FENOMENA MAGNETO IMPEDANSI PADA KUMPARAN KAWAT DAN LAPISAN TIPIS MAGNETIK.
i
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
FENOMENA MAGNETO IMPEDANSI PADA KUMPARAN KAWAT
DAN LAPISAN TIPIS MAGNETIK
Disusun Oleh :
HANAFI EKO PRASETYO
M0207037
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian
persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
Agustus,
commit
to 2013
user
i
ii
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
HALAMAN PENGESAHAN
Skripsi dengan judul
: FENOMENA MAGNETO IMPEDANSI PADA
KUMPARAN KAWAT DAN LAPISAN TIPIS
MAGNETIK
Yang disusun oleh
:
Nama
: Hanafi Eko Prasetyo
NIM
: M0207037
Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji
Hari
: Jumat
Tanggal
: 30 Agustus 2013
Anggota Tim Penguji
1.
:
Dr. Nuryani, S.Si., M.Si.
.............................
NIP. 19690303 200003 1 001
2.
Drs. Suharyana, M.Sc.
.............................
NIP. 19611217 198903 1 003
3.
Dr. Eng. Budi Purnama, S.Si., M.Si
.............................
NIP. 19731109 200003 1 001
4.
Utari, S.Si., M.Si
.............................
NIP. 19701206 200003 2 001
Disahkan oleh
Ketua Jurusan Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Ahmad Marzuki, S.Si, Ph.D
commit to199702
user 001
NIP. 19680508
ii
iii
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa isi dari seluruh intelektual skripsi saya
yang berjudul “Fenomena magneto impedansi pada kumparan kawat dan
lapisan tipis magnetik” merupakan hasil kerja saya dan sepengetahuan saya
hingga saat ini isi dari skripsi tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau
ditulis oleh orang lain atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar
kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya kecuali
telah dituliskan di daftar pustaka skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua
pihak telah ditulis dibagian ucapan terimakasih. Isi di dalam skripsi ini
diperbolehkan untuk di gunakan sebagai bahan rujukan atau di perbanyak secara
bebas dengan tanpa memberitahu penulis.
Surakarta, 10 Agustus 2013
HANAFI EKO PRASETYO
commit to user
iii
iv
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
FENOMENA MAGNETO IMPEDANSI PADA KUMPARAN KAWAT
DAN LAPISAN TIPIS MAGNETIK
Hanafi Eko Prasetyo
Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
Fenomena magneto impedansi pada kumparan kawat Fe dan lapisan tipis
magnetic NiFe dilaporkan pada penelitian ini. Tiga tahapan ekperimental telah
dilakukan yaitu klarifikasi fenomena magneto impedansi, pengaruh penambahan
ferit, dan efek deposisi lapisan tipis NiFe terhadap respon magneto impedansi.
Pengukuran magneto impedansi dilakukan dengan memberikan medan magnet
arah tegak lurus terhadap sampel.
Pada tahap pertama, fenomena magneto impedansi sukses diamati pada
kumparan kawat Fe. Magneto impedansi naik dengan kenaikan jumlah lilitan (N),
diameter kumparan (d), dan diameter kawat (D). Jika kumparan ditinjau sebagai
material megnetik maka penambahan N, d, dan D akan menaikan nilai
permeabilitas dari sampel. Sehingga nilai impedansi naik dengan kenaikan medan
magnet.
Pada tahap kedua, sampel kumparan kawat Fe memberikan respon
magneto impedansi berbeda jika inti ferit disisipkan. Tipikal perubahan impedansi
kumparan kawat Fe dengan inti ferit pada frekuensi tinggi lebih kecil daripada
frekuensi rendah. Magneto impedansi tidak signifikan berubah dengan perubahan
diameter kumparan (d). Sebaliknya magneto impedansi meningkat secara drastic
dengan kenaikan jumlah lilitan (N) dibandingkan dengan diameter kumparan (d).
Pada tahap ketiga, evaluasi respon magneto impedansi pada frekuensi
1900 Hz. Sampel kumparan kawat Fe dengan pelapisan NiFe meningkat dengan
kenaikan ketebalan lapisan tipis. Hal ini dapat dikorelasikan dengan peningkatan
magnetisasi jenuh dengan kenaikan ketebalan. Akhirnya, perubahan impedansi
signifikan meningkat dengan kenaikan jumlah lilitan (15, 20, dan 25). Kenyataan
hasil ini disumbang akibat kenaikan permeabilitas.
Kata kunci: Magneto impedansi, kawat Fe, lapisan tipis NiFe, medan magnet
commit to user
iv
v
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
THE PHENOMENON OF MAGNETO IMPEDANCE ON WIRES COIL
AND MAGNETIC THIN FILM
Hanafi Eko Prasetyo
Physics Department, Faculty of Sciences, Sebelas Maret University
ABSTRACT
The phenomenon of magneto-impedance on Fe wire coil and thin layer
Ni80Fe20 had been reported by this research. Three-stage experimental had been
done, they are magneto-impedance phenomenon, effect of adding ferrite core, and
effect of Ni80Fe20 thin film deposition on magneto-impedance response.
Magneto-impedance measurements had been performed by sample given
perpendicular magnetic field.
First stage, magneto-impedance phenomenon on Fe wire coil had been
clarified. The value of magneto-impedance is increased by increased number of
Fe wire coil (N), diameter of coil (D), and diameter of Fe wire coil. If the coil is
considered as magnetic material, the increase sample permeability is caused by
increased of N, d, and D. Then, the decrease of impedance is caused by increased
of magnetic field.
