MODUL 01

TERMOELEKTRIK David Senjaya, Hendra Setiawan, Jalu Setiya Pradana, Margareta Vania Stephanie, Rizky Ayu

10213084, 10213081, 10213098, 10213076, 10213064

Program Studi Fisika, Institut Teknologi Bandung, Indonesia

E-mail: davidsenjaya648@yahoo.com

Asisten: Fransiska Ratih Widiasari / 10211098

Tanggal praktikum: 8 Oktober 2015

Abstrak Pada praktikum kali ini, praktikan melakukan percobaan termoelektrik untuk memahami efek Seebeck dan

Peltier serta menentukan besarnya koefisien Seebeck. Satu buah RTD diberikan perbedaan temperatur

sekitar 80oC pada kakinya sehingga muncul beda potensial. Perububahan potensial akibat berubahnya

penurunan temperatur dicatat setiap 5 detik selama 3 menit. Lalu percobaan berikutnya adalah efek Peltier,

yakni kebalikkan dari efek Seebeck. Dari percobaan yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa ketika dua

material yang berbeda dihubungkan dan diberikan energi termal, maka dapat menghasilkan beda tegangan.

Namun ketika diberikan arus listrik dan potensial dari luar, maka akan terjadi transfer panas.

Kata kunci: Termoelektrik, Efek Seebeck, Efek Peltier, Pompa Kalor

I. Pendahuluan Praktikum termoelektrik dilakukan

untuk memahami efek Seebeck, efek

Peltier, serta mencari nilai koefisien

Seebeck.

Termoelektrik adalah konversi

langsung energi termal menjadi energi

listrik maupun sebaliknya. Efek

termoelektrik pertama ditemukan oleh T.

J. Seebeck pada tahun 1821. Beliau

menemukan bahwa ketika dua konduktor

yang berbeda dihubungkan kedua

ujungnya dan diberikan energi termal,

maka di ujung yang lainnya akan muncul

beda potensial[1]

.

Sekitar tiga belas tahun setelah

penemuan ini, J. Peltier, menemukan efek

termoelektrik yang lain. Beliau

menemukan bahwa ketika arus listrik

mengalir di termokopel maka temperatur

salah satu kaki termokopel menjadi lebih

rendah dari pada yang lainnya. Berarti

terjadi fenomena transfer kalor pada

sistem tersebut. Efek Seebeck dan Peltier

kemudian digabungkan oleh bantuan Lord

Kelvin pada 1851 dan disebut efek

Thomson.

Efek Seebeck, Peltier, dan Thomson

dapat dituliskan menjadi persamaan

berikut.

= ∆�∆� (1) ���� = �� (2)

K = ���� − (3)

� = (4)

Keterangan:

S: Koefisien Seebeck (V/oC) ∆V: Beda potensial ujung panas dan

dingin (V) ∆T: Beda temperatur ujung panas dan

dingin (oC)

Q: Energi termal (J)

t: Waktu (s) �: Koefisien Peltier (V)

K: Koefisien Thomson (V/oC)

i: Arus listrik (A)

II. Metode Percobaan Pertama - tama siapkan dua buah

wadah kosong. Siapkan juga es dan air

panas dengan temperatur sekitar 80oC.

Lalu isi salah satu wadah dengan air dan

es, sedangkan yang lainnya diisi dengan

air panas. Siapkan juga PLP (Probe

Logger Pro) yang sudah terhubung

dengan komputer juga RTD dan

multimeter.

Untuk percobaan pertama, masukkan

kaki RTD ke dalam wadah yang sudah

berisi air. Salah satu kaki ke air dingin

dan yang lainnya ke air panas. Lalu

celupkan PLP masing – masing ke air

panas, air dingin, juga masing masing

kaki RTD. Lalu jalankan program untuk

merekam data setiap 5 detik selama 3

menit pada komputer yang sudah

terhubung dengan PLP untuk merekam

temperatur dari masing – masin PLP.

Pencatatan beda potensial dilakukan

secara manual dengan interval waktu yang

sama juga.

Untuk percobaan kedua, masukkan

kaki RTD ke dalam wadah yang sudah

berisi air. Salah satu kaki ke air dingin

dan yang lainnya ke air panas. Lalu

hubungkan RTD dengan catu daya DC,

set potensial DC maksimal 6 V dan arus

DC maksimal 2A, tunggu 45 menit.

