MODUL 3

TERMOELEKTRIK Muhammad Reza Mutaqin, Ahmad Yasin, Ahmad Kasmanto, Gian Angga Ginanjar, Endah.

10211085, 10211005, 10211021, 10211061, 10211059

Program Studi Fisika, Institut Teknologi Bandung, Indonesia

E-mail: reza.mutaqin@yahoo.com

Asisten: Zamzam Multazam/10210012

Tanggal Praktikum: 10 Oktober 2013

Abstrak

Efek termoelektrik dipengaruhi oleh tiga efek. Efek tersebut diantaranya adalah efek Seebeck, efek

Peltier, dan efek Thomson. Pada praktikum termoelektrik ini kita gunakkan sistem pengambilan

data temperatur dengan selang tiga menit dan selang pengambilan data lima detik. Kemudian

dicatat beda tegangan yang terjadi setiap waktunya. Dari data yang didapat, kita plot grafik

tersebut menggunakan software Matlab dan kemudian didapatkan koefisien Seebeck-nya. Secara

singkat, efek Peltier ialah kebalikan dari efek Seebeck itu sendiri. Perbedaan suhu pada

sambungan dua logam dapat menghasilkan beda potensial dan ketika sambungan tersebut dialiri

sebuah arus listrik, maka akan terjadi perbedaan temperatur pada sambungan kedua logam

tersebut.

Kata Kunci: Efek Peltier, Efek Seebeck, Efek Thomson, Koefisien Seebeck

I. Pendahuluan

Tujuan

Tujuan dari praktikum ini adalah

menganalisa efek Seebeck, efek Peltier

serta menentukan koefisien Seebeck.

Teori dasar

Termoelektrik adalah pengonversian

secara langsung perbedaan temperatur

menjadi tegangan dan berlaku sebaliknya.

Termoelektrik dipengaruhi oleh tiga efek

yaitu efek Seebeck, efek Peltier, dan efek

Thomson.

Pada efek Seeback, jika ada dua buah

logam yang berbeda dan disambungkan

salah satu ujungnya kemudian diberi beda

temperatur pada kedua logam tersebut,

akan dihasilkan perbedaan tegangan

listrik pada kedua logam tersebut.

Tegangan tersebut sebanding dengan beda

temperatur di antara kedua sambungan.

Semakin besar beda temperaturnya,

semakin besar juga tegangan yang

dihasilkannya. Berikut ini adalah ilustrasi

terjadinya efek Seebeck pada

semikonduktor.

Gambar 1. Ilustrasi Terjadinya efek Seebeck

pada Semikonduktor[1]

Kenaikan tegangan pada tiap unit

dapat dinyatakan dengan koefisien

Seebeck dengan persamaan di bawah ini:

𝑆 =𝑑𝑉

𝑑𝑇 (1)

Keterangan: S: Koefisien Seebeck (V/K)

V: Tegangan (Volt)

T: Suhu (Kelvin)

Efek Peltier sendiri ialah kebalikan

dari efek Seebeck. Dimana efek Peltier

menyatakan bahwa jika arus listrik

diberikan pada dua sambungan logam

yang berbeda, maka pada satu sisi akan

terjadi penyerapan panas, sementara pada

sisi yang lainnya akan terjadi pelepasan

panas. Penyerapan dan Pelepasan ini akan

berbalik begitu arah arus dibalik. Berikut

adalah ilustrasi terjadinya efek Peltier.

Gambar 2. Ilustrasi Terjadinya efek Peltier[2]

Efek Thomson menyatakan bahwa

terdapat penyerapan atau pelepasan panas

bolak-balik dalam penghantar homogen

yang terkena perbedaan panas dan

perbedaan listrik secara simultan.

Material semikonduktor yang

digunakan pada praktikum kali ini saling

terhubung, yaitu sambungan

semikonduktor bertipe-p dan bertipe-n.

Pada sambungan tipe-p didominasi oleh

hole. Sehingga elektron akan bergerak

dan mengisi hole tersebut. Sementara

pada semikonduktor tipe-n, elektron

bertindak sebagai pembawa muatan.

II. Metode Percobaan

Untuk menghitung efek Seeback

pertama-tama kita gunakkan alat bernama

Reversible Thermoelectric Demonstrator.

Sedangkan untuk mengukur temperature

kita gunakkan alat bernama Logger Pro.