Second stage, the sample of Fe wire coil had different respond magneto
impedance if the ferrite core is inserted. The typical change of impedance Fe wire
coil with ferrite core at high frequency had smaller value than lower frequency.
Magneto-impedance did not significant change with the variation of coil diamater
(d) is used. Instead, magneto-impedance increased drastically with increase the
value of coil (N). This phenomenon indicated that permeability more sensitive
with increase the value of coil (N) then diameter of coil (d).
Last stage, the evaluation of magneto-impedance response is performed in
frequency 1900 Hz. The impedance value of coil coating Ni80Fe20 increased with
increase thin film thickness. This phenomenon can be correlated with saturation
magnetization, the increase of saturation magnetization is resulted by increased
thin film thickness. Finally, the change of impedance increased drastically with
increased N (15, 20, and 25). This fact is contributed by resulted higher
permeability.
Keyword : Magneto impedance, Fe wire coil, thin film NiFe, magnetic field
commit to user
v
vi
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
MOTTO
“Hidup bagaikan roda yang berputar, kadang kita berada diatas, kadang
pula kita berada dibawah”
Namun bagi saya, prinsip kehidupan tidak sesimpel roda yang telah
diutarakan tadi. Bagi saya roda kehidupan yang baik adalah ketika kita
sedang diatas maka kita harus memberikan perlambatan sebesar mungkin
agar roda kehidupan kita tidak berputar kebawah dengan cepat, dan juga
ketika kita sedang dalam posisi dibawah maka kita harus memberikan
percepatan sebesar mungkin sehingga roda kehidupan kita akan berputar
cepat menuju posisi atas kembali.
-Hanafi-
commit to user
vi
vii
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
HALAMAN PERSEMBAHAN
Karya yang sangat sederhana ini selain saya persembahkan untuk ibu,
bapak dan adik, juga
untuk seseorang yang telah mengorbankan seluruh hidupnya untuk
saya…..
seluruh waktunya hanya untuk saya….
meninggalkan kehidupan pribadinya nya untuk saya…
memulai hidup baru dengan saya…
menjalani hidup dengan saya…
membuang waktunya untuk saya…
terima kasih atas waktumu…
kasih sayangmu…
cintamu…
air matamu…
tawamu…
senyummu…
jiwamu…
pengorbananmu…
semangatmu…
kekuatanmu…
keringatmu…
sangat berharga bagiku dan tak sebanding dengan emas ataupun berlian
yang ada di dunia ini
terima kasih untuk satu nama…
Euis Inayati
tak akan lekang oleh waktu
commit to user
vii
viii
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat, taufik,
hidayah, dan inayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian serta
penyusunan skripsi dengan judul: “Fenomena Magneto Impedance pada Wires
dan Lapisan tipis Magnetik” yang merupakan salah satu syarat untuk
memperoleh gelar Sarjana Sains pada Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
Selama melakukan penelitian maupun penyusunan skripsi ini penulis telah
mendapat banyak masukan, bantuan dan dukungan dari berbagai pihak yang
sangat bermanfaat baik secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu
pada kesempatan yang baik ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Ibu dan bapak tercinta yang telah memberikan dukungan, materi,
semangat, kasih sayang, dan do’anya untuk kelancaran studi penulis.
2. Bapak Prof. Ir. Ari Handono Ramelan, M.Sc., (Hons)., Ph.D selaku Dekan
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam UNS.
3. Bapak Ahmad Marzuki., S.Si., Ph.D selaku Ketua Jurusan Fisika Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret
4. Bapak Dr.Eng. Budi Purnama., S.Si., M.Si selaku Pembimbing I yang
senantiasa dengan sabar membimbing meluangkan waktu, memberi
arahan, memberi berbagai masukan, serta motivasi tersendiri kepada
penulis.
5. Ibu Utari., S.Si., M.Si selaku Pembimbing II yang senantiasa dengan sabar
memberikan bimbingan serta motivasi kepada penulis.
6. Euis Inayati yang telah membantu banyak, baik materi, tenaga, pikiran,
waktu, perhatian, do’a, semangat, dan semuanya telah dicurahkan demi
kelancaran skripsi ini.
7. Serta semua pihak yang tidak bisa penulis tuliskan satu persatu, penulis
mengucapkan beribu-ribu terimakasih.
commit to user
viii
ix
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
Dengan kerendahan hati penulis menyadari bahwa dalam melakukan
penelitian dan penyusunan skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu
masukan yang berupa saran dan kritik yang membangun dari pembaca akan
sangat membantu. Semoga skripsi ini bisa bermanfaat bagi kita semua dan pihakpihak terkait.
Surakarta, Agustus 2013
Penulis
commit to user
ix
x
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
HALAMAN PUBLIKASI
Sebagian dari skripsi saya yang berjudul “Fenomena Magneto
Impedansi pada Kumparan Kawat dan Lapisan Tipis Magnetik” telah:
1. Dipublikasikan pada Jurnal Fisika dan Aplikasinya (JFA) Jurusan Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam ITS, yang diterbitkan
pada Vol 9/ No.2/ Hal. 63-65/ Juni 2013 ISSN:1858:036X dengan judul
“Magneto Impedansi pada Kumparan Kawat Fe”.
2. Dipresentasikan di : Annual Conference-HFI JTY 2013 “Innovation
Synergy for Improving National Competitiveness” Physics Department,
Faculty of Mathematics and Natural Sciences , Sebelas Maret University,
Surakarta, pada tanggal 22-23 Maret 2013.
commit to user
x
xi
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
DAFTAR ISI
halaman
HALAMAN JUDUL ………………………………………………………...
i
HALAMAN PENGESAHAN ……………………………………………….
ii
HALAMAN PERNYATAAN ………………………………………………
iii
HALAMAN ABSTRAK …………………………………………………….
iv
HALAMAN ABSTRACT …………………………………………………..
v
HALAMAN MOTTO ……………………………………………………….
