THERMOKAPEL (P3)

SANTI NUR AINI1413100048JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERSURABAYAAbstrak Telah dilakukan percobaan termokopel dengak kode P3 yang bertujuan untuk menjelaskan konsep temperatur pada logam dan untuk menera termokopel dari konsep temperatur. Percobaan dilakukan dengan menggunakan dua set termokopel untuk membandingkan keakuratan antara dua jenis termokopel tersebut, selain itu untuk mengetahui pengaruh panas jenis massa terhadap termokopel. Percobaan dilakukan dengan menaikkan suhu dan menurunkan suhu dari 10o sampai 80o , hal ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh suhu terhadap beda potensial yang dihasilkan. Hasil yang diperoleh saat percobaan menunjukkan bahwa termokopel pada percobaan kedua menghasilkan beda potensial lebih besar dibandingkan percobaan menggunakan termokopel 1. Nilai koefisien Seebeck yang didapat pada percobaan termokopel 1 adalah 38,9V/C dan nilai koefisien Seebeck pada percobaan termokopel 2 adalah 56,7V/C. Ini menunjukkan jika termokopel pertama adalah termokopel jenis K dan pada termokopel kedua adalah jenis J.Kata Kunci : Termokopel, Koefisien Seebeck

DAFTAR ISI

Halaman JuduliDAFTAR ISIiiBAB 1 PENDAHULUAN11.1 Latar Belakang11.2 Permasalahan11.3 Tujuan1BAB 2 DASAR TEORI22.1 Temperatur22.2 Termokopel22.3 Mekanisme Perpindahan Panas52.4 Hukum ke Nol Termodinamika62.5 Arus Listrik6BAB 3 METODOLOGI PERCOBAAN83.1 Peralatan dan Bahan83.2 Skema Alat83.3 Cara Kerja8BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN104.1 Analisa Data104.2 Grafik124.3 Pembahasan15BAB V KESIMPULAN17DAFTAR PUSTAKA18

