[Modul 01] Rahma Dhani Prasetiyawati_10213060_Shift 6

7/24/2019 [Modul 01] Rahma Dhani Prasetiyawati_10213060_Shift 6

http://slidepdf.com/reader/full/modul-01-rahma-dhani-prasetiyawati10213060shift-6 1/8

MODUL 01

TERMOELEKTRIKRahma Dhani Prasetiyawati, Yulistiani Dewi Indriasari, Fikri Khairi, Nabilah Zuhairah, Wahyu

Sulaiman Suryanegara

10213060, 10213005, 10213030, 10213050, 10212023

Program Studi Fisika, Institut Teknologi Bandung, IndonesiaEmail: [email protected]

Asisten: Vessabhu Wijaya Kusumah/ 10211026Tanggal Praktikum: 07-10-2015

AbstrakTermoelektrik merupakan konversi langsung dari panas menjadi listrik atau sebaliknya. Termoelektrik

terdiri dari tiga efek: efek Seebeck, efek Peltier, dan efek Thomson. Pada praktikum ini, kita akan mengamati

fenomena yang terjadi pada efek Seebeck dan efek Peltier serta menentukan koefisien Seebeck untuk efek Seebeck

dan efek Peltier dari air dan kaki Reversible Thermoelectric Demonstrator (RTD). Untuk percobaan pertama,

kaki-kaki RTD dimasukkan ke air panas dan air dingin kemudian nilai tegangan serta temperatur dari air dan

kaki-kaki RTD dicatat setiap lima detik selama tiga menit. Pada percobaan kedua, RTD dihubungkan dengan

sebuah sumber tegangan DC dan kaki-kakinya dimasukkan ke dalam air yang memiliki suhu yang sama selama40 menit. Setelah itu, tegangan serta temperatur dari air dan kaki-kaki RTD dicatat dengan selang waktu lima

detik selama tiga menit. Hipotesis dari percobaan ini adalah adanya beda potensial saat kaki-kaki RTD masing-

masing dicelupkan ke air panas dan air dingin serta pada percobaan kedua, terdapat perbedaan nilai temperatur

air di masing-masing wadah setelah dialiri arus listrik akibat adanya panas yang dihasilkan oleh RTD. Hasil

dari percobaan ini menunjukkan kesesuaiannya dengan hipotesis. Koefisien Seebeck bernilai positif kecuali pada

percobaan efek Seebeck di air.

Kata kunci: Peltier, Seebeck, tegangan, temperatur, termoelektrik.

I.

Pendahuluan

Praktikum modul Termoelektrik bertujuanuntuk mengamati fenomena yang terjadi padaefek Seebeck dan efek Peltier serta

menentukan koefisien Seebeck untuk efekSeebeck dan efek Peltier dari air dan kaki

Reversible Thermoelectric Demonstrator (RTD).

Termoelektrik merupakan konversilangsung dari panas menjadi listrik atausebaliknya. Termoelektrik terdiri dari tiga efek:

efek Seebeck, efek Peltier, dan efek Thomson.Efek Seebeck adalah munculnya beda

tegangan di antara dua titik pada konduktor

atau semikonduktor yang merupakan efek dari beda suhu antara dua titik tersebut. Sedangkan

koefisien Seebeck menyatakan perubahantegangan termoelektrik pada tiap unit

perbedaan suhu di kedua ujung logam tersebut.Hubungan besarnya tegangan dan temperaturyang terukur dapat dirumuskan dalam

persamaan berikut:

Keterangan:

S : koefisien Seebeck

V : beda potensial/tegangan (V)

T : selisih temperatur (C)

Gambar 1. Percobaan untuk menunjukkan efek

Seebeck [1]

mailto:[email protected]






Koefisien Seebeck dapat memiliki tanda positif atau negatif. Tanda koefisien Seebeck

menunjukkan potensial ujung dingin terhadapujung panas. Apabila elektron berdifusi dariujung panas ke ujung dingin, maka ujung

dingin memiliki potensial negatif. Bila ujung

dingin berpotensial negatif, maka koefisienSeebecknya bernilai negatif. Berlaku jugasebaliknya.

