Laporan Praktikum Fisika dasar 2 Nama/NPM
: Richa Syahwalia(120622 Syahwalia(1206222881) 2881)
Fakultas/Jurusan
: Teknik/Teknik Teknik/Teknik Metalurgi dan Material
No Percobaan
: LR03
Nama Percobaan Percobaan
: Karakteristik VI VI Semikonduktor Semikonduktor
Tanggal Percobaan : 18 September 2013 Kawan Kerja
: 1) Al Maliq Masahiqo Otsuka 2) Fauziah Khairunisa 3) Oki Yoga Prasetyio 4) Primawati Rahmaniyah 5) Shafira Rahma Humairah 6) Syarah Azmi Kariza 7) Winda Rizky Amelia
Laboratorium Fisika Dasar UPP IPD Universitas Indonesia
LR03 - Karakteristik V I Semikonduktor 1.Tujuan Mempelajari hubungan antara beda potensial (V) dan arus listrik (I) pada suatu semikonduktor
2.Alat 1. Bahan semikonduktor 2. Amperemeter 3. Voltmeter 4. Variable power supply 5. Camcorder 6. Unit PC 7. DAQ dan perangkat pengendali otomatis
3.Teori Semikonduktor adalah material padat ataupun cair yang dapat menghantarkan arus listrik pada suhu ruangan yang lebih baik dibandingkan insulator namun kurang jika dibandingkan dengan material logam. Logam seperti emas, tembaga, dan perak adalah contoh konduktor yang baik, sedangkan intan dan kaca adalah konduktor yang kurang baik (contoh insulator yang baik). Pada suhu yang rendah semikonduktor murni bekerja seperti insulator yang baik. Tapi ketika berada dalam suhu tinggi dan terkena cahaya, serta tidak murni semikonduktor, maka material semikonduktor tersebut mengalami kenaikan konduktivitas yang pesat yang dapat mendekati konduktivitas material logam. Semikonduktor pada umumnya melingkupi elemen dan senyawa kimia seperti, silicon, germanium, arsenic, zinc selenide, dan lain-lain. Mate rial semikonduktor, seperti juga material-material lainnya terdiri atas atom-atom yang berukuran sangat kecil. Atom-atom ini terdiri atas nukleus (inti) yang dikelilingi oleh sejumlah elektron. Nukleus sendiri terdiri atas neutron dan proton. Proton bermuatan positif, ele ktron bermuatan negatif, sedangkan neutron netral. Elektronelektron yang mengelilingi nukleus ini tersebar pada beberapa lapisan kulit dengan jarak tertentu dari nukleus, dimana energinya semakin meningkat seiring dengan meningkatnya jarak dari setiap lapisan kulit terhadap nukleus. Elektron pada lapisan terluar disebut elektron valensi. Aktifitas kimiawi dari sebuah unsur terutama ditentukan oleh jumlah elektron valensi ini. Unsur-unsur pada tabel periodik telah disusun sedemikian rupa berdasarkan jumlah elektron valensinya. Silikon (Si) dan Germanium (Ge) berada pada Grup IV karena memiliki empat elektron valensi pada kulit terluarnya, sehingga disebut juga semikonduktor dasar (elemental semiconductor ). Sedangkan Gallium Arsenik(GaAs) masingmasing berada pada Grup III dan V, sehingga dinamakan semikonduktor gabungan (compound semiconductor ). Sebuah bahan material bila dilewati oleh arus listrik akan menimbulkan disipasi panas. Besarnya disipasi panas adalah I2R. Panas yang dihasilkan oleh material ini akan mengakibatkan perubahan hambatan material tersebut. Jika pada material semi konduktor ,
pertambahan kalor / panas akan mengurangi nilai hambatan material tersebut. Peristiwa dispasi panas dan perubahan resistansi bahan semi konduktor ini saling berkaitan.