14

BAB 1PENDAHULUAN1.1 Latar Belakang Pada tahun 1822, Seebeck melakukan percobaan dengan menghubungkan plat bismuth diantara kawat-kawat tembaga. Hubungan (sambungan) tersebut diberi suhu yang berbeda. Ternyata pada rangkaian tersebut akan muncul arus listrik. Munculnya arus listrik mengindikasikan adanya beda potensial antara ujung-ujung kedua sambungan. Dari percobaan Seebeck tersebut dapat diambil kesimpulan bahwa adanya perbedaan suhu antara kedua sambungan logam tersebut akan menyebabkan munculnya gaya gerak listrik antara ujung-ujung sambungan. Gaya gerak listrik yang muncul ini disebut dengan gaya gerak listrik termo dan sumbernya disebut dengan elemen termo (termokapel) (Kinzie, 1973). Dalam kehidupan sehari-hari kita sering melihat banyak objek atau benda yang memiliki temperatur yang berbeda, contohnya adalah ketika es krim tumpah dalam secangkir kopi panas, maka es krim tersebut akan meleleh dan temperatur kopi akan berkurang. Begitu juga yang terjadi pada suatu logam yang memiliki suhu yang berbeda. Untuk mengukur suhu tersebut diperlukan suatu alat pengukur suhu atau sering disebut termometer. Untuk itulah dilakukan praktikum termokopel, yang bertujuan untuk menjelaskan Konsep Temperatur pada logam, dan untuk menera Termokopel dari konsep Temperatur karena termokopel adalah salah suatu alat yang digunakan untuk mengukur temperatur dengan jangkauan suhu yang cukup luas. 1.2 Permasalahan Permasalahan yang muncul dalam percobaan ini adalah bagaimana menjelaskan konsep temperatur dan menera termokopel dari konsep temperatur.1.3 Tujuan Tujuan dari percobaan ini adalah untuk menjelaskan Konsep Temperatur pada logam, dan untuk menera Termokopel dari konsep Temperatur.BAB 2DASAR TEORI2.1 TemperaturTemperatur secara kualitatif dapat dikatakan sebagai tingkat panas dan dinginnya suatu objek yang dapat dirasakan oleh indera sentuhan kita.Benda yang terasa panas umumnya memiliki suhu yang ke lebih tinggi dari pada benda yang terasa lebih dingin.Suhu juga berhubungan dengan energy kinetic molekul dari bahan.Jika dua sistem terpisah oleh bahan isolator, misalnya kayu, maka keduanya akan terhambat menuju kesetimbangan termalnya, isolator ideal adalah bahan yang tidak memungkinkan terjadinya interaksi sama sekali antara kedua sistem. Fungsinya adalah untuk mencegah terjadinya kesetimbangan termal. (Giancoli, 1998)Kesetimbangan termal adalah kondisi dimana ketika dua benda memiliki suhu yang berbeda kemudian pada akhirnya akan mencapai suhu yang sama karena kesetimbangan termal tersebut. Jika dua benda yang memiliki suhu awal yang berbeda disambungkan, untuk mencapai kesetimbangan termalnya, maka suhu akan mengalir dari yang tinggi ke yang rendah. Konsep inilah yang nantinya akan mendasari hubungan konsep suhu dengan timbulnya gaya gerak listrik pada termokopel. ( Halliday, 1996).2.2 Termokopel Termokopel adalah sensor suhu yang banyak digunakan untuk mengubah perbedaan suhu dalam benda menjadi perubahan tegangan listrik (voltase). Termokopel yang sederhana dapat dipasang, dan memiliki jenis konektor standar yang sama, serta dapat mengukur temperatur dalam jangkauan suhu yang cukup antara -200C sampai 1800C dengan batas kesalahan pengukuran kurang dari 1 C. Hampir semua hasil dari perhitungan termokopel biasanya berupa persamaan kubik, antara lain: .............................................(2.1) Dimana adalah emf termal, dan konstanta adalah berbeda pada setiap termokopel. Pada variasi suhu yang terbatas, persamaan kuadrat seringkali sudah mencukupi. Variasi suhu pada termokopel tergangung pada jenis bahan termokopel yang digunakan (Zemansky, 1997). Beberapa logam seperti perak, emas dan platinum sering disebut dengan kelompok logam-logam mulia. Pengelompokan ini tidak secara teliti namun dari beberapa literatur kimia dan ilmu metalurgi. Unsur-unsur ini merupakan logam yang bersifat inert, dikenal lunak dan konduktor listrik yang kuat. Jika sebuah batang logam dipanaskan pada salah satu ujungnya maka pada ujung tersebut elektron-elektron dalam logam akan bergerak semakin aktif dan akan menempati ruang yang semakin luas, elektron-elektron