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN …………………………………………….
vii
KATA PENGANTAR ………………………………………………………
viii
HALAMAN PUBLIKASI …………………………………………………..
x
DAFTAR ISI ………………………………………………………………...
xi
DAFTAR TABEL …………………………………………………………...
xiv
DAFTAR GAMBAR ………………………………………………………..
xv
DAFTAR SIMBOL ………………………………………………………….
xvii
DAFTAR LAMPIRAN ……………………………………………………...
xix
BAB I PENDAHULUAN …………………………………………………...
1
1.1.Latar Belakang Masalah ………………………………………..
1
1.2.Batasan Masalah ………………………………………………..
2
1.3.Perumusan Masalah …………………………………………….
2
1.4.Tujuan Penelitian ……………………………………………….
3
1.5.Manfaat Penelitian ……………………………………………...
3
BAB II DASAR TEORI …………………………………………………….
4
2.1.Magneto Impedansi (MI) ………………………………………
4
2.2.Impedansi Konduktor Magnetik ……………………………….
5
2.3.Pembagian MI menurut Frekuensi …………………………......
8
2.4.Teknik Penumbuatan Material MI ……………………………..
9
BAB III METODOLOGI PENELITIAN …………………………………...
12
3.1.Tempat dan Waktu Penelitian ………………………………….
commit
to user
3.2.Alat dan Bahan Penelitian
……………………………………...
12
xi
12
xii
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
3.2.1. Alat Penelitian ………………………………………...
12
3.2.2. Bahan Dasar …………………………………………...
13
3.2.3. Bahan Kimia …………………………………………..
13
3.3.Metode Penelitian ………………………………………………
13
3.3.1. Fenomena Magneto Impedansi pada Kumparan Kawat
Fe ……………………………………………………...
15
3.3.2. Pengaruh Inti Ferit pada Magneto Impedansi
Kumparan Kawat Fe …………………………………..
16
3.3.3. Efek Ketebalan Pelapisan Lapisan Tipis Ni80Fe20 pada
Kumparan Kawat Fe …………………………………..
18
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ……………………………………
24
4.1.Magneto Impedansi Kawat Fe ………………………………….
24
4.1.1. Klarifikasi Fenomena Magneto Impedansi ……………
24
4.1.2. Pengaruh Jumlah Lilitan Kumparan (N) ………………
26
4.1.3. Pengaruh Diameter Kawat (D) ………………………..
27
4.1.4. Pengaruh Diamater Kumparan (d) …………………….
28
4.2.Magneto Impedansi Kumparan Kawat Fe Inti Ferit ………
29
4.2.1. Pengaruh Penambahan Ferit pada Nilai Impedansi …...
29
4.2.2. Hubungan Frekuensi Terhadap Nilai Impedansi
Kumparan Kawat Fe Inti Ferit ………………………...
30
4.2.3. Pengaruh Penggunaan Medan Magnet Terhadap
Perubahan Impedansi ………………………………….
31
4.2.4. Pengaruh Jumlah Lilitan Kumparan Terhadap
Perubahan Impedansi ………………………………….
32
4.2.5. Pengaruh Diamater Kumparan Terhadap Perubahan
Impedansi ……………………………………………...
33
4.3.Magneto Impedansi Lapisan tipis NiFe pada Kawat Fe …..
34
4.3.1. Analisis Komposisi Lapisan Tipis NiFe pada Substrat
Plat Tembaga (PCB) …………………………………..
34
4.3.2. Ketebalan Lapisan Tipis NiFe vs Waktu ……………...
commitMagnetik
to user Lapisan Tipis NiFe …….
4.3.3. Hasil Karakteristik
36
xii
37
xiii
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
4.3.4. Karakteristik Deposisi NiFe pada Kumparan Kawat
Fe ……………………………………………………...
39
BAB V PENEUTUP ………………………………………………………...
42
5.1. Kesimpulan …………………………………………………….
42
5.2. Saran …………………………………………………………...
42
DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………………….
43
LAMPIRAN-LAMPIRAN …………………………………………………..
47
commit to user
xiii
xiv
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
DAFTAR TABEL
halaman
Tabel 2.1.
Perbandingan teknologi fabrikasi material Magneto
Impedansi (MI) …………………………………………
9
Tabel 3.1.
Formula larutan elektroplating setiap 100 ml ………….
19
Tabel 4.1.
Delapan unsur terbanyak yang terkomposisi didalam
lapisan tipis NiFe …………………………….................
commit to user
xiv
35
xv
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR
halaman
Gambar 2.1.
Perubahan impedansi (Z) dibawah pengaruh medan
magnet (H) ……………………………………………………………………..
4
Gambar 2.2.
Definisi skematis impedansi …………………………
5
Gambar 2.3.
(a) penerapan medan magnet dc (H dc) tergantung dari
kedalaman kulit (δm) dan reversible permeabilitas
(µ r ). (b) merupakan pandangan skematis dari
perubahan δm dengan H dc untuk kawat dan film/pita ..
7
Gambar 2.4.
Skema elektrodeposisi ……………………………….
10
Gambar 3.1.
Diagram Skema alur penelitian ……………………...
14
Gambar 3.2.
Kumparan kawat Fe …………………………………
15
Gambar 3.3.
Skema pengukuran impedansi kumparan kawat Fe …
16
Gambar 3.4.