Percobaan yang pertama bertujuan

untuk menghitung efek seebeck. Salah

satu kaki Reversible Thermoelectric

Demonstrator dicelupkan pada air panas

yang di tempatkan di sebuah wadah,

sementara kaki yang lain dicelupkan ke

air dingin. Kemudian catat perubahan

suhu yang terjadi setiap lima detik selama

tiga menit dengan menggunakan Logger

Pro dan catat pula perubahan tegangan

nya. Probe dari Logger Pro diletakan pada

air panas, air dingin, dan pada kedua kaki

Reversible Thermoelectric Demonstrator.

Hal tersebut bertujuan untuk mengetahui

perubahan suhu yang terjadi pada air dan

perubahan suhu yang terjadi pada kaki

Reversible Thermoelectric Demonstrator.

Pada percobaan yang kedua

dilakukan dengan menggunakan kincir.

Salah satu kaki Reversible Thermoelectric

Demonstrator dicelupkan pada air panas,

sementara kaki yang lain dicelupkan ke

air dingin. Lalu kincir dipasang pada

Reversible Thermoelectric Demonstrator.

Kemudian kiat amati arah putar dari

kincir apakah searah dengan jarum jam

atau berlawanan.

Percobaan ketiga bertujuan untuk

membuktikan efek Peltier. Pada

percobaan ini dilakukan dengan

menggunakan sumber tegangan DC yang

tidak melebihi 6 Volt dan arus yang tidak

melebihi 2 Ampere. Kedua kaki

Reversible Thermoelectric Demonstrator

dicelupkan pada air dengan suhu yang

sama. Lalu hubungkan Reversible

Thermoelectric Demonstrator dengan

sumber tegangan DC. Lalu diamkan

selama 30 hingga 45 menit. Catat

perubahan suhu yang terjadi setiap lima

detik selama tiga menit dengan

menggunakan alat Logger Pro dan catat

pula perubahan dari tegangannya.

III. Data dan Pengolahan

Percobaan Pertama

Pada percobaan ini di dapatkan hasil

sebagai berikut.

Grafik 1. Plot tegangan terhadap beda suhu pada air

(Efek Seeback)

Pada pengukuran beda temperatur

air, didapatkan persamaan garis regresi

sebagai berikut.

y = 0,02092x – 0,6125 (2)

Sehingga di dapatkan koefisiean Seeback

sebesar 0,02092 V/K.

Grafik 2. Plot Tegangan Terhadap Beda Suhu pada

Kaki Reversible Thermoelectric Demonstrator

(Efek Seebeck)

Pada pengukuran beda temperature

kaki Reversible Thermoelectric

Demonstrator, didapatkan persamaan garis

regresi sebagai berikut.

y = - 0,003864x + 0,923 (3)

Sehingga didapatkan koefisien

Seebeck sebesar -0,003864 V/K.

Percobaan Kedua

Pada percobaan kedua digunakan

kincir untuk mendeteksi adanya arus

listrik pada Reversible Thermoelectric

Demonstrator. Terlihat bahwa kincir

berputar searah dengan jarum jam untuk

nilai tegangan di bawah 0,7 Volt.

Gambar 3. Arah kincir searah jarum jam

Dan untuk nilai tegangan di bawah 180

mV, kincir tidak berputar.

Gambar 4. Kincir tidak berputar

Percobaan Ketiga

Pada percobaan ketiga didapatkan

hasil sebagai berikut.

Grafik 3. Plot tegangan terhadap beda suhu pada air

(Efek Peltier)

Pada pengukuran beda temperature

air, didapatkan persamaan garis regresi

sebagai berikut.

y = - 41,88x + 235 (4)

Sehingga didapatkan koefisien

Seebeck sebesar -41,88 V/K.

Grafik 4. Plot Tegangan Terhadap Beda Suhu pada

Kaki Reversible Thermoelectric Demonstrator

(Efek Peltier)

Pada pengukuran beda temperature

kaki Reversible Thermoelectric

Demonstrator, didapatkan persamaan garis

regresi sebagai berikut.

y = 46,46x – 61,31 (5)

sehingga didapatkan koefisien Seebeck sebesar

46,46 V/K.

IV. Pembahasan

Pada percobaan yang pertama kita

mendapatkan nilai koefisien Seebeck pada

pengukuran di air bila dibandingkan dengan

pengukuran di kaki Reversible

Thermoelectric Demonstrator didapatkan

hasil yang berlawanan tanda. Pada

pengukuran di air, nilai koefisien Seebeck

bertanda positif. Sementara pada pengukuran

di kaki Reversible Thermoelectric

Demonstrator nilai koefisien Seebeck

bertanda negatif.

Pada percobaan ketiga didapatkan

koefisien Seebeck pada pengukuran di air

dan di kaki Reversible Thermoelectric

Demonstrator bertanda positif.