Setelah 45 menit, matikan catu daya lalu

celupkan PLP masing – masing ke air

panas, air dingin, juga masing masing

kaki RTD. Lalu jalankan program untuk

merekam data setiap 5 detik selama 3

menit pada komputer yang sudah

terhubung dengan PLP untuk merekam

temperatur dari masing – masin PLP.

Pencatatan beda potensial dilakukan

secara manual dengan interval waktu yang

sama juga.

Hipotesis untuk percobaan pertama

adalah akan muncul beda tegangan pada

RTD karena ada perbedaan temperatur.

Hipotesis percobaan kedua adalah adalah

salah satu kaki RTD akan mengalami

penurunan temperatur akibat terjadinya

transfer energi termal.

III. Data dan Pengolahan Data

Gambar 1. Grafik ∆V-∆T kaki RTD

percobaan efek Seebeck

Grafik di atas memiliki persamaan ∆� = , ∆ + , .

Gambar 2. Grafik ∆V-∆T air RTD

percobaan efek Seebeck

Grafik di atas memiliki persamaan ∆� = − , ∆ + , .

Gambar 3. Grafik ∆V-∆T kaki RTD

percobaan efek Peltier

Grafik di atas memiliki persamaan ∆� = . ∆ + , .

Gambar 4. Grafik ∆V-∆T air RTD

percobaan efek Peltier

Grafik di atas memiliki persamaan ∆� = − , ∆ + , .

Tabel 1. Data koefisien Seebeck

Koefisien

Seebeck (S)

Kaki

RTD

Air

Efek Seebeck 1,739 -0,037

Efek Peltier 0,041 -0,397

IV. Pembahasan Hasil percobaan 1a, 1b, dan 2 tidak

sama. Pada percobaan 1a didapatkan hasil

yang cukup baik. Dari hasil percobaan 1a

diketahui bahwa beda potensial kaki RTD

akan semakin besar bila perbedaan

temperatur (∆ ) di kedua kakinya

diperbesar. Dalam percobaan efek Peltier,

diketahui bahwa beda potensial akan

menurun ketika ∆ menurun.

Untuk menentukan koefisien

Seebeck akan lebih baik bila perbedaan

temperatur diukur langsung dari kaki RTD,

bukan dari air karena kaki RTD ini

langsung terhubung dengan bahan semi

konduktor di dalam RTD sedangkan air

tidak langsung terhubung ke bahan semi

konduktor. Dari persamaan (4) kita dapat

mengetahui bahwa koefisien Peltier (π)

bergantung pada temperatur, hal ini akan

mempersulit untuk mendapatkan nilai S.

Jadi lebih baik langsung menggunakan

percobaan efek Seebeck untuk

mendapatkan koefisien Seebeck.

Dari hasil percobaan didapatkan nilai

koefisien Seebeck yang positif dan

negative, namun pada data yang baik

nilainya positif. Hal ini menunjukkan

bahwa perubahan temperatur yang

membesar akan memberikan nilai beda

potensial yang besar juga. Error acak dalam

percobaan ini disebabkan oleh banyak

factor, misalnya PLP yang tersentuh tangan,

posisi PLP yang kurang pas pada RTD

maupun adukan kecil pada air karena

gerakan tangan pada PLP yang

menyebabkan temperatur air naik.

Sebagian bahan, baik logam maupun

semikonduktor memiliki koefisien Seebeck

yang positif, sementara yang lain negatif.

Hal ini karena pengaruh struktur atom dan

juga pengaruh doping. Suatu material yang

didoping dengan material kaya elektron

(tipe n), ketika salah satu ujungnya,

sebutlah ujung A diberikan energi termal,

maka elektron akan bergerak ke ujung yang

lebih dingin, sebutlah ujung B. Akibatnya,

ujung panas lebih positif dari pada ujung

dingin. Berarti koefisien Seebeck material

ini adalah positif. Sedangkan untuk material

dengan doping tipe p, maka pembawa

muatan positif akan menjauhi ujung panas,

akibatnya koefisien Seebeck menjadi

negatif[2]

.

