebelahan dan berlubang menjadi pita yang lebar. Jarak antara atom-atom dalam kristal padat berbeda-beda dari benda padat satu ke
benda padat lain tetap besarnya untuk benda tertentu. Sehingga lebar dari pita tergantung pada jenis kristla padat dan lebih besar untuk benda padat yang jarak antar atomnya lebih kecil. Sekali lagi, jumlah tingkat energi dalam pita sama denga jumlah atom dalam kristal padat tetapi lebar pita tidak tergantung pada jumlah atom. Sehnigg kalau jumlah ato membesar, jarak untuk tingkat dalam energi menurun. Diantara pengguanan lain daripada superkonduktivitas dapat disebut pembuatan magnetmagnet yang sangat kuat.Mesin MHD (magneto hidrodinamika) memerlukan sebuah magnet yang kuat [4] Resistivitas suatu logam akan naik seinring dengan naiknya suhu.Untuk perkiraan pertama resistivitas itu linear(kecuali di dekat nol mutlak). Kita tidak memiliki dasar untuk menyimpulkan bahwa n berkurang secara signifikan dengan naiknya suhu pada suatu logam.Alih-alih kita harus memeriksa
mobilitasnya,μ intensitas dari agitasi termal akan naik seiring dengan naiknya suhu (terkecuali pada suhu-suhu yang sangat rendah). Agitasi yang naik ini akan mengurangi jarak-jarak bebas rata-rata dari electron dengan cara menurunkan keberaturan dan oleh karenanya menurunkan kaberaturan Kristal dan oleh karenanya menurunkan mobilitas electron pada suatu logam . Pengaruh perubahan resistivitas ini sangat berpengaruh bagi insinyur yang mendesain peralatan listrik.Dalam beberapa kasus kompensasi harus di beri kan pada suatu rangkaian untuk menghindari kepekaan suhu ini menjadi “rem” yang bermanfaat,akan menjelaskan suhu ini pada suatu aplikasi yang sudah kita kenal (pemanggang
roti).Kita dapat menentukan hubungan ρ versus T dengan koefisien resistivitas suhu yT sebagai berikut:
ρT = ρ (0℃) ( 1 + yT ∆T) (2.12) Dimana ρc adalah resistivitas pada 0 ℃,dan T adalah (T- 0 ℃ ).Nilai koefisien ini kira-kira 0,004/℃ untuk logam murni.Ini menunjukan bahwa jarak bebas rata-rata electron ini berkurang sebesar dua kali lipat di antara 0 ℃ dan 250℃. Resistivitas dalam Larutan Padat Satu faktor lain yang dapat mengurangi jarak bebas rata -rata dari electron dalam suatu logam ialah kehadiran atom-atom terlarut. Paduan larutan padat selalu memiliki logam-logam komponen murninya. Alasan dari kesimpulan umum ini ialah bahwa electron akan menjumpai suatu ketidakberaturan dalam potensial setempat dari kisi Kristal ketika electron ini mendekati suatu atom pengotor.Pertamatama,kisi sedikit terdistorsi dalam suatu paduan seperti kuningan,karena jari-jari atomnya berbeda beberapa persen;di samping itu, sebuah atom seng memiliki 30 proton, sedangkan tembaga hanya 29 proton. Perbedaan ini juga mengubah medan setempatnya. meskipun kelihatannya kecil, perbedaan inijuga mengubah medan setempatnya membelokkan lebih banyak elektron lagi dan mengurangi jarak bebas rata-ratanya.karena kuningan ( 70 Cu – 30 Zn) memiliki resisvitas tiga atau empat kali resistivitas tembaga murni kita dapat mengasumsikan bahwa jarak bebas rata-rata untuk elektr on dalam kuningan hanya 25 hinggga 30 persen dari jarak bebas rata-rata dalam tembaga murni. Bila konduktivitas yang tinggi merupakan persyaratan utama dalam suatu desain. Secara empiris kita dapat menyatan peningkatan resistivitas (penurunan konduktivitas) yang terjadi melalui larutan padat ini sebagai
ρ (x= Yx ) x(1-x)
( 2.13)
Dimana x adalah fraksi atom terlarut dan (1-x) adalah fraksi atom dari pelarut padatnya.Koefisien resistivas larutan y_x,sudah tertentu untuk setiap paduan biner.Kerja dingin dapat menaikkan resistivitas logam kanaikan ini sebagian disebabkan oleh dislokasi-dislokasi ini membelokan electron-elektron dari pergerakan mirip gelombang mereka,memperpendek jarak bebas rataratanya,dan menurunkan mobilitas electron tersebut.Panganilan menghilangkan kerusakan regangan di dalam Kristal-kristal dan memulihkan konduktivitas semula.Dimana subskrip menunjukkan suhu (T),kandungan atom terlarut (x) dan regangan (e).