Kumparan kawat Fe inti ferit ...................…………...
17
Gambar 3.5.
Skema alat pengukuran impedansi kumparan inti ferit
17
Gambar 3.6.
Pola bentuk kumparan kawat dan plat tembaga ……..
19
Gambar 3.7.
Skema alat elektroplating ……...…………………….
20
Gambar 4.1.
Grafik pengaruh perubahan medan magnet terhadap
nilai impedansi ……………………...……………….
Gambar 4.2.
Grafik pengaruh perubahan jumlah lilitan terhadap
nilai impedansi ...…………………………………….
Gambar 4.3.
27
Grafik pengaruh perubahan nilai diameter kumparan
terhadap nilai impedansi, pada frekuensi 300 Hz .......
Gambar 4.5.
26
Grafik pengaruh perubahan nilai diameter kawat
terhadap nilai impedansi ……….…………………….
Gambar 4.4.
25
28
Grafik impedansi sebagai fungsi medan magnet
dengan variasi penambahan ferit pada frekuensi 200
Gambar 4.6.
Hz (A) dan frekuensi 1.000 Hz (B) …………….........
29
Grafik impedansi sebagai fungsi medan magnet
commit to
user
dengan variasi frekuensi
...…………………………...
30
xv
xvi
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
Gambar 4.7.
Grafik perubahan impedansi kumparan kawat Fe
sebagai fungsi frekuensi dengan variasi medan
magnet (A) dan perbesaran pada frekuesni 0 hingga
10 kHz (B) ……………………………………….......
Gambar 4.8.
31
Grafik perubahan impedansi kumparan kawat Fe
sebagai fungsi jumlah lilitan dengan variasi medan
magnet …………………………………………….....
Gambar 4.9.
32
Grafik perubahan impedansi kumparan kawat Fe
sebagai fungsi diamater kumparan dengan variasi
medan magnet ……………………………….............
Gambar 4.10.
Spektral hasil uji XRF lapisan tipis NiFe hasil
elektroplating dengan waktu deposisi 900 detik ….....
Gambar 4.11.
38
Grafik Magnetisasi jenuh MS sebagai fungsi
ketebalan ……………………………………………..
Gambar 4.15.
37
Kurva histeresis lapisan tipis NiFe dengan variasi
ketebalan 150 nm, 450 nm, dan 600 nm …………….
Gambar 4.14.
36
Grafik perubahan ketebalan NiFe terdeposisi sebagai
fungsi waktu …………………………………………
Gambar 4.13.
34
Grafik perubahan massa NiFe terdeposisi sebagai
fungsi waktu …………………………………………
Gambar 4.12.
33
38
Grafik impedansi sebagai fungsi frekuensi kumparan
kawat Fe/Ni80Fe20 150 nm dengan variasi medan
magnet ……………………………………………….
Gambar 4.16.
Grafik perubahan impedansi NiFe terdeposisi sebagai
fungsi ketebalan pada frekuensi 2000 Hz …………...
Gambar 4.17.
39
40
Grafik perubahan impedansi NiFe terdeposisi sebagai
fungsi medan magnet pada frekuensi 2000 Hz ……...
commit to user
xvi
40
xvii
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Keterangan
H
Medan magnet
H max
medan magnet eksternal yang cukup untuk meredam impedansi
Z
Impedansi
Z(H)
Impedansi pada saat penerapan medan magnet H
Z(Hmax)
Impedansi yang terukur pada penerapan H max
∆Z/Z
Magneto impedansi
R
Hambatan
L
Induktansi
I
Arus
V
Tegangan
Iac
Arus bolak balik
Vac
Tegangan bolak balik
A
Luas penampang
Ez
Komponen longitudinal dari medan listrik
jz
Komponen longitudinal rapat arus
Nilai rata-rata potongan melintang pada A
k
Konstanta yang dipengaruhi δm
δm
Kedalaman penetrasi pada medium magnetik (skin depth)
J 0 dan J 1
Fungsi Bessel jenis pertama
r
Radius kawat
a
Retengah ketebalan lapisan tipis
j
Satuan imajiner
µϕ
Circumferential permeability
µT
Transverse permeability
c
Kecepatan cahaya
f
Frekuensi arus bolak balik
σ
Konduktivitas listrik
Kecepatan sudut commit to user
ω
xvii
xviii
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
ρ
Massa jenis
µ0
Permeabilitas pada ruang hampa
NiSO 46H 2O
Nikel sulfat heksahidrat
FeSO 47H 2O Ferro Sulfat
H 3BO 4
Asam Baromat
H 2SO 4
Asam Sulfat
C 8H 8O3
Vanillin
Ni
Nikel
Fe
Besi
Pt
Platina
N
Jumlah lilitan kumparan
D
Diamater kawat
d
Diamater kumparan
f
Frekuensi
pH
Derajat keasaman larutan
m
Massa lapisan deposisi
l
Lebar substrat
p
Panjang substrat
t
Ketebalan lapisan hasil deposisi
v
Laju deposisi
commit to user
xviii
xix
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
DAFTAR LAMPIRAN
halaman
Lampiran 1.
Tipikal perhitungan ketebalan lapisan tipis
menggunakan massa deposisi ……………………......
47
Lampiran 2.
Foto alat ……………………………………………...
48
Lampiran 3.
Foto sampel hasil elektroplating ……………………
49
Lampiran 4
Perhitungan Waktu Deposisi Kawat Fe ……………..
50
Lampiran 5.
Perhitungan perbandingan komposisi Ni dan Fe…......