Elektron pada material

semikonduktor akan menggunakan /

menyerap energi termal untuk melompat

melewati band gap ke pita konduksi. Berarti

terjadi konversi energi dari energi termaal

ke energi listrik. Namun, hal sebaliknya

pun dapat terjadi, ketika suatu bahan yang

sama dialiri arus listrik, maka akan terjadi

pompa kalor yang dibawa oleh muatan

yang bergerak pada bahan semikonduktor

seperti pada persamaan (2).

Beda tegangan pada efek Seebeck

dan Peltier berbeda karena perbedaan

temperatur diantara kedua kaki RTD pun

berbeda. Pada percobaan pertama, ∆

sekitar 80oC sedangkan pada percobaan

efek Peltier, ∆ kecil saja.

Salah satu aplikasi yang

mengggunakan termoelektrik adalah

termokopel. Dengan memanfaatkan efek

Seebeck, maka kita dapat mengukur

temperatur suatu benda ketika kita tahu

konstanta termokopel yang dibuat. Hal ini

sangat berguna karena termokopel dapat

digunakan pada temperatur tinggi sehingga

menjadi solusi untuk mengukur temperatur

benda yang amat tinggi.

V. Kesimpulan

Terjadi penaikkan tegangan keluaran

RTD seiring penaikkan perbedaan

temperatur kaki RTD pada percobaan efek

Seebeck. Terjadi penuruanan temperatur

kaki RTD yang disebabkan oleh peristiwa

pompa kalor pada percobaan efek Peltier.

Nilai – nilai konstanta Seebeck sudah

tertera pada tabel 1.

VI. Pustaka

[1] Goldsmid, Julian. 2009. Introduction

to Thermoelectricity. London:

Springer.

[2] Charles A, Domenicali. 1953.

Irreversible Thermodynamics of

Thermoelectric in Inhomogeneous,

Anisotropic Media.

VII. Lampiran

Tabel 2. Tabel data percobaan efek

Seebeck bagian 1

t

(s)

T1 / T

Air

Dingin

(oC)

T2 / T

Kaki

Dingin

(oC)

T3 / T

Kaki

Panas

(oC)

T4 / T

Air

Panas

(oC)

0 0,278 15,810 51,590 74,375

5 0,309 15,956 51,711 74,272

10 0,214 16,004 53,033 73,556

15 0,309 16,174 52,847 73,455

20 0,309 16,295 52,971 72,359

25 0,278 16,440 53,692 72,212

30 0,309 16,633 54,135 71,152

35 0,246 16,730 53,786 71,295

40 0,341 16,922 53,723 71,104

45 0,278 17,019 53,755 71,438

50 0,341 17,163 53,818 72,212

55 0,278 17,331 53,786 73,203

60 0,278 17,451 53,692 73,606

65 0,373 17,690 53,913 73,556

70 0,246 17,642 53,849 73,657

75 0,373 17,929 53,881 73,759

80 0,246 17,953 53,976 73,912

85 0,341 18,192 54,391 73,861

90 0,341 18,311 54,809 73,759

95 0,278 18,430 54,359 73,810

100 0,373 18,596 54,167 73,963

105 0,278 18,739 54,327 73,963

110 0,373 19,000 54,135 73,861

115 0,278 19,024 53,881 73,861

120 0,341 19,071 53,597 73,708

125 0,373 19,355 53,346 73,657

130 0,341 19,544 53,064 73,505

135 0,278 19,520 53,002 73,203

140 0,341 19,733 52,971 73,153

145 0,373 19,874 52,847 73,103

150 0,246 19,922 52,878 73,103

155 0,278 20,063 52,816 72,953

160 0,278 20,181 52,692 72,754

165 0,341 20,322 52,568 72,754

170 0,278 20,275 52,230 72,605

175 0,309 20,345 51,924 72,507

180 0,341 20,439 51,741 72,359

Tabel 3. Tabel data percobaan efek

Seebeck bagian 2

Delta T Kaki

(oC)

Delta T Air

(oC) V (Volt)