Pemikiran untuk membuat desain kabel superkonduktif memperkirakan penggunaan pakem atau Helium sebagai isolasi. Untuk meringankan biaya, system kabel superkonduktor didesain sedemikian rupa, sehingga system pendinginan tidak bekerja bila tidak ada arus yang mengalir, ataupu bilamana yang mengalir merupakan arus gangguan.Karenanya superkonduktor dilengkapkan dengan suatu lapisan logam biasa, yang mengalirkan arus gangguan itu.Lapisan ini sekalian merupakan dukungan mekanis untuk superkonduktor.Berbagai studi perbandingan menampakkan, bahwa biaya keseluruhan terendah diperoleh bila dipakai kepadatan arus yang setinggi mungkin.Karenanya Neobium merupakan material yang diperkirakan memenuhi syarat walaupun harganya lebih tinggi. Karena belitan stator dilalui arus bolak-balik, maka superkonduktor tidak dapat dipakai untuk bahagian mesin ini.Lain halnya dengan rotor yang mengalirkan arus searah.Berbagai studi kelayakan telah dilakukan untuk membuat desain sebuah rotor dengan superkonduktor. Beberapa hal menonjol dari desain rotor itu dapat disebut sebagai berikut : rotor baru ini tidaka akan mempunyai besi, kecuali pada kedua ujungnya, belitan diletakkan dalam sebuah silinder yang merupakan didinginkan dengan Hellium cair. Belitan dilindungi dari pengarus arus bolak-balik oleh sebuah silinder yang terbuat dari tembaga yang ikut berputar.Badan rotor terdiri atas suatu silinder dari bahan buatan dengan kedua ujungnya yang terbuat dari baja.Rotor ini kuat sekali terutama pada suhu-suhu rendah. Rotor dari besi tidak akan dapat dipakai, karena dapat menghantarkan terlampau banyak panas dari kedua ujungnya. fotokonduktivitas dibuat dengan tujuan menghasilkan perubahan resistansi atau tegangan ketika disinari dengan suatu cahaya. Fotokonduktivitas sendiri adalah fenomena optik dan listrik di dalam suatu material yang menjadi lebih konduktif ketika menyerap radiasi electromagnet seperti cahaya tampak, sinar ultraviolet, sinar inframerah atau radiasi gamma. Ketika cahaya diserap oleh sebuah material seperti semikonduktor, jumlah dari perubahan electron bebas dan hole meningkatkan konduktivitas listrik dari semikonduktor. Eksitasi cahaya yang menumbuk semikonduktor harus mempunyai cukup energi untuk meningkatkan jumlah electron yang menyeberangi daerah terlarang atau oleh eksitasi pengotoran dengan daerah bandga. [5]
BAB 3
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 PERALATAN
1.
Lampu Holinz Berfungsi sebagai sumber cahaya yang akan diserap energi elektromagnetiknya.
2.
PSA Adjust Berfungsi sebagai sumbert tegangan dc.
3.
Prisma Berfungsi mempolarisasikan cahaya sehingga diperoleh warna hijau dan merah.
4.
Slide Berfungsi untuk pemfokus cahaya.
5.
Polarisator berfungsi sebagai alat untuk mengatur sudut polarisasi.
6.
Sel Fotokonduktif Cds
Berfungsi sebagai media yang akan diuji konduktivitasnya. 7.
Statif Berfungsi tempat kedudukan semua peralatan.
8.
Senter
Berfungsi Sebagai penerang untuk melihat hasil pengukuran atau untuk membantu pada saat melihat multimeter digital. 9.
Kabel Penghubung Berfungsi untuk menghubungkan satu peralatan dengan peralatan yang lain.
10. Multimeter Digital(Ammeter dan Voltmeter) Berfungsi untuk :mengukur kuat arus dan tegangan. 3.2 BAHAN DAN KOMPONEN
3.3 PROSEDUR
3.3.1 Dengan Memvariasikan tegangan 1. Disediakan semua peralatan 2. Dihubungkan PSA dengan Multimeter Digital (Voltmeter) Secara parallel. 3. Dihubungkan sel fotokonduktivitas Cds , Multimeter Digital (Ammeter), dan PSA Adjust secara seri 4. Dihidupkan seluruh peralatan 5. Diatur posisi prisma sehingga menghasilkan spektrum merah 6. Diatur tegangan PSA adjust menjadi 0 volt 7. Diamati dan dicatat arus yang dihasilkan pada Multimeter Digital (ammeter) 8. Diulangi langkah 5 dan 6, dengan menaikkan tegangan PSA adjust dari 5 volt sampai 25 volt, dengan interval 5 volt 9. Diamati dan dicatat arus yang dihasilkan Mulltimeter Digital (ammeter) 10. Diulangi percobaan yang sama dengan mengatur posisi prisma dan spektrum hijau. 3.3.2. Dengan memvariasikan sudut polarisasi 1. Disediakan semua peralatan. 2. Dihubungkan PSA dengan Multimeter Digital (Voltmeter), secara paralel. 3. Dihubungkan sel Fotokonduktivitas Cds, Multimeter Digital (Ammeter), dan PSA Adjust secara seri. 4. Dihidupkan seluruh peralatan. 5. Diatur posisi prisma sehingga menghasilkan spektrum merah. 6. Diatur sudut polarisasi dengan posisi sudut 0 o 7. Diatur tegangan pada 5 volt 8. Diamati dan dicatat arus yang dihasilkan pada Multimeter Digital (ammeter) 9. Diulangi percobaan yang sama dengan menggantikan sudut polarisator dari 15 o- 60o dengan interval 15o. Kemudian dicatat arus yang dihasilkan Multimeter Digital 10.Diulangi percobaan yang sama, dengan menaikkan tegangan PSA adjust dari 5 volt sampai 25 volt, dengan interval 5 volt 11. Diamati dan dicatat arus yang dihasilkan Mulltimeter Digital (ammeter) 12. Diulangi percobaan yang sama dengan mengatur posisi prisma dan spektrum warna hijau.
