LAPORAN AKHIR

PRAKTIKUM FISIKA ENERGI I

THERMOELECTRIC CONVERTER

Nama : Albert Agung Y H

NPM : 140310100034

Nama Partner : M Hafizh N E

NPM Partner : 140310100031

Hari / Tanggal : Selasa, 23 September 2014

Waktu : 10.30 – 13.00

Assisten : Agtri Henboral

LABORATORIUM FISIKA ENERGI

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS PADJADJARAN

2014

LEMBAR PENGESAHAN

THERMOELECTRIC CONVERTER

Nama : Albert Agung Y H

NPM : 140310100034

Nama Partner : M Hafizh N E

NPM Partner : 140310100031

Hari / Tanggal : Selasa, 23 September 2014

Waktu : 10.30 – 13.00

Assisten : Agtri Henboral

Jatinangor, 23 September 2014

Asisten,L.AWAL L.AKHIRPRESENTASI

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Pertimbangan penggunaan energi pada masa sekarang ini mencakup

banyak aspek, dahulu penggunaan energi hanya berorientasi pada

pemanfaatan energi sebesar- besarnya, tanpa memperhatikan efek samping

terhadap lingkungan akibat dari pemanfaatan energi tersebut. Dengan adanya

metode konservasi energi yang tepat, maka masa habisnya energi bahan bakar

fosil dapat diperpanjang. Misalnya pada sektor transportasi, efisiensi termal

yang ada pada kendaraan bermotor secara umum masih berlangsung cukup

rendah, hanya sebagian kecil yang bisa dimanfaatkan, selebihnya merupakan

panas buang yang mengalir ke lingkungan. Menyadari banyaknya energi

termal yang terbuang percuma ke atmosfir inilah, pemanfaatan konsep efek

thermoelektrik menjadi pilihan sebagai energi terbarukan untuk

mengkonversi energi termal yang terbuang menjadi energi listrik.

1.2. Identifikasi Masalah

Kebutuhuan energi yang meningkat, namun jumlah energi yang kurang

memadai. Membuat semua hal yang tidak terpikirkan menjadi bermanfaat,

salah satunya membuat perbedaan temperatur (energi termal) menjadi energi

listrik dengan menggunakan alat termoelektrik konverter

1.3. Tujuan

Mempelajari dan memahami efek Seebeck

Mempelajari dan memahami efek Peltier

Mempelajari dan memahami transfer energi

Memahami hukum termodinamika I dan hukum termodinamika II

I.4. Metoda Percobaan

Metode yang digunakan adalah metode penelitian dengan percobaan. Pada

percobaan kali ini digunakan PASCO scientific Thermoelectric Converter model

TD – 8556. Pada kedua kaki akan diberi suhu yang berbeda, yang satu dingin dan

satunya panas. Perbedaan temperatur ini menyebabkan beda potensial yang akan

menggerakan kipas pada alat peraga. Setelah itu kita dapat menentukan koefisien

seebeck dan koefisien peltier, serta dapat mengetahui hubungan percobaan ini

dengan hukum- hukum termodinamika.

I.5 Sistematika Penulisan

Laporan ini tersusun atas tiga bab yaitu : Bab I, berisi pendahuluan yang

menyertakan latar belakang, identifikasi masalah, tujuan percobaan, metoda

percobaan, sistematika penulisan dan waktu dan tempat percobaan. Bab II,

menuliskan tinjauan pustaka yang berisi tentang teori dan hukum-hukum yang

mendasari dari percobaan termoelektrik konverter. Bab III, metodologi percobaan

yang terdiri dari alat percobaan dan fungsinya, dan prosedur percobaan yang

menjelaskan langkah kerja dalam melakukan praktikum. Serta daftar pustaka

sebagai daftar refrensi teori yang dituliskan.

I.6 Waktu dan Tempat Percobaan

Hari/Tanggal : Selasa, 23 September 2014

Waktu : 10.30 – 13.30

Tempat : Laboratorium Energi Jurusan Fisika

FMIPA UNPAD

BAB II

TEORI DASAR

2.1 Prinsip Termodinamika

1. Hukum Termodinamika ke-Nol

- Berkenaan dengan kesetimbangan termal atau Konsep Temperatur.

2. Hukum Termodinamika I

- konsep energi dalam dan menghasilkan prinsip kekekalan energi.

- menegaskan ke ekivalenan perpindahan kalor dan perpindahan kerja.

3. Hukum Termodinamika II

- Memperlihatkan arah perubahan alami distribusi energi dan

memperkenalkan prinsip peningkatan entropi.

Pernyataan Clausius :

Terdapat dua pernyataan dari hukum termodinamika kedua pernyataan

Kelvin -Plank, yang diperuntukkan untuk mesin kalor, dan pernyataan Clausius,

yang diperuntukkan untuk mesin pendingin/pompa kalor. Pernyataan Clausius

dapat di ungkapkan sebagai berikut :

“Adalah tidak mungkin membuat sebuah alat yang beroperasi dalam

sebuah siklus tanpa adanya efek dari luar untuk mentransfer panas dari media

bertemperatur rendah ke media bertemperatur tinggi.”

Telah diketahui bahwa panas akan berpindah dari media bertemperatur

tinggi ke media bertemperatur rendah. Pernyataan Clausius tidak

mengimplikasikan bahwa membuat sebuah alat siklus yang dapat memindahkan

panas dari media bertemperatur rendah ke media bertemperatur tinggi adalah

tidak mungkin dibuat. Hal tersebut mungkin terjadi asalkan ada efek luar yang

dalam kasus tersebut dilakukan/diwakili oleh kompresor yang mendapat energi

dari energi listrik misalnya. Salah satu aplikasi dari hukum kedua thermodinamika

adalah pemanfaatan Thermoelektrik dalam mengkonversikan energi panas

menjadi energi listrik atau sebaliknya.

2.2 Pengertian Termoelektrik

Teknologi termoelektrik adalah teknologi yang bekerja dengan

mengkonversi energi panas menjadi listrik secara langsung (generator

termoelektrik), atau sebaliknya, dari listrik menghasilkan dingin (pendingin

termoelektrik). Untuk menghasilkan listrik, material termoelektrik cukup

diletakkan sedemikian rupa dalam rangkaian yang menghubungkan sumber panas

dan dingin. Dari rangkaian itu akan dihasilkan sejumlah listrik sesuai dengan jenis

bahan yang dipakai.

Prinsip kerja dari Termoelektrik adalah dengan berdasarkan Efek