saling desak dan bergerak ke arah ujung batang yang tidak dipanaskan. Dengan demikian pada ujung batang yang dipanaskan akan terjadi muatan positif.Kerapatan elektron untuk setiap bahan logam berbeda tergantung dari jenis logam. Jika dua batang logam disatukan salah satu ujungnya, dan kemudian dipanaskan, maka elektron dari batang logam yang memiliki kepadatan tinggi akan bergerak ke batang yang kepadatan elektronnya rendah, dengan demikian terjadilah perbedaan tegangan diantara ujung kedua batang logam yang tidak disatukan atau dipanaskan. Besarnya termolistrik atau gem ( gaya electromagnet ) mengalir dari titik hot-juction ke cold-junction atau sebaliknya. Setelah terdeteksi perbedaan tegangan (volt). Beda tegangan ini linear dengan perubahan arus, sehingga nilai arus ini bisa dikonversi kedalam bentuk tampilan display. Sebelum dikonversi, nilai arus di komparasi dengan nilai acuan dan nilai offset di bagian komparator, fungsinya untuk menerjemahkan setiap satuan amper ke dalam satuan volt kemudian dijadikan besaran temperatur yang ditampilkan melalui layar/monitor berupa seven segmen yang menunjukkan temperatur yang dideteksi oleh termokopel. Termokopel merupakan salah satu jenis termometer yang sering digunakan dalam laboratorium teknik. Termokopel adalah alat yang terbuat daru sambungan dua jenis logam atau campuran logam yang salah satu sambungan logamnya mempunyai suhu yang berbeda dengan sambungan yang lain. Sambungan logam pada termokopel terdiri dari duan sambungan, antara lain: 1. Reference Junction (Cold Junction): adalah sambungan acuan yang suhunya dijaga konstan dan biasanya diberi suhu yang dingin .2. Measuring Junction (Hot Junction): adalah sambungan yang dipakai untuk mengukur suhu atau bisa disebut dengan sambungan panas. Dua buah kawat yang berbeda jenis, yang ujung-ujungnya disambungkan satu sama lain membentuk suatu rangkaian tertutup, apabila kedua sambungan diberi suhu yang berbeda dan dipasangkan pada voltmeter (galvanometer) maka pada rangkaian tersebut akan timbul arus listrik yang ditunjukkan oleh penyimpangan voltmeter (galvanometer). Arus tersebut akan terus mengalir selama terdapat perbedaan suhu pada sambungan antar dua logam tersebut. Gejala perubahan energi termal menjadi energi listrik disebut dengan efek Seebeck atau gejala Seebeck. Dan gaya listrik yang membangkitkan arus listrik disebut dengan gaya gerak listrik termo atau Seebeck termal (emf). Termokopel merupakan tegangan DC sehingga memiliki polaritas. Yang mempengaruhi keefektivitasan termokopel adalah jenis bahan logam dan suhu pada sambungan. Gejala Peltier adalah gejala penyerapan dan pengeluaran panas pada sambungan termokopel apabila terdapat arus yang mengalir pada rangkaian, dan gejala ini dapat mempengaruhi hasil pengukuran. Gejala Peltier ini dapat diatasi menggunakan potensiometer pada saat mengukur GGL. Karena dengan potensiometer memungkinkan arus menjadi nol, sehingga gejala Peltier dapat diabaikan (Halliday, 1996).Kelebihan dari termokopel adalah dapat mempercepat proses kesetimbangan termal dengan sistem yang suhunya akan diukur, karena massanya kecil. Sedangkan kelemahannya adalah apabila digunakan untuk mengukur suhu, termokopel mempunya ketidaktelitian sebesar 0,2 K, yaitu sekitar lima sampai sepuluh kali lebih besar dari termometer resistensi platinum pada suhu tinggi (Zemansky, 1997). Kelebihan yang lain dari termokopel antara lain; tahan terhadap efek getaran, waktu respon pendek, ukuran kecil dan harganya murah, dan tidak memiliki efek self-heating Prinsip kerja Termokopel secara sederhana berupa dua buah kabel dari jenis logam yang berbeda ujungnya, hanya ujungnya saja, disatukan (dilas). Titik penyatuan ini disebut hot junction. Prinsip kerjanya memanfaatkan karakteristik hubungan antara tegangan (volt) dengan temperatur. Setiap jenis logam, pada temperatur tertentu memiliki tegangan tertentu pula. Pada temperatur yang sama, logam A memiliki tegangan yang berbeda dengan logam B, terjadilah perbedaan tegangan (kecil sekali, miliVolt) yang dapat dideteksi (Kinzie, 1973).2.3 Mekanisme Perpindahan Panas Panas dapat berpindah