4.2 ANALISA DATA
1.
Menghitung nilai R untuk warna merah dan hijau 1.1 Percobaan I V = 5 volt V = 10 volt V = 15 volt V = 20 volt
1.2 Percobaan II
V = 5 volt ; ϴ = 0o V = 5 volt ; ϴ = 15o V = 5 volt ; ϴ = 30o
V = 5 volt ; ϴ = 45o V = 10 volt ; ϴ = 0o V = 10 volt ; ϴ = 15o V = 10 volt ; ϴ = 30o V = 10 volt ; ϴ = 45o V = 15 volt ; ϴ = 0o V = 15 volt ; ϴ = 15o V = 15 volt ; ϴ = 30o V = 15 volt ; ϴ = 45o V = 20 volt ; ϴ = 0o V = 20 volt ; ϴ = 15o V = 20 volt ; ϴ = 30o
V = 20 volt ; ϴ = 45o
2.
Menghitung nilai σ untuk masing-masing warna V = 5 volt ; ϴ = 0o V = 5 volt ; ϴ = 15o V = 5 volt ; ϴ = 30o
V = 5 volt ; ϴ = 45o
V = 10 volt ; ϴ = 0o V = 10 volt ; ϴ = 15o V = 10 volt ; ϴ = 30o V = 10 volt ; ϴ = 45o V = 15 volt ; ϴ = 0o V = 15 volt ; ϴ = 15o V = 15 volt ; ϴ = 30o V = 15 volt ; ϴ = 45o V = 20 volt ; ϴ = 0o V = 20 volt ; ϴ = 15o V = 20 volt ; ϴ = 30o V = 20 volt ; ϴ = 45o
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN
1.
Dari percobaan yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan bahwa : Karakteristik Cds terhadap tegangan listrik yang bervariasi dapat menunjukkan apabila sel fotok onduktivitas Cds warna merah dan warna hijau menghasilkan arus listrik yang meningkat sebanding dengan meningkatnya tegangan yang diberikan, sedangkaan karakteristik Cds saat diberi beri perlakuan dimana tagangan dan sudutnya di variasikan, maka akan menunjukkan kenaikan arus listrik yang sebanding dengan peningkatan sudut dan tegangan.
2.
Dari percobaan yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan bahwa : Prinsip kerja dari fotokonduktivitas adalah dengan menggunakan prinsip foto listrik. Dimana energi foton diubah menjadi energi elektron di dalam fotokonduktivitas. Adapun prinsip kerja dari Cds adalah saat gelombang elektromagnetik mengenai permukaan Cds, maka elektron yang berada dalam susunan Cds
mengalami pergerakkan saat menyerap energi tersebut. Dan elektron bergerak dengan didukung oleh alat lainnya sehingga mampu menghantarkan listrik. 3.
Dari percobaan yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan bahwa : Pengaruh besar sudut terhadap kuat arus adalah semakin besar sudut yang diberikan, maka semakin besar pula arus yang dihasilkan dan semakin besar tegangan yang diberikan m aka semakin besar pula arus yang dihasilkan.
4.
Dari percobaan yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan bahwa : Hubungan intensitas cahaya dengan spektrum warna adalah semakin besar spektrum warna maka semakin tinggi intensitas cahayanya sebaliknya semakin kecil intensitas maka semakin kecil pula intensitasnya. 5.2 SARAN
1. Agar praktikan selanjutnya teliti dalam melihat hasil pengukuran kuat arus pada 2. Agar praktikan selanjutnya teliti dalam melihat cahaya yang dihasilkan melalui 3. Agar praktikan selanjutnya teliti dalam melihat hasil pengukuran tegangan pada
DAFTAR PUSTAKA
[1] Chattopadhyay, D. 2005. Dasar Elektronika. Edisi kedua. Jakarta: UI. Hal. 84-86 [2] Hayt, William. 2001. Elektromagnetika. Edisi ketujuh. Jakarta: Erlangga. Hal: 115-119 [3]Kadir, Abdul.1990.Energi. Edisi Keenam. Jakarta: Penerbit Salemba Teknika. Hal. 422-425 [4]Smith Ralph.1989.Rangkaian Piranti dan Sistem.Jakarta:Erlangga. Hal. 45-50 [5] WWW.scrib.com/doc/56312795/konduktivitas Diakses tanggal 21 November 2013
ammeter. prisma. voltmeter.