51
Lampiran 6
Perhitungan Ketebalan Lapisan Tipis Terdeposisi.......
52
commit to user
xix
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
FENOMENA MAGNETO IMPEDANSI PADA KUMPARAN KAWAT
DAN LAPISAN TIPIS MAGNETIK
Disusun Oleh :
HANAFI EKO PRASETYO
M0207037
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian
persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
Agustus,
commit
to 2013
user
i
ii
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
HALAMAN PENGESAHAN
Skripsi dengan judul
: FENOMENA MAGNETO IMPEDANSI PADA
KUMPARAN KAWAT DAN LAPISAN TIPIS
MAGNETIK
Yang disusun oleh
:
Nama
: Hanafi Eko Prasetyo
NIM
: M0207037
Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji
Hari
: Jumat
Tanggal
: 30 Agustus 2013
Anggota Tim Penguji
1.
:
Dr. Nuryani, S.Si., M.Si.
.............................
NIP. 19690303 200003 1 001
2.
Drs. Suharyana, M.Sc.
.............................
NIP. 19611217 198903 1 003
3.
Dr. Eng. Budi Purnama, S.Si., M.Si
.............................
NIP. 19731109 200003 1 001
4.
Utari, S.Si., M.Si
.............................
NIP. 19701206 200003 2 001
Disahkan oleh
Ketua Jurusan Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Ahmad Marzuki, S.Si, Ph.D
commit to199702
user 001
NIP. 19680508
ii
iii
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa isi dari seluruh intelektual skripsi saya
yang berjudul “Fenomena magneto impedansi pada kumparan kawat dan
lapisan tipis magnetik” merupakan hasil kerja saya dan sepengetahuan saya
hingga saat ini isi dari skripsi tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau
ditulis oleh orang lain atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar
kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya kecuali
telah dituliskan di daftar pustaka skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua
pihak telah ditulis dibagian ucapan terimakasih. Isi di dalam skripsi ini
diperbolehkan untuk di gunakan sebagai bahan rujukan atau di perbanyak secara
bebas dengan tanpa memberitahu penulis.
Surakarta, 10 Agustus 2013
HANAFI EKO PRASETYO
commit to user
iii
iv
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
FENOMENA MAGNETO IMPEDANSI PADA KUMPARAN KAWAT
DAN LAPISAN TIPIS MAGNETIK
Hanafi Eko Prasetyo
Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
Fenomena magneto impedansi pada kumparan kawat Fe dan lapisan tipis
magnetic NiFe dilaporkan pada penelitian ini. Tiga tahapan ekperimental telah
dilakukan yaitu klarifikasi fenomena magneto impedansi, pengaruh penambahan
ferit, dan efek deposisi lapisan tipis NiFe terhadap respon magneto impedansi.
Pengukuran magneto impedansi dilakukan dengan memberikan medan magnet
arah tegak lurus terhadap sampel.
Pada tahap pertama, fenomena magneto impedansi sukses diamati pada
kumparan kawat Fe. Magneto impedansi naik dengan kenaikan jumlah lilitan (N),
diameter kumparan (d), dan diameter kawat (D). Jika kumparan ditinjau sebagai
material megnetik maka penambahan N, d, dan D akan menaikan nilai
permeabilitas dari sampel. Sehingga nilai impedansi naik dengan kenaikan medan
magnet.
Pada tahap kedua, sampel kumparan kawat Fe memberikan respon
magneto impedansi berbeda jika inti ferit disisipkan. Tipikal perubahan impedansi
kumparan kawat Fe dengan inti ferit pada frekuensi tinggi lebih kecil daripada
frekuensi rendah. Magneto impedansi tidak signifikan berubah dengan perubahan
diameter kumparan (d). Sebaliknya magneto impedansi meningkat secara drastic
dengan kenaikan jumlah lilitan (N) dibandingkan dengan diameter kumparan (d).
Pada tahap ketiga, evaluasi respon magneto impedansi pada frekuensi
1900 Hz. Sampel kumparan kawat Fe dengan pelapisan NiFe meningkat dengan
kenaikan ketebalan lapisan tipis. Hal ini dapat dikorelasikan dengan peningkatan
magnetisasi jenuh dengan kenaikan ketebalan. Akhirnya, perubahan impedansi
signifikan meningkat dengan kenaikan jumlah lilitan (15, 20, dan 25). Kenyataan
hasil ini disumbang akibat kenaikan permeabilitas.
Kata kunci: Magneto impedansi, kawat Fe, lapisan tipis NiFe, medan magnet
commit to user
iv
v
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
THE PHENOMENON OF MAGNETO IMPEDANCE ON WIRES COIL
AND MAGNETIC THIN FILM
Hanafi Eko Prasetyo
Physics Department, Faculty of Sciences, Sebelas Maret University
ABSTRACT
The phenomenon of magneto-impedance on Fe wire coil and thin layer
Ni80Fe20 had been reported by this research. Three-stage experimental had been
done, they are magneto-impedance phenomenon, effect of adding ferrite core, and
effect of Ni80Fe20 thin film deposition on magneto-impedance response.
Magneto-impedance measurements had been performed by sample given
perpendicular magnetic field.
First stage, magneto-impedance phenomenon on Fe wire coil had been
clarified. The value of magneto-impedance is increased by increased number of
Fe wire coil (N), diameter of coil (D), and diameter of Fe wire coil. If the coil is
considered as magnetic material, the increase sample permeability is caused by
increased of N, d, and D. Then, the decrease of impedance is caused by increased
of magnetic field.
Second stage, the sample of Fe wire coil had different respond magneto
impedance if the ferrite core is inserted. The typical change of impedance Fe wire
coil with ferrite core at high frequency had smaller value than lower frequency.