Efek Peltier merupakan kebalikan dari efekSeebeck. Ketika arus listrik diberikan padasambungan logam yang berbeda, terjadi

perbedaan suhu di antara ujung-ujungsambungan logam tersebut. Salah satu

ujungnya panas sedangkan ujung lainnyadingin.

Gambar 2. Percobaan untuk menunjukkan efek

Peltier [1] Pada praktikum ini digunakan material

semikonduktor yang saling terhubung pada

RTD yaitu sambungan semikonduktor tipe-ndan tipe-p. Pada semikonduktor tipe-n, elektron

bertindak sebagai pembawa muatan mayoritas.Sedangkan semikonduktor tipe-p didominasioleh hole. Sambungan semikonduktor tipe-n

dan tipe-p ini kemudian ujung-ujungnya

dihubungkan dengan logam yang dipanaskandan didinginkan. Penggunaan materialsemikonduktor pada konfigurasi tersebut dapatmeningkatkan konversi energi daripada hanya

menggunakan logam.

Gambar 3. Mekanisme aliran elektron dan hole

serta arus pada percobaan termoelektrik [2]

II.

Metode Percobaan

Pada praktikum ini, dua percobaandilakukan. Percobaan pertama untuk

mengamati fenomena efek Seebeck dan percobaan kedua untuk mengamati fenomenaefek Peltier.

Pada percobaan pertama, segelas airterlebih dahulu dipanaskan hingga mencapai

suhu sekitar 80C. Setelah itu, air yang telahdipanaskan dimasukkan ke dalam gelas dan

pada gelas lainnya dimasukkan air dan es batu.RTD diletakkan di antara dua gelas tersebutdan kaki RTD dipastikan terendam oleh air di

masing-masing gelas. Empat probe Logger Pro dipasang untuk mengukur temperatur di air

panas, kaki RTD panas, air dingin, dan kakiRTD dingin. Nilai beda tegangan sertatemperatur dari air dan kaki-kaki RTD dicatatsetiap lima detik selama tiga menit. Setelah ituditentukan perbedaan suhu di antara air panas

dan air dingin serta di antara kaki panas dankaki dingin dari RTD.

Pada percobaan kedua, RTD dihubungkandengan sebuah sumber tegangan DC yangtegangan keluarannya tidak lebih dari 5 V dan

arus yang keluar tidak melebihi 2A. Kaki-kakidari RTD dimasukkan ke dalam dua gelas yang

berisi air bertemperatur sama. Diamkan selama30-45 menit lalu putuskan hubungan antaraRTD dengan sumber tegangan. Empat probe

Logger Pro kembali dimasukkan ke dalammasing-masing air dan dihubungkan dengan

masing-masing kaki RTD. Setelah itu, bedategangan serta beda temperatur dari air dankaki-kaki RTD dicatat dengan selang waktu

lima detik selama tiga menit.Hipotesis untuk percobaan pertama adalah

adanya beda tegangan yang dihasilkan saatkaki-kaki RTD dimasukkan ke dalam gelasyang masing-masing berisi air panas dan air

dingin yang nilainya bergantung pada koefisien



Seebeck. Hipotesis untuk percobaan keduaadalah terjadinya perbedaan temperatur di

antara kedua air yang awalnya memilikitemperatur yang sama akibat adanya bedategangan yang dihubungkan ke RTD.

III.

Data dan Pengolahan Dataa)

Fenomena Efek Seebeck

Data percobaan untuk mengamatifenomena efek Seebeck terdapat pada Tabel 1(terlampir). Data dari tabel tersebut kemudiandiolah menjadi grafik perubahan tegangan

terhadap perubahan suhu air untuk efekSeebeck seperti pada Gambar 4 di bawah ini.