4. Prosedur Percobaan
Untuk dapat melakukan percobaan LR03 ini, praktikan terlebih dahulu mengakses rLab pada http://sitrampil7.ui.ac.id/lr03. Setelah masuk ke halaman tersebut, melakukan langkah-langkah sebagai berikut: 1. Memperhatikan halaman web percobaan Karakteristik V I Semikonduktor 2. Memberikan beda potensial dengan memberikan tegangan V I
Mengaktifkan power supply atau baterai dengan mengklik radio button di Sebelahnya 3.
4.
Mengukur beda potensial dan arus yang terukur pada hambatan
5.
Mengulangi langkah 3 hingga 5 untuk beda potensial V2 sampai dengan V8
Catatan: Data yang diperoleh adalah 5 buah data terakhir jika rangkaian diberi beda potensial tertentu (misalkan V1) dengan interval 1 detik antara data kesatu dengan data berikutnya.
5.Tugas dan evaluasi 1. Memperhatikan data yang saudara peroleh, apakah terjadi perubahan tegangan dan arus untuk V1 , V2 , V3 , V4 dan V5? Bila terjadi perubahan Menjelaskan secar a singkat mengapa hal tersebut terjadi (menganalisa dan bila tidak terjadi menjelaskan pula mengapa demikian) 2. Mendapatkan nilai rata-rata beda potensial yang terukur dan arus yang terukur untuk V1 ,
V2 , V3 hingga V8. 3. Membuat grafik yang memperlihatkan hubungan V vs I untuk rata rata V dan I yang terukur (lihat tugas 2) 4. Bagaimanakah bentuk kurva hubungan V vs I , menjelaskan mengapa bentuknya seperti itu 5. Berdasarkan berbagai kurva grafik V vs I bolehkah kita menggunakan hukum Ohm dalam peristiwa ini ? 6. Memberikan kesimpulan terhadap percobaan ini
6.Data Pengamatan V(volt)
I(mA)
0.46
3.91
0.46
3.58
0.46
3.58
0.46
3.26
0.46
3.26
0.90
7.17
0.90
7.17
0.90
7.17
0.90
7.17
0.90
7.17
1.34
10.75
1.34
10.75
1.34
10.75
1.34
10.75
1.34
10.75
1.87
15.31
1.87
15.64
1.87
15.31
1.87
14.99
1.87
15.31
2.19
18.57
2.19
18.25
2.19
18.25
2.18
18.57
2.18
18.57
2.88
25.09
2.87
25.42
2.87
25.09
2.86
26.07
2.86
25.74
3.20
29.00
3.20
28.35
3.19
29.00
3.19
29.00
3.18
29.65
3.64
33.89
3.63
33.89
3.62
34.54
3.62
34.86
3.61
35.52
7.Pengelolahan Data dan Evaluasi 1.analisa terhadap studi kasus apakah terjadi perubahan atau tidak pada tegangan dan arus listik pada V1,V2,V3,V4,V5
Dalam percobaan ini , pada data yang diperoleh(data yang menunjukan hubungan antara V dan I) terjadi perubahan antara t egangan dan arus pada V1,V2,V3,V4 dan V5 walaupun perubahan tersebut tidak besar, hal ini disebabkan karena bahan semikonduktor jika dialirkan oleh arus listrik akan menghasilkan dispasi panas dan besarnya dispasi panas yang dihasilkan akan mengakibatkan perubahan pada hambatan material tersebut (hubungan antara dispasi panas dengan hambatan memiliki hubungan saling berkebalikan , semakin besar dispansi panas maka semakin kecil hambatan dan sebaliknya). nilai hambatan yang dihasilkan tersebut adalah faktor penyebab terjadinya perubahan antara tegangan dan kuat arus listrik walaupun perubahan tersebut tidak signifikan. dari persoalan tersebut dapat disimpulkan bahwa dispansi panas yang dihasilkan tidak besar sehingga perubahan antara V dan I tidak besar. 2.Rata Rata Beda Potensial dan Rata Rata Arus yang terukur pada V1 sampai dengan V8 No 1 2 3 4 5 Jumlah rata rata
V1 0.46 0.46 0.46 0.46 0.46 2,3 0,46
I 3.91 3.58 3.58 3.26 3.26 17,59 3,518
No 1 2 3 4 5 Jumlah
V2 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 4,5
I 7.17 7.17 7.17 7.17 7.17 35,85
rata rata
0,9
7,17
No 1 2 3 4 5 Jumlah rata rata