dari suatu tempat menuju tempat lain melalui sebuah perantara yang sering disebut dengan konduktor yaitu penghantar panas yang baik. Proses perpindahan kalor ini dapat dilakukan dengan tiga cara yaitu :a) KonveksiKonveksi ini adalah perpindahan panas pada saat memanaskan air. Transfer energy terjadi ketika fluida, seperti udara atau air, kontak dengan objek yang memiliki temperature yang lebih tinggi dari fluida itu sendiri. Suhu bagian dari fluida yang mengalami kontak dengan objek yang memiliki suhu lebih tinggi akan meningkat juga.b) RadiasiSedangkan konsep perpindahan panas pada radiasi ini terjadi pada ruang hampa misalnya perindahan panas matahari hingga sampai ke bumi. Perpindahan panas ini terjadi secara gelombang elektromagnetik.c) KonduksiProses perpindahan panas secara konduksi contohnya terjadi pada kita memegang besi yang dipanaskan di atas api. Lama-kelamaan kita akan merasakan panas pada ujung besi yang kita pegang. Energi panas ditransfer dari api ke pegangan secara konduksi. Atom-atom dan elektron pada besi bergerak dan bertabrakan seiring bertambahnya suhu batang besi sehingga ujung yang dipegang akan terasa panas. (Giancoli, 1998).2.4 Hukum ke Nol Termodinamika Kita semua mengetahui fakta bahwa jika dua benda pada temperatur yang sama diletakkan dalam kontak termal, kedua benda tersebut pada akhirnya akan mencapai temperatur yang sama. Mereka kemudian dikatakan berada dalam kesetimbangan termal. Dua benda dikatakan berada dalam kesetimbangan termal jika ketika diletakkan dalam kontak termal, tidak ada energi yang mengalir dari satu ke yang lainnya, dan temperatur tidak berubah. Hukum ke nol termodinamika menyatakan bahwa jika dua sistem berada dalam kesetimbangan termal dengan sistem ketiga, maka mereka berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain. Temperatur merupakan sifat sistem yang menentukan apakah sistem berada dalam keadaan kesetimbangan dengan sistem yang lain. Ketika dua sistem berada dalam keadaan kesetimbangan termal, temperatur mereka, per definisi adalah sama. Hal ini konsisten dengan pengertian kita mengenai temperatur dalam kehidupan sehari-hari, karena ketika sebuah benda yang panas dan sebuah lagi yang dingin diletakkan sehingga terjadi kontak, keduanya akhirnya akan mencapai temperatur yang sama. Dengan demikian hal penting dalam hukum ke- 0 termodinamika adalah bahwa hukum tersebut memungkinkan definisi yang berguna mengenai temperatur (Giancoli, 1998).2.5 Arus Listrik Arus Listrik secara kualitatif merupakan muatan yang bergerak sedangkan secara kuantitatif arus listrik adalah muatan yang melalui suatu penampang A tiap detik yaitu : ..................................................................(2.2) Arus listrik merupakan besaran skalar. Arus listrik yang timbul pada logam, elektrolit dan gas encer diangkut oleh butir-butir muatan yaitu elektron, ion positif dan ion negatif. Pada gerak butir-butir muatan ini dibedakan menjadi tiga gerakan yaitu gerak termal menurut teori kinetik zat, gerak hanyut oleh beda potensial dan gerak transport massa oleh tekanan hidrodinamika oleh gradien konsentrasi. Gerak termal adalah gerak random ke segala arah maka tidak menyumbang pada arus i. Misalnya gerak transport massa yang mengangkut muatan ruang tidak ada maka yang perlu diperhitungkan adalah gerak hanyut. Lintasan elektron bebas dalam batang logam oleh medan E adalah gas elektron bebas yang pada suhu sangat tinggi (70.000C) bersifat gas sempurna. Bila dalam kawat kita mengalirkan sebuah bidang hipotetik, maka akan banyak elektron elektron yang mengalir dari kanak ke kiri. Dari ujung kawat tersebut dihubungkan ke suatu baterai, maka akan timbul sebuah medan listrik. Medan listrik disini untuk mengalirkan elektron elektron yang memberikan suaru gerak resultan pada elektron elektron tersebut di dalam arah medan listrik. Satuan internasional pada arus adalah Ampere, muatan adalah coloumb, dan waktu dalam sekon. Arus yang mengalir pada suatu penampang A adalah sama untuk semua penampang penghantar , walaupun luas permukaan penampang berbeda-beda pada titik yang berbeda ( Halliday, 1996).