Gambar 4. Grafik perubahan tegangan terhadap

perubahan suhu air pada efek Seebeck Dari Gambar 4, terlihat bahwa beda

tegangan berbanding terbalik dengan

perbedaan temperatur dimana saat terjadikenaikan beda temperatur, nilai beda tegangan

mengalami penurunan. Grafik yang dihasilkancukup baik dengan nilai R-square sebesar0,9306. Nilai koefisien Seebeck yang

didapatkan dari regresi adalah -0,01227 V/C.Hal ini menunjukkan bahwa di air dingin

potensialnya negatif.


perubahan suhu kaki pada efek Seebeck

Gambar 5 merupakan plot perubahantegangan terhadap perubahan suhu di kaki-kaki

RTD untuk efek Seebeck. Grafik yangdihasilkan cukup baik dengan nilai R-square

sebesar 0,8184. Nilai koefisien Seebeck yang

didapatkan dari regresi adalah 0,01151 mV/C.Hal ini menunjukkan bahwa di kaki dingin

potensialnya positif.

b)

Fenomena Efek Peltier

Data percobaan untuk mengamatifenomena efek Seebeck terdapat pada Tabel 2(terlampir). Data dari tabel tersebut kemudiandiolah menjadi grafik perubahan tegangan

terhadap perubahan suhu air untuk efek Peltierseperti pada Gambar 6 di bawah ini.


perubahan suhu air pada efek Peltier Grafik yang dihasilkan (Gambar 6) tidak

cukup baik dengan nilai R-square sebesar0,04164. Hal ini akibat nilai perubahan

temperatur yang relatif sama untuk setiapwaktu sehingga didapatkan beberapa nilai bedategangan untuk beda temperatur yang sama.

Nilai koefisien Seebeck yang didapatkan dari

regresi adalah 2,505 mV/C. Hal inimenunjukkan bahwa di air dingin potensialnya

positif.


perubahan suhu kaki pada efek Peltier



Gambar 7 merupakan plot perubahantegangan terhadap perubahan suhu di kaki-kaki

RTD untuk efek Peltier. Grafik yang dihasilkancukup baik dengan nilai R-square sebesar0,6347. Nilai koefisien Seebeck yang

didapatkan dari regresi adalah 9,781 mV/C.

Hal ini menunjukkan bahwa di kaki dingin potensialnya positif.

c)

Pengolahan Data

Hasil pengolahan data dari percobaan pertama dan kedua berupa nilai regresi dari

masing-masing kurva dapat dilihat pada Tabel3 berikut ini.Tabel 3. Nilai koefisien Seebeck untuk efek Seebeck

dan efek Peltier pada kaki RTD dan air

Koefisien

Seebeck (S)Kaki RTD Air

Efek Seebeck 0,01151 -0,01227Efek Peltier 9,781 2,505

IV.

Pembahasan

Hasil yang diperoleh dari percobaan pertama (efek Seebeck) dan kedua (efekPeltier) menunjukkan hasil yang berbeda-beda.

Nilai koefisien Seebeck yang diperoleh

terdapat pada Tabel 3. Nilai yang berbeda iniakibat dari kondisi untuk tiap percobaan yang

juga berbeda. Pada percobaan efek Seebeck diair, terdapat pengaruh dari wadah dan

lingkungan yang membuat nilai temperatur dan juga transfer temperatur ke kaki RTD sehinggaterjadi penurunan temperatur yang cukup

cepat. Pada percobaan efek Seebeck di kakiRTD, terdapat pengaruh dari perbedaantemperatur air dan es yang membuat perbedaan

temperatur di kaki RTD semakin besar. Untukkenaikan nilai tegangan yang sama, koefisien

Seebeck di air akan bernilai negatif karenaadanya penurunan nilai perbedaan suhu di air

dan koefisien Seebeck di kaki RTD bernilai positif karena terjadinya kenaikan nilai

perbedaan temperatur di kaki-kaki RTD.Pada percobaan efek Peltier, nilai

perbedaan suhu di air dan di kaki RTD selalumengalami kenaikan seiring dengan

bertambahnya beda potensial. Hal ini yangmembuat koefisien Seebeck pada perccobaan

efek Peltier bernilai positif.Metode yang lebih baik digunakan untuk

mendapatkan koefisien Seebeck adalah

menggunakan metode efek Seebeck dengan pengukuran di kaki RTD. Posisi kaki RTD

lebih dekat dengan semikonduktor yang beradadalam RTD sehingga nilai temperaturnya tidak