V3 1.34 1.34 1.34 1.34 1.34 6,7 1,34
I 10.75 10.75 10.75 10.75 10.75 53,75 10,75
No 1 2 3 4 5 jumlah rata rata
V4 1.87 1.87 1.87 1.87 1.87 9,35 1,87
I 15.31 15.64 15.31 14.99 15.31 76,56 15,31
No 1 2 3 4 5 Jumlah rata rata
V5 2.19 2.19 2.19 2.18 2.18 10,93 2,18
I 18.57 18.25 18.25 18.57 18.57 92,21 18,44
No 1 2 3 4 5 Jumlah rata rata
V6 2.88 2.87 2.87 2.86 2.86 14,34 2,86
I 25.09 25.42 25.09 26.07 25.74 127,41 25,48
No 1 2
V7 3.20 3.20
I 29.00 28.35
3 4 5 Jumlah rata rata
3.19 3.19 3.18 15,96 3,19
29.00 29.00 29.65 145 29
No
V8
I
1
3.64
33.89
2
3.63
33.89
3
3.62
34.54
4
3.62
34.86
5
3.61
35.52
Jumlah
18,12
172,7
rata rata
3,62
34,52
3.Grafik hubungan antara V rata-rata dan I rata-rata pada setiap V1,V2,V3,V4,V5,V6,V7 V
V rata-rata
I rata-rata
V1
0,46
3,51
V2
0,9
7,17
V3
1,34
10,75
V4
1,87
15,31
V5
2,18
18,44
V6
2,86
25,48
V7
3,19
29
V8
3,62
34,52
hubungan antara V rata rata dengan I rata rata 40 35 30 25 hubungan antara V rata rata dengan I rata rata
20 15 10 5 0 0,46
0,9
1,34 1,87 2,18 2,86 3,19 3,62
Grafik hubungan antara V rata rata dengan I rata rata menunjukan hubungan linear . dapat disimpulkan dari grafik tersebut bahwa V dan I berbanding lurus , dimana jika V membesar maka I pun akan membesar dan jika V mengecil I pun akan mengecil pula .hal ini dapat ditulis dengan sebuah rumhus sederhana yang mengambarkan hubungan antara tegangan dan arus listrik V=I*x . persamaan garis lurus atau gradien pada grafik diatas dapat ditentukan dengan mengunakan leasts-square seperti berikut V V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8
X 0,46 0,9 1,34 1,87 2,18 2,86 3,19 3,62 16,42
Σ
Y 3,51 7,17 10,75 15,31 18,44 25,48 29 34,52 144,18
2
X 0,2116 0,81 1,7956 3,4969 4,7524 8,1796 10,1761 13,1044 42,5266
2
Y 12,3201 51,4089 115,5625 234,3961 340,0336 649,2304 841 1191,63 3435,582
XY 1,6146 6,453 14,405 28,6297 40,1992 72,8728 92,51 124,9624 381,6467
Persamaan gradien adalah y=mx+c
m=
m=
m=7,2
c=
c=
c=-1.91 jadi persamaan gradien pada grafik tersebut adalah Y=7,2x-1,91
=
)
= 0,27
= 0,27x = 0,09
TK=
x 100%
x 100%
TK=
TK=1,25% 5.Pengunaan hukum ohm Hukum ohm dapat digunakan pada percobaan ini , karena sudah dibahasa pada analisa pertama dispansi panas yang dihasilkan tidak begitu significant sehingga dapat disimpulkan bahwa tidak adanya perubahan suhu yang besar.sehingga persamaan hukum ohm dapat
dituliskan R= Dari tabel pengolahan data, dengan menggunakan hukum ohm, maka didapatkan nilai resistansi dari semikonduktor yang digunakan pada tabel berikut: V
V rata-rata
I rata-rata
R rata-rata
V1
0,46
3,51
0,131054131
V2
0,9
7,17
0,125523013
V3
1,34
10,75
0,124651163
V4
1,87
15,31
0,122142391
V5
2,18
18,44
0,118221258
V6
2,86
25,48
0,112244898
V7
3,19
29
0,11
V8
3,62
34,52
0,104866744
Σ
16,42
144,18
0,948
8.Analisa dan Kesimpulan Analisa Percobaan
Pada percobaan karakteristik V-I semikonduktor ini memiliki tujuan terhadap praktikan yaitu Mempelajari hubungan antara beda potensial (V) dan arus listrik (I) pada suatu semikonduktor . percobaan ini dilakukan tidak secara manual melainkan secara online atau R-LAB yaitu media sarana alternative lain dalam melakukan praktikum fisika dasar.karena praktikum ini dilakukan secara R-LAB praktikan tidak melakukan praktikum secara langsung , praktikum ini dilakukan secara individu dan data dari praktikum ini dihasilkan oleh alat-alat yang terdapat