Hasil dari percobaan pertama dan ketiga

memiliki nilai koefisien Seebeck yang

berbeda-beda dikarenakan pengukuran yang

dilakukan dipengaruhi oleh pengaruh suhu,

lingkungan dan kesalahan waktu pembacaan

data.

Metode pengukuran yang paling baik

adalah metode pengukuran pada air.

Pengukuran pada air menghasilkan data yang

lebih baik dibandingkan dengan pengukuran

pada kaki Reversible Thermoelectric

Demonstrator dikarenakan pengukuran pada

kaki Reversible Thermoelectric

Demonstrator banyak dipengaruhi oleh suhu

lingkungan, sedangkan pengukuran pada air

cenderung dipengaruhi oleh suhu air.

Pada percobaan pertama didapatkan

nilai koefisien Seebeck pada pengukuran di

air sebesar 0,02092 V/K dan pada

pengukuran di kaki Reversible

Thermoelectric Demonstrator sebesar -

0,003864 V/K.

Pada percobaan ketiga didapatkan

nilai koefisien Seebeck pada pengukuran di

air sebesar -41,88 V/K dan pada

pengukuran di kaki Reversible

Thermoelectric Demonstrator sebesar 46,46

V/K.

Jika semikonduktor diberi beda

temperature maka fenomena dari efek

Seebeck akan terjadi. Perbedaan temperatur

ini menyebabkan elektron dari

semikonduktor tipe-n pindah menuju hole

yang berada di semikonduktor tipe-p.

Perpindahan elektron tersebut yang

menyebabkan terjadi nya arus listrik dan

tegangan listrik.

Pada semikonduktor, fenomena efek

Peltier-pun dapat terjadi. Saat sambungan

logam dialiri arus listrik, maka terjadi

perpindahan elektron pada sambungan

logam. Perpindahan elektron pada

sambungan inilah yang akan menyebabkan

perbedaan temperature pada sambungan.

Setiap logam memiliki nilai koefisien

Seebeck yang berbeda-beda. Hal ini

disebabkan setiap logam memiliki nilai

konduktivitas termal yang berbeda masing-

masingnya.

Konduktivitas termal adalah besaran

intensif bahan yang menunjukkan

kemampuannya untuk menghantarkan

panas. Semakin besar nilai konduktivitas

termalnya, semakin besar pula kemampuan

oleh bahan tersebut menghantarkan panas[3].

Pada koefisien Seebeck positif akan

dihasilkan beda potensial yang bertanda

positif. Sebaliknya, pada nilai negatif akan

dihasilkan beda potensial yang negatif.

Prinsip kerja dari termokopel yaitu

adanya perbedaan panas yang akan

menghasilkan tegangan listrik, hal ini

disebut sebagai efek termoelektrik

Kemudian mengapa menggunakan logam

yang berbeda, karena untuk melengkapi

sirkuit akan menghasilkan tegangan yang

berbeda pula, meninggalkan perbedaan

kecil tegangan yang memungkinkan kita

untuk melakukan pengukuran.

Dalam dunia industri, termokopel

dijadikan sebagai transduser pada tungku

pencairan logam. Termokopel akan

memberikan feedback berupa tegangan

yang dapat dimanfaatkan oleh sistem yang

lebih cerdas untuk menanggapi tiap

kenaikan atau penurunan suhu pada object

yang diukur. Dalam dunia industri,

termokopel sangat penting adanya, yang

digunakan dalam industri besi dan baja,

pengaman pada alat-alat panas dan

pembangkit listrik tenaga panas

radioisotop[4].

V. Simpulan

Beda potensial dapat dihasilkan daro

perbedaan suhu pada sambungan dua logam.

Sambungan dua logam yang dialiri arus

listrik akan mengakibatkan perbedaan

temperature pada sambungan tersebut. Nilai

koefisien Seebeck dari Reversible

Thermoelectric Demonstrator yang di

dapatkan dari percobaan sekitar 0,02092

V/K.

VI. Pustaka

[1]

http://www.mhtl.uwaterloo.ca/images/

Seebeck_Device.jpg

(diakses tanggal 13 Oktober 2013 pukul

20.32)

[2]

http://media.treehugger.com/assets/i

mages/2011/10/thermoelectric-

cooling-diagram-081001.jpg

(diakses tanggal 13 Oktober 2013 pukul

20.55)

[3]

http://gurumuda.net/tag/pengertian-

konduktivitas-termal

(diakses tanggal 13 Oktober 2013 pukul

21.45)

[4]

http://echo-

corner.blogspot.com/2012/03/termoko

pel-dalam-dunia-elektronika.html

(diakses tanggal 13 Oktober 2013 pukul

21.58)