berbeda jauh dengan nilai temperatur logam

dalam RTD. Pengukuran menggunakan air

kurang begitu akurat karena air berhubunganlangsung dengan lingkungan sehinggatemperaturnya dapat terpengaruh olehtemperatur wadah dan juga udara sekitar.Selain itu, percobaan efek Seebeck lebih baikdigunakan dalam mencari koefisien Seebeck

dibandingkan dengan percobaan efek Peltierkarena pada percobaan efek Seebeck nilai

perbedaan temperaturnya cukup jauh sehinggadidapatkan nilai beda tegangan yang lebihakurat dibandingkan dengan efek Peltier yang

nilai perbedaan temperaturnya cukup kecil

akibat terbatasnya nilai tegangan masukan keRTD. Selain itu, percobaan efek Peltiermembutuhkan waktu yang lebih lamadibandingkan dengan percobaan efek Seebeck.

Koefisien Seebeck yang didapatkan bertanda positif untuk percobaan efek Seebeck

di kaki RTD dan percobaan efek Peltier di airdan kaki RTD. Koefisien bertanda negatifuntuk percobaan efek Seebeck di air. Hal ini

menunjukkan bahwa nilai beda potensial akannaik seiring dengan naiknya perbedaan

temperatur untuk percobaan selain efek

Seebeck di air. Sedangkan pada percobaan efekSeebeck di air sendiri nilai beda potensial akanmengalami penurunan saat terjadi kenaikan

perbedaan temperatur.

Terdapat beberapa logam yang memilikikoefisien Seebeck positif dan beberapa logamyang memiliki koefisien Seebeck negatifkarena nilai koefisien Seebeck bergantung pada

bahan dan konfigurasi elektronnya. Pada

semikonduktor tipe-p, koefisien Seebeck bernilai positif. Pada semikonduktor tipe-n,

koefisien Seebecknya bertanda negatif.

Termoelektrik beserta kebalikannya dapatterjadi karena adanya konfigurasi tertentu pada

pembawa muatan yang menyusun bahantersebut. Pada semikonduktor tipe-n, ketika

dipanaskan elektron cenderung berdifusi padasisi yang lebih dingin sehingga sisi ini tampak

bermuatan negatif sedangkan sisi yang lebih

panas tampak bermuatan positif. Padasemikonduktor tipe-p, hole cenderung berdifusi



di sisi yang lebih dingin sehingga sisi initampak bermuatan positf sedangkan sisi yang

lebih panas tampak bermuatan negatif. Ketikasemikonduktor tipe-p dan tipe-n disambungsecara seri, elektron dapat mengalir sehingga

akan muncul arus.

Beda potensial pada efek Seebeck dan efekPeltier memiliki nilai yang berbeda karena

beda potensial pada efek Seebeck hanyadipengaruhi oleh perbedaan temperatur.Sedangkan pada efek Peltier, nilai beda

potensial dipengaruhi oleh sumber tegangan

yang dihubungkan di awal percobaan dan juga perubahan temperatur yang terjadi pada RTD.

Koefisien pada hasil percobaan efek Peltierdisebut juga sebagai koefisien Seebeck karena

besarannya sama. Koefisien Peltier merupakan

perbandingan beda tegangan dengan perbedaan

temperatur begitu pun koefisien Seebeck. Namun, koefisien Peltier memiliki koefisienyang berbeda tanda dengan koefisien Seebeckkarena prosesnya merupakan kebalikan dari

efek Seebeck.Salah satu aplikasi dari termoelektrik

adalah thermocouple meter yang digunakanuntuk mengukur tegangan. Prinsip kerja alat inidapat dilihat pada Gambar di bawah ini. Sinyal

tegangan AC yang terukur akan dialirkan padasuatu elemen kecil. Hal ini akan membuat

elemen tersebut memanas dan perbedaan

temperaturnya diukur oleh termokopel.Tegangan DC yang terbentuk di termokopelkemudian dialirkan menuju kumparan yangdapat bergerak. Bacaan pada kumparan berupa

nilai r.m.s yang nilainya berbeda dan tidaklinear dengan tegangan yang terukur. Sinyaldengan tegangan yang sangat tinggi, sampai 50MHz, dapat diukur menggunakan alat ini.[3]

Gambar 8. Thermocouple meter [3]

V.