BAB 3METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Peralatan dan Bahan Peralatan dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini antara lain ; 1 buah Amplifier (Amp), satu buah Voltmeter (V),Termokopel dua set, Termometer satu buah, statip dengan kelengkapannya satu set, kompor listrik satu buah dan potongan es batu secukupnya.3.2 Skema Alat

Gambar 3.1 Rangkaian Percobaan Termokopel3.3 Cara Kerja Percobaan ini pertama-tama dilakukan dengan dirangkai peralatan seperti gambar diatas. Tanyakan terlebih dahulu kepada assisten sebelum tegangan PLN dihubungkan. Sebelum dihubungkan dengan tegangan PLN 240 V switch yang ada pada amplifier harus pada kedudukan ; Switch 1 pada posisi off nol, Switch 2 pada posisi penunjukkan ke 30 mV, Switch 3 pada posisi penunjukkan ke 0, dan Switch 5 pada posisi Short circuit. Output 4 harus sudah dihubungkan dengan Voltmeter. Setelah Amplifier dihubungkan dengan tegangan PLN, switch 1 diubah pada posisi on dan 5 menit kemudian switch 2 diputar ke kiri berturut-turut ke penunjukkan 10, 3,1 dan seterusnya sampai jarum penunjukkan voltmeter bergerak. Lalu dijaga harga penunjukkan voltmeter tetap nol untuk setiap memutar switch 2 dengan jalan mengatur knop 7. Kemudian diputar switch 5 ke posisi dan dicatat penunjukkan voltmeter dan suhu ruangan. Harga beda potensial sebanding dengan suhu ruang. Setelah itu dicatat penunjukan voltmeter dan temperature referensi 0oC (bila memungkinkan), 10oC, 40oC, 50oC, 60oC, 70oC, 80oC, dan 90oC, dengan tanpa posisi switch 2 dirubah. Langkah percobaan diatas diulangi untuk termokopel yang lain.

BAB IVANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Analisa Data Dari percobaan yang telah dilakukan dengan menggunakan Termokapel 1 dan Termokapel 2 diperoleh data sebagai berikut :Tabel 1. Data percobaan menggunakan Termokapel 1Kenaikan Suhu

No.Suhu (oC)Beda Potensial (V)

110-0,8

220-0,2

3300,0

4400,3

5500,7

6601,0

7701,4

8802,3

Penurunan suhu

No.Suhu (oC)Beda Potensial (V)

1802,3

2702,0

3601,5

4500,7

5400,5

6300,1

720-0,2

810-0,7

Tabel 2. Data percobaan menggunakan Termokapel 2Kenaikan Suhu

No.Suhu (oC)Beda Potensial (V)

110-0,8

220-0,2

3300,3

4400,9

5501,4

6602,0

7702,6

8803,4

Penurunan suhu

No.Suhu (oC)Tegangan (V)