35,780 74,098 0,959

35,755 73,962 0,956

37,029 73,341 0,953

36,673 73,145 0,953

36,676 72,050 0,953

37,252 71,934 0,956

37,502 70,842 0,958

37,057 71,049 0,957

36,801 70,763 0,957

36,736 71,160 0,956

36,655 71,871 0,954

36,455 72,925 0,95

36,241 73,329 0,949

36,222 73,183 0,953

36,207 73,411 0,953

35,952 73,386 0,954

36,023 73,666 0,953

36,199 73,520 0,951

36,498 73,418 0,948

35,929 73,532 0,946

35,571 73,590 0,949

35,588 73,686 0,948

35,135 73,488 0,946

34,858 73,583 0,943

34,526 73,367 0,941

33,991 73,284 0,94

33,520 73,164 0,94

33,482 72,925 0,94

33,238 72,811 0,939

32,972 72,730 0,937

32,956 72,857 0,935

32,753 72,675 0,936

32,511 72,476 0,936

32,246 72,413 0,934

31,955 72,328 0,931

31,578 72,197 0,93

31,302 72,018 0,929

Tabel 4. Tabel data percobaan efek

Peltier bagian 1

t

(detik)

T1 / T

Air

Dingin

(oC)

T2 / T

Kaki

Dingin

(oC)

T3 / T

Kaki

Panas

(oC)

T4 / T

Air

Panas

(oC)

0 22,125 24,545 27,840 27,166

5 22,055 24,313 28,281 26,888

10 22,079 24,220 28,537 26,609

15 22,125 24,220 28,816 26,447

20 22,149 24,127 28,956 26,261

25 22,125 24,011 29,073 26,145

30 22,195 24,127 29,213 26,122

35 22,149 24,104 29,259 26,331

40 22,149 24,034 29,189 26,447

45 22,149 24,057 29,236 26,586

50 22,149 24,104 29,236 26,748

55 22,172 24,173 29,189 26,841

60 22,102 24,057 29,096 27,050

65 22,102 24,150 29,049 27,259

70 22,149 24,150 29,049 27,375

75 22,172 24,127 28,956 27,514

80 22,102 24,080 28,910 27,584

85 22,149 24,173 28,886 27,584

90 22,172 24,196 28,816 27,630

95 22,125 24,173 28,770 27,840

100 22,172 24,150 28,677 27,979

105 22,149 24,104 28,584 27,979

110 22,149 24,104 28,584 27,840

115 22,172 24,173 28,560 27,236

120 22,172 24,034 28,467 27,282

125 22,172 24,127 28,491 27,398

130 22,172 24,080 28,374 27,514

135 22,172 24,011 28,328 27,630

140 22,149 24,011 28,281 27,747

145 22,195 24,080 28,258 27,816

150 22,195 24,080 28,235 27,793

155 22,149 24,034 28,188 27,793

160 22,195 24,127 28,188 27,840

165 22,195 24,104 28,142 27,723

170 22,195 24,057 28,118 27,561

175 22,172 24,034 28,095 27,561

180 22,172 24,080 28,072 27,561

Tabel 5. Tabel data percobaan efek

Peltier bagian 2

Delta T Kaki

(oC)

Delta T Air

(oC) V (Volt)

3,295 5,041 0,185

3,969 4,832 0,172

4,317 4,531 0,167

4,597 4,321 0,158

4,829 4,113 0,149

5,062 4,020 0,141

5,086 3,927 0,136

5,156 4,182 0,13

5,155 4,298 0,125

5,179 4,437 0,121

5,132 4,600 0,117

5,016 4,669 0,113

5,039 4,948 0,111

4,899 5,157 0,108

4,899 5,226 0,106

4,829 5,342 0,104

4,829 5,482 0,102

4,713 5,435 0,1

4,620 5,459 0,099

4,597 5,714 0,097

4,527 5,807 0,096

4,480 5,830 0,095

4,480 5,691 0,094

4,387 5,064 0,093

4,434 5,110 0,092

4,364 5,226 0,091

4,294 5,342 0,09

4,317 5,459 0,09

4,271 5,598 0,089

4,178 5,621 0,088

4,154 5,598 0,087

4,154 5,645 0,087

4,061 5,644 0,086

4,038 5,528 0,086

4,061 5,365 0,085

4,061 5,389 0,085

3,992 5,389 0,084