Kesimpulan

Dua dari tiga efek termoelektrik dalah efekSeebeck dan efek Peltier. Pada efek Seebeck,

terjadi beda tegangan di ReversibleThermoelectric Demonstrator (RTD) akibat

adanya perbedaan nilai temperatur. Pada efekPeltier, terjadi perbedaan temperatur akibatadanya beda tegangan yang dihubungkan ke

RTD. Nilai koefisien Seebeck untuk masing-

masing percobaan menunjukkan nilai yang berbeda. Pada percobaan efek Seebeck,didapatkan nilai koefisien Seebeck sebesar -

0,01151 mV/C untuk pengukuran di kaki

RTD dan 0,01227 mV/C untuk pengukuran diair. Pada percobaan efek Peltier, didapatkan

nilai koefisien Seebeck sebesar 9,781 mV/Cuntuk pengukuran di kaki RTD dan 2,505

mV/C untuk pengukuran di air.

VI.

Pustaka

[1] Electropaedia. Semiconductors Without the

Quantum Physics. Tersedia:www.mpoweruk.com [10 Oktober 2015][2] Electropaedia. Direct Conversion of Heat

Energy to Electrical Energy Thermocouple Electric Generators. Tersedia:

www.mpoweruk.com [10 Oktober 2015][3] Morris, Alan S. 2001. Measurements and

Instrumentation Principles 3rd Edition. Oxford:Butterworth-Heinemann.



LampiranTabel 1. Data percobaan efek Seebeck

Waktu

(s)

Tair panas

(

C)

Tkaki panas

(

C)

Tair dingin

(

C)

Tkaki dingin

(

C)

Tair

(

C)

Tkaki RTD

(

C)

V

(Volt)