Magneto-impedance did not significant change with the variation of coil diamater
(d) is used. Instead, magneto-impedance increased drastically with increase the
value of coil (N). This phenomenon indicated that permeability more sensitive
with increase the value of coil (N) then diameter of coil (d).
Last stage, the evaluation of magneto-impedance response is performed in
frequency 1900 Hz. The impedance value of coil coating Ni80Fe20 increased with
increase thin film thickness. This phenomenon can be correlated with saturation
magnetization, the increase of saturation magnetization is resulted by increased
thin film thickness. Finally, the change of impedance increased drastically with
increased N (15, 20, and 25). This fact is contributed by resulted higher
permeability.
Keyword : Magneto impedance, Fe wire coil, thin film NiFe, magnetic field
commit to user
v
vi
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
MOTTO
“Hidup bagaikan roda yang berputar, kadang kita berada diatas, kadang
pula kita berada dibawah”
Namun bagi saya, prinsip kehidupan tidak sesimpel roda yang telah
diutarakan tadi. Bagi saya roda kehidupan yang baik adalah ketika kita
sedang diatas maka kita harus memberikan perlambatan sebesar mungkin
agar roda kehidupan kita tidak berputar kebawah dengan cepat, dan juga
ketika kita sedang dalam posisi dibawah maka kita harus memberikan
percepatan sebesar mungkin sehingga roda kehidupan kita akan berputar
cepat menuju posisi atas kembali.
-Hanafi-
commit to user
vi
vii
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
HALAMAN PERSEMBAHAN
Karya yang sangat sederhana ini selain saya persembahkan untuk ibu,
bapak dan adik, juga
untuk seseorang yang telah mengorbankan seluruh hidupnya untuk
saya…..
seluruh waktunya hanya untuk saya….
meninggalkan kehidupan pribadinya nya untuk saya…
memulai hidup baru dengan saya…
menjalani hidup dengan saya…
membuang waktunya untuk saya…
terima kasih atas waktumu…
kasih sayangmu…
cintamu…
air matamu…
tawamu…
senyummu…
jiwamu…
pengorbananmu…
semangatmu…
kekuatanmu…
keringatmu…
sangat berharga bagiku dan tak sebanding dengan emas ataupun berlian
yang ada di dunia ini
terima kasih untuk satu nama…
Euis Inayati
tak akan lekang oleh waktu
commit to user
vii
viii
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat, taufik,
hidayah, dan inayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian serta
penyusunan skripsi dengan judul: “Fenomena Magneto Impedance pada Wires
dan Lapisan tipis Magnetik” yang merupakan salah satu syarat untuk
memperoleh gelar Sarjana Sains pada Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
Selama melakukan penelitian maupun penyusunan skripsi ini penulis telah
mendapat banyak masukan, bantuan dan dukungan dari berbagai pihak yang
sangat bermanfaat baik secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu
pada kesempatan yang baik ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Ibu dan bapak tercinta yang telah memberikan dukungan, materi,
semangat, kasih sayang, dan do’anya untuk kelancaran studi penulis.
2. Bapak Prof. Ir. Ari Handono Ramelan, M.Sc., (Hons)., Ph.D selaku Dekan
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam UNS.
3. Bapak Ahmad Marzuki., S.Si., Ph.D selaku Ketua Jurusan Fisika Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret
4. Bapak Dr.Eng. Budi Purnama., S.Si., M.Si selaku Pembimbing I yang
senantiasa dengan sabar membimbing meluangkan waktu, memberi
arahan, memberi berbagai masukan, serta motivasi tersendiri kepada
penulis.
5. Ibu Utari., S.Si., M.Si selaku Pembimbing II yang senantiasa dengan sabar
memberikan bimbingan serta motivasi kepada penulis.
6. Euis Inayati yang telah membantu banyak, baik materi, tenaga, pikiran,
waktu, perhatian, do’a, semangat, dan semuanya telah dicurahkan demi
kelancaran skripsi ini.
7. Serta semua pihak yang tidak bisa penulis tuliskan satu persatu, penulis
mengucapkan beribu-ribu terimakasih.
commit to user
viii
ix
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
Dengan kerendahan hati penulis menyadari bahwa dalam melakukan
penelitian dan penyusunan skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu
masukan yang berupa saran dan kritik yang membangun dari pembaca akan
sangat membantu. Semoga skripsi ini bisa bermanfaat bagi kita semua dan pihakpihak terkait.
Surakarta, Agustus 2013
Penulis
commit to user
ix
x
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
HALAMAN PUBLIKASI
Sebagian dari skripsi saya yang berjudul “Fenomena Magneto
Impedansi pada Kumparan Kawat dan Lapisan Tipis Magnetik” telah:
1. Dipublikasikan pada Jurnal Fisika dan Aplikasinya (JFA) Jurusan Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam ITS, yang diterbitkan
pada Vol 9/ No.2/ Hal. 63-65/ Juni 2013 ISSN:1858:036X dengan judul
“Magneto Impedansi pada Kumparan Kawat Fe”.
2. Dipresentasikan di : Annual Conference-HFI JTY 2013 “Innovation
Synergy for Improving National Competitiveness” Physics Department,
Faculty of Mathematics and Natural Sciences , Sebelas Maret University,
Surakarta, pada tanggal 22-23 Maret 2013.
commit to user
x
xi
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
DAFTAR ISI
halaman
HALAMAN JUDUL ………………………………………………………...
i
HALAMAN PENGESAHAN ……………………………………………….
ii
HALAMAN PERNYATAAN ………………………………………………
iii
HALAMAN ABSTRAK …………………………………………………….
iv
HALAMAN ABSTRACT …………………………………………………..
v
HALAMAN MOTTO ……………………………………………………….