pada R-LAB secara otomatis. semikonduktor adalah benda yang memiliki sifat antara konduktor dan isolator atau material padat ataupun cair yang dapat menghantarkan arus listrik pada suhu ruangan yang lebih baik dibandingkan insolator namun kurang jika dibandingkan dengan material logam.untuk mengetahui hubungan antara tegangan dan arus listrik praktikan diberikan delapan tegangan yang berbeda dan setiap tegangan tersebut dilakukan pengukuran kuat arus listrik sebanyak 5 kali. hal ini danjurkan untuk dilakukan agar mendapatkan data yang akurat untuk menekan terdapatnya kesalahan-kesalahan baik kesalahan relatif maupun kesalahan literatur . praktikum karakteristik V-I semikonduktor mula mula dilakukan dengan cara yaitu praktikan harus masuk ke situs R-LAB yang tersedia, lalu praktikan harus mengikuti langkah-langkah yang terdapat pada situs R-LAB tersebut seperti memberikan beda potensial (terdapat delapan variasi beda potensial pada percobaan ini sehingga praktikan harus mengatur beda potensial sebanyak delapan kali) , mengaktifkan power supply atau battery dan mengukur beda potensial dan arus yang telah terukur pada hambatan.setelah melakukan percobaan ini praktikan mendapatakan sebanyak 40 buah data mentah dimana praktikan harus mengelolah data mentah tersebut sesuai dengan tugas dan evalusi yang telah diberikan seperti memberikan analisa terhadap penyebab perubahan beda potensial dan arus listrik,mencari beda potensial rata-rata dan arus listrik rata rata,membuat grafik hubungan antara beda potensial dan kuat arus listrik serta pengunaan hukum ohm dalam percobaan tersebut. Alatalat yang digunakan pada praktikum ini adalah sebagai berikut bahan semikondukor adalah objek yang akan diteliti hubungan antara beda potensial dan arus listrik yang terdapat padanya.ampermeter berfungsi untuk menghitung kuat arus yang mengalir pada bahan semikondutor .volmeter berfungsi untuk menghitung tegangan .variable power suplly berfungsi sebagai sumber energi pada percobaan ini . Camcorder berfungsi sebagai sarana untuk melihat proses kerja alat-alat yang tersedia pada RLAB serta Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis dimana peralatan tersebut memilik fungsi masing-masing dalam percobaan ini
Analisa Kesalahan Setelah melakukan praktikum ini dalam pengelolahan data kita dapat mencari kesahalan relatif dan kesalahan literatur dari percobaan yang dilakukan sehingga kita dapat mengetahui seberapa besar keakuratan data yang kita peroleh dari percobaan ini . kesalahan
kesalahan yang menyebabkan data maupun pengelolahan data kurang valid mungkin disebabkan oleh beberapa faktor seperti praktikum dilakukan secara online tidak manual sehingga praktikan tidak dapat memastikan bahwa peralatan yang digunakan dalam praktikum ini berjalan dengan baik atau tidak. selain itu ,ketidak keterlibatan langsung praktikan dalam pengambilan data dapat menyebabkan data yang diperoleh kurang vaild karena pengambilan data dilakukan secara otomatis oleh peralatan yang telah tersedia pada R-LAB,tidak adanya kejelasaan mengenai adanya suhu atau perubahan suhu dalam praktikum ini sehingga praktikan hanya dapat mengansumsikan bahwa suhu atau perubahan suhu relative konstan atau berubah namun tidak significant sehingga dapat dianggap konstan,dan terjadinya kesalahan dalam penghitungan matematik dalam pengelolahan data.