0 77.8 45.1 4.6 17.7 73.2 27.4 -1.0779

5 77.7 44.9 4.6 17.6 73.1 27.3 -1.07510 77.5 44.8 4.7 17.7 72.8 27.1 -1.074

15 77.4 44.5 4.7 17.7 72.7 26.8 -1.0724

20 77.2 44.2 4.7 17.7 72.5 26.5 -1.0706

25 77.2 44.3 4.8 18 72.4 26.3 -1.0687

30 77 44.5 4.8 17.9 72.2 26.6 -1.0679

35 76.8 44.6 4.9 17.9 71.9 26.7 -1.0667

40 76.6 44.6 4.7 17.9 71.9 26.7 -1.0662

45 76.5 44.9 4.6 17.8 71.9 27.1 -1.0649

50 76.4 45.1 4.8 17.8 71.6 27.3 -1.0642

55 76.3 45.3 4.9 17.7 71.4 27.6 -1.0628

60 76.2 45.8 4.8 17.5 71.4 28.3 -1.0617

65 76 45.9 4.9 17.4 71.1 28.5 -1.0597

70 75.8 46 4.8 17.3 71 28.7 -1.0584

75 75.7 46.1 4.7 17.1 71 29 -1.0574

80 75.7 46.2 4.9 17 70.8 29.2 -1.0557

85 75.5 46.2 4.9 16.9 70.6 29.3 -1.054

90 75.3 46.2 4.9 16.9 70.4 29.3 -1.0534

95 75.2 46.1 5 16.8 70.2 29.3 -1.0524

100 75.1 46.1 4.8 16.6 70.3 29.5 -1.0515

105 75 46.2 4.9 16.5 70.1 29.7 -1.0509

110 74.8 46.1 5 16.6 69.8 29.5 -1.0541

115 74.6 46.1 4.8 16.3 69.8 29.8 -1.0528

120 74.6 46.3 4.7 15.8 69.9 30.5 -1.053

125 74.5 46.4 4.6 15.3 69.9 31.1 -1.0531

130 74.4 46.5 4.6 15.1 69.8 31.4 -1.0527

135 74.3 46.7 4.5 15 69.8 31.7 -1.0524

140 74.1 46.8 4.6 15 69.5 31.8 -1.051

145 73.9 46.9 4.5 14.9 69.4 32 -1.0491

150 73.9 47.2 4.6 15 69.3 32.2 -1.0459

155 73.8 47.3 4.7 15.1 69.1 32.2 -1.0419

160 73.6 47.4 4.5 15.2 69.1 32.2 -1.0385

165 73.5 47.7 4.7 15.3 68.8 32.4 -1.0353

170 73.2 47.9 4.6 15.4 68.6 32.5 -1.0326

175 73.1 48.1 4.6 15.5 68.5 32.6 -1.0289

180 73 48.2 4.7 15.8 68.3 32.4 -1.0259



Tabel 2. Data percobaan efek Peltier

Waktu

(s)

Tair 1

(

C)

Tkaki 1

(

C)

Tair 2

(

C)

Tkaki 2

(

C)

Tair

(

C)

Tkaki RTD

(

C)

V

(mVolt)

0 23.6 25.6 26.4 28.5 2.8 2.9 86.29

5 23.6 25.6 26.4 28.5 2.8 2.9 79.02

10 23.6 25.6 26.3 28.4 2.7 2.8 75.2115 23.6 25.6 26.4 28.5 2.8 2.9 71.43

20 23.6 25.6 26.4 28.5 2.8 2.9 68.48

25 23.6 25.6 26.3 28.4 2.7 2.8 65.29

30 23.6 25.7 26.4 28.5 2.8 2.8 62.71

35 23.6 25.6 26.4 28.4 2.8 2.8 60.48

40 23.6 25.6 26.4 28.4 2.8 2.8 58.49

45 23.6 25.5 26.4 28.3 2.8 2.8 56.65

50 23.6 25.6 26.4 28.3 2.8 2.7 54.81

55 23.6 25.6 26.4 28.4 2.8 2.8 53.51

60 23.6 25.6 26.3 28.3 2.7 2.7 52.19

65 23.6 25.6 26.4 28.3 2.8 2.7 50.99

70 23.6 25.5 26.4 28.3 2.8 2.8 49.91

75 23.7 25.7 26.4 28.3 2.7 2.6 48.8

80 23.6 25.5 26.3 28.2 2.7 2.7 48

85 23.6 25.6 26.4 28.2 2.8 2.6 47.13

90 23.6 25.6 26.4 28.2 2.8 2.6 46.43

95 23.7 25.6 26.3 28.1 2.6 2.5 45.79

100 23.6 25.6 26.4 28.1 2.8 2.5 45.2

105 23.6 25.6 26.4 28 2.8 2.4 44.63

110 23.6 25.6 26.4 28.1 2.8 2.5 44.11

115 23.6 25.6 26.4 28 2.8 2.4 43.57

120 23.6 25.6 26.4 28 2.8 2.4 43.16

125 23.6 25.7 26.4 28 2.8 2.3 42.77

130 23.6 25.6 26.3 27.9 2.7 2.3 42.36

135 23.6 25.6 26.3 27.9 2.7 2.3 41.96

140 23.6 25.7 26.4 27.9 2.8 2.2 41.61

145 23.7 25.6 26.4 27.7 2.7 2.1 41.24

150 23.6 25.7 26.4 27.9 2.8 2.2 40.98

155 23.6 25.7 26.3 27.7 2.7 2 40.68

160 23.7 25.7 26.4 27.7 2.7 2 40.36

165 23.7 25.8 26.4 27.7 2.7 1.9 40.16

170 23.6 25.7 26.4 27.7 2.8 2 39.93

175 23.6 25.7 26.4 27.6 2.8 1.9 39.68

180 23.7 25.7 26.4 27.6 2.7 1.9 39.43

[Modul 01] Rahma Dhani Prasetiyawati_10213060_Shift 6

Documents

Transcript of [Modul 01] Rahma Dhani Prasetiyawati_10213060_Shift 6