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN …………………………………………….
vii
KATA PENGANTAR ………………………………………………………
viii
HALAMAN PUBLIKASI …………………………………………………..
x
DAFTAR ISI ………………………………………………………………...
xi
DAFTAR TABEL …………………………………………………………...
xiv
DAFTAR GAMBAR ………………………………………………………..
xv
DAFTAR SIMBOL ………………………………………………………….
xvii
DAFTAR LAMPIRAN ……………………………………………………...
xix
BAB I PENDAHULUAN …………………………………………………...
1
1.1.Latar Belakang Masalah ………………………………………..
1
1.2.Batasan Masalah ………………………………………………..
2
1.3.Perumusan Masalah …………………………………………….
2
1.4.Tujuan Penelitian ……………………………………………….
3
1.5.Manfaat Penelitian ……………………………………………...
3
BAB II DASAR TEORI …………………………………………………….
4
2.1.Magneto Impedansi (MI) ………………………………………
4
2.2.Impedansi Konduktor Magnetik ……………………………….
5
2.3.Pembagian MI menurut Frekuensi …………………………......
8
2.4.Teknik Penumbuatan Material MI ……………………………..
9
BAB III METODOLOGI PENELITIAN …………………………………...
12
3.1.Tempat dan Waktu Penelitian ………………………………….
commit
to user
3.2.Alat dan Bahan Penelitian
……………………………………...
12
xi
12
xii
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
3.2.1. Alat Penelitian ………………………………………...
12
3.2.2. Bahan Dasar …………………………………………...
13
3.2.3. Bahan Kimia …………………………………………..
13
3.3.Metode Penelitian ………………………………………………
13
3.3.1. Fenomena Magneto Impedansi pada Kumparan Kawat
Fe ……………………………………………………...
15
3.3.2. Pengaruh Inti Ferit pada Magneto Impedansi
Kumparan Kawat Fe …………………………………..
16
3.3.3. Efek Ketebalan Pelapisan Lapisan Tipis Ni80Fe20 pada
Kumparan Kawat Fe …………………………………..
18
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ……………………………………
24
4.1.Magneto Impedansi Kawat Fe ………………………………….
24
4.1.1. Klarifikasi Fenomena Magneto Impedansi ……………
24
4.1.2. Pengaruh Jumlah Lilitan Kumparan (N) ………………
26
4.1.3. Pengaruh Diameter Kawat (D) ………………………..
27
4.1.4. Pengaruh Diamater Kumparan (d) …………………….
28
4.2.Magneto Impedansi Kumparan Kawat Fe Inti Ferit ………
29
4.2.1. Pengaruh Penambahan Ferit pada Nilai Impedansi …...
29
4.2.2. Hubungan Frekuensi Terhadap Nilai Impedansi
Kumparan Kawat Fe Inti Ferit ………………………...
30
4.2.3. Pengaruh Penggunaan Medan Magnet Terhadap
Perubahan Impedansi ………………………………….
31
4.2.4. Pengaruh Jumlah Lilitan Kumparan Terhadap
Perubahan Impedansi ………………………………….
32
4.2.5. Pengaruh Diamater Kumparan Terhadap Perubahan
Impedansi ……………………………………………...
33
4.3.Magneto Impedansi Lapisan tipis NiFe pada Kawat Fe …..
34
4.3.1. Analisis Komposisi Lapisan Tipis NiFe pada Substrat
Plat Tembaga (PCB) …………………………………..
34
4.3.2. Ketebalan Lapisan Tipis NiFe vs Waktu ……………...
commitMagnetik
to user Lapisan Tipis NiFe …….
4.3.3. Hasil Karakteristik
36
xii
37
xiii
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
4.3.4. Karakteristik Deposisi NiFe pada Kumparan Kawat
Fe ……………………………………………………...
39
BAB V PENEUTUP ………………………………………………………...
42
5.1. Kesimpulan …………………………………………………….
42
5.2. Saran …………………………………………………………...
42
DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………………….
43
LAMPIRAN-LAMPIRAN …………………………………………………..
47
commit to user
xiii
xiv
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
DAFTAR TABEL
halaman
Tabel 2.1.
Perbandingan teknologi fabrikasi material Magneto
Impedansi (MI) …………………………………………
9
Tabel 3.1.
Formula larutan elektroplating setiap 100 ml ………….
19
Tabel 4.1.
Delapan unsur terbanyak yang terkomposisi didalam
lapisan tipis NiFe …………………………….................
commit to user
xiv
35
xv
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR
halaman
Gambar 2.1.
Perubahan impedansi (Z) dibawah pengaruh medan
magnet (H) ……………………………………………………………………..
4
Gambar 2.2.
Definisi skematis impedansi …………………………
5
Gambar 2.3.
(a) penerapan medan magnet dc (H dc) tergantung dari
kedalaman kulit (δm) dan reversible permeabilitas
(µ r ). (b) merupakan pandangan skematis dari
perubahan δm dengan H dc untuk kawat dan film/pita ..
7
Gambar 2.4.
Skema elektrodeposisi ……………………………….
10
Gambar 3.1.
Diagram Skema alur penelitian ……………………...
14
Gambar 3.2.
Kumparan kawat Fe …………………………………
15
Gambar 3.3.
Skema pengukuran impedansi kumparan kawat Fe …
16
Gambar 3.4.
Kumparan kawat Fe inti ferit ...................…………...