Analisa Grafik Terdapat sebuah grafik dalam pengelolahan data pada praktikum ini adalah grafik yang mengambarkan hubungan antara V rata-rata ( V1 rata-raat sampai dengan V8 rata-rara ) dengan I rata-rata ( I1 rata-rata sampai dengan I8 rata-rata) .grafik tersebut merupakan grafik linear dimana sumbu X adalah beda potensial (variable bebas) dan sumbu Y adalah kuat arus listrik yang mengalir (variable terikat) .gradien pada grafik tersebut adalah bernilai positif karena gradien tersebut lebih miring kekanan dan nilai dari gradien tersebut dapat ditentukan dengan metode least square .dari grafik tersebut dapat kita simpulkan bahwa hubungan antara beda potensial dengan kuat arus listrik yang mengalir pada bahan semi konduktor berbanding lurus ( semakin tinggi beda potensial maka semakin tinggi pula kuat arus listrik , semakin kecil beda potensial maka semakin kecil pula kuat arus listrik )
Analisa Hasil Sesuai dengan tujuan pada praktikum karakteristik V-I semikonduktor yaitu meengetahui hubungan antara beda potensial dan kuat arus pada bahan semikonduktor . setelah melakukan praktikum ini kita mendapatkan data mentah sebanyak empat puluh buah data ( delapan variasi tegangan yang setiap tegangan dihitung kuat arus sebanyak lima kali) yang kita anggap data mentah tersebut sebagai sebuah populasi data yang akan kita kelolah terlebih dahulu untuk mengetahui hubungan antara beda potensial dan kuat arus yang mengalir.pada percobaan ini daapat kita ketahui terjadinya perubahan tegangan dan arus listrik disebabkan terdapatnya dispansi panas dan perubahan tersebut cenderung linear yang dapat dilihat dari grafik yang terbentuk serta berbanding lurus.selain itu dapat kita simpulkan dari percobaan ini bahwa berlakunya hukum ohm pada percobaan ini yang dimana nilai dari hambatan masing masing dapat kita tentukan setelah kita mengetahui jumlah beda potesial dengan kuat arus yang mengalir . dan kita dapat mengetahui hambatan rata-rata pada percobaaan ini . Nilai R yang berubah semakin kecil berdasarkan naiknya tegangan mengindikasikan terjadinya kenaikan suhu semikonduktor yang menyebabkan berkurangnya nilai resistansi dan sifat konduktor menjadi optimal
Kesimpulan 1.Hubungan antara beda potensial dan kuat arus adalah berbanding lurus 2. Grafik hubungan antara beda potensial dengan arus listrik pada semikonduktor berbentuk linear 3. Beda potensial berbanding terbalik dengan hambatan. Begitu pula dengan arus listrik. 4.Berlakunya hukum ohm pada praktikum ini karena tidak terdapatnya perubahan suhu pada praktikum ini
9.Referensi 1. Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th Edition, Extended Editi on, John Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005 2. Tripler, P.A., 1998, Fisika Untuk Sains dan Teknik-Jilid 2 (Terjemahan), Jakarta : Erlangga