1803,4

2702,0

3601,7

4501,4

5400,7

6300,1

720-0,3

810-0,9

4.2 Grafik

Grafik 1. Grafik kenaikan suhu pada termokopel 1

Grafik 2. Grafik penurunan suhu pada termokopel 1

Grafik 3. Grafik rata-rata Termokopel 1 terhadap suhu

Grafik 4. Grafik kenaikan suhu pada termokopel 2

Grafik 5. Grafik penurunan suhu pada termokopel 2

Grafik 6. Grafik rata-rata termokopel 2 terhadap suhu

4.3 Pembahasan Percobaan kali ini adalah percobaan termokopel dengan kode P3. Percobaan dilakukan dengan tujuan untuk menjelaskan konsep temperatur pada logam dan untuk menera termokopel dari konsep temperatur. Percobaan dilakukan dengan menggunakan dua set termokopel untuk membandingkan keakuratan antara dua jenis termokopel tersebut, selain itu untuk mengetahui pengaruh panas jenis massa terhadap termokopel. Percobaan dilakukan dengan menaikkan suhu dan menurunkan suhu dari 10o sampai 80o . Percobaan pertama-tama dilakukan dengan merangkai set up alat. Dalam percobaan, amplifier diganti dengan multimeter hal ini disebabkan pengukuran yang dilakukan hanya dengan tegangan yang rendah sehingga tidak memerlukan amplifier, amplifier merupakan suatu alat yang digunakan sebagai penguat daya. Pada multimeter satuan yang dipakai dalam pengukuran adalah milivolt. Sebelumnya suhu ruang diukur terlebih dahulu dan didapatkan suhu 27oC, percobaan ini dimulai dari 10oC maka untuk menurunkan suhu digunakan es batu dan secara berturut-turut suhu dinaikkan sampai 80C dengan menggunakan kompor listrik. Setiap kenaikan suhu 10oC beda potensial yang dihasilkan pada termokapel diukur menggunakan alat Voltmeter. Dari percobaan termokapel yang telah dilakukan diperoleh hasil data berupa beda potensial masing-masing termokapel 1 dan termokapel 2 untuk masing-masing setiap kenaikan dan penurunan suhu 10oC. Pada percobaan termokapel 1 dan termokapel 2 dapat dilihat bahwa bila semakin meningkatnya suhu yang diberikan, beda potensial yang dihasilkan juga semakin besar dan bila suhu diturunkan beda potensial yang dihasilkan juga semakin kecil. Dapat disimpukan hubungan antara beda potensial berbanding lurus dengan besarnya suhu. Ketika dibandingkan nilai beda potensial antara termokapel 1 dan nilai beda potensial termokapel 3, ternyata nilai beda potensial termokapel 2 lebihbesar dibanding beda potensial termokapel 1. Hal ini dapat disebabkan karena perbedaan konduktivitas logam termokapel 1 berbeda dengan konduktivitas termokapel 2.

Dari grafik yang didapat, diperoleh nilai koefisien Seeback pada termokapel 1 adalah 38,9V/C dan nilai koefisien Seeback pada termokapel 2 adalah 56,7V/C. Dari nilai koefisien Seebeck tersebut dapat diketahui bahwa pada percobaan yang pertama jenis termokopel yang digunakan adalah termokopel jenis K dan pada perobaan kedua termokopel yang digunakan adalah termokopel jenis J. Grafik hubungan antara suhu dan beda potensial adalah berbentuk grafik linier, antara suhu dan beda potensial yang dihasilkan berbanding lurus.

BAB VKESIMPULAN Dari percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan antara lain sebagai berikut :1. Konsep temperatur adalah hukum ke nol termodinamika yang menyatakan apabila dua benda dengan suhu yang berbeda diletakkan dalm kontak termal maka lama kelamaan akan mencapai kesetimbangan termal.2. Termokopel J dengan koefisien Seebeck 56,7V/C memiliki beda potensial lebih besar dibandingkan Termokopel Jenis K dengan koefisien Seebeck 38,9V/C

DAFTAR PUSTAKAGiancoli, Douglas. 1998. Fisika Jilid 1 Edisi Kelima. Jakarta: Erlangga.Halliday, David. 1996. Fisika Universitas Edisi 5 Jilid 2. Jakarta: ErlanggaHalliday, David. 2010. Fundametals of Physics . John Wiley and Sons Inc: United State of AmericaKinzie, P. A. 1973. Thermocouple Temperature Measurement. New York: John Wiley and Sons Inc.Zemansky, Sears. 1997. Heat and thermodynamics. the University of California: McGraw-Hill.