17
Gambar 3.5.
Skema alat pengukuran impedansi kumparan inti ferit
17
Gambar 3.6.
Pola bentuk kumparan kawat dan plat tembaga ……..
19
Gambar 3.7.
Skema alat elektroplating ……...…………………….
20
Gambar 4.1.
Grafik pengaruh perubahan medan magnet terhadap
nilai impedansi ……………………...……………….
Gambar 4.2.
Grafik pengaruh perubahan jumlah lilitan terhadap
nilai impedansi ...…………………………………….
Gambar 4.3.
27
Grafik pengaruh perubahan nilai diameter kumparan
terhadap nilai impedansi, pada frekuensi 300 Hz .......
Gambar 4.5.
26
Grafik pengaruh perubahan nilai diameter kawat
terhadap nilai impedansi ……….…………………….
Gambar 4.4.
25
28
Grafik impedansi sebagai fungsi medan magnet
dengan variasi penambahan ferit pada frekuensi 200
Gambar 4.6.
Hz (A) dan frekuensi 1.000 Hz (B) …………….........
29
Grafik impedansi sebagai fungsi medan magnet
commit to
user
dengan variasi frekuensi
...…………………………...
30
xv
xvi
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
Gambar 4.7.
Grafik perubahan impedansi kumparan kawat Fe
sebagai fungsi frekuensi dengan variasi medan
magnet (A) dan perbesaran pada frekuesni 0 hingga
10 kHz (B) ……………………………………….......
Gambar 4.8.
31
Grafik perubahan impedansi kumparan kawat Fe
sebagai fungsi jumlah lilitan dengan variasi medan
magnet …………………………………………….....
Gambar 4.9.
32
Grafik perubahan impedansi kumparan kawat Fe
sebagai fungsi diamater kumparan dengan variasi
medan magnet ……………………………….............
Gambar 4.10.
Spektral hasil uji XRF lapisan tipis NiFe hasil
elektroplating dengan waktu deposisi 900 detik ….....
Gambar 4.11.
38
Grafik Magnetisasi jenuh MS sebagai fungsi
ketebalan ……………………………………………..
Gambar 4.15.
37
Kurva histeresis lapisan tipis NiFe dengan variasi
ketebalan 150 nm, 450 nm, dan 600 nm …………….
Gambar 4.14.
36
Grafik perubahan ketebalan NiFe terdeposisi sebagai
fungsi waktu …………………………………………
Gambar 4.13.
34
Grafik perubahan massa NiFe terdeposisi sebagai
fungsi waktu …………………………………………
Gambar 4.12.
33
38
Grafik impedansi sebagai fungsi frekuensi kumparan
kawat Fe/Ni80Fe20 150 nm dengan variasi medan
magnet ……………………………………………….
Gambar 4.16.
Grafik perubahan impedansi NiFe terdeposisi sebagai
fungsi ketebalan pada frekuensi 2000 Hz …………...
Gambar 4.17.
39
40
Grafik perubahan impedansi NiFe terdeposisi sebagai
fungsi medan magnet pada frekuensi 2000 Hz ……...
commit to user
xvi
40
xvii
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Keterangan
H
Medan magnet
H max
medan magnet eksternal yang cukup untuk meredam impedansi
Z
Impedansi
Z(H)
Impedansi pada saat penerapan medan magnet H
Z(Hmax)
Impedansi yang terukur pada penerapan H max
∆Z/Z
Magneto impedansi
R
Hambatan
L
Induktansi
I
Arus
V
Tegangan
Iac
Arus bolak balik
Vac
Tegangan bolak balik
A
Luas penampang
Ez
Komponen longitudinal dari medan listrik
jz
Komponen longitudinal rapat arus
Nilai rata-rata potongan melintang pada A
k
Konstanta yang dipengaruhi δm
δm
Kedalaman penetrasi pada medium magnetik (skin depth)
J 0 dan J 1
Fungsi Bessel jenis pertama
r
Radius kawat
a
Retengah ketebalan lapisan tipis
j
Satuan imajiner
µϕ
Circumferential permeability
µT
Transverse permeability
c
Kecepatan cahaya
f
Frekuensi arus bolak balik
σ
Konduktivitas listrik
Kecepatan sudut commit to user
ω
xvii
xviii
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
ρ
Massa jenis
µ0
Permeabilitas pada ruang hampa
NiSO 46H 2O
Nikel sulfat heksahidrat
FeSO 47H 2O Ferro Sulfat
H 3BO 4
Asam Baromat
H 2SO 4
Asam Sulfat
C 8H 8O3
Vanillin
Ni
Nikel
Fe
Besi
Pt
Platina
N
Jumlah lilitan kumparan
D
Diamater kawat
d
Diamater kumparan
f
Frekuensi
pH
Derajat keasaman larutan
m
Massa lapisan deposisi
l
Lebar substrat
p
Panjang substrat
t
Ketebalan lapisan hasil deposisi
v
Laju deposisi
commit to user
xviii
xix
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
DAFTAR LAMPIRAN
halaman
Lampiran 1.
Tipikal perhitungan ketebalan lapisan tipis
menggunakan massa deposisi ……………………......
47
Lampiran 2.
Foto alat ……………………………………………...
48
Lampiran 3.
Foto sampel hasil elektroplating ……………………
49
Lampiran 4
Perhitungan Waktu Deposisi Kawat Fe ……………..
50
Lampiran 5.
Perhitungan perbandingan komposisi Ni dan Fe…......
51
Lampiran 6
Perhitungan Ketebalan Lapisan Tipis Terdeposisi.......
52
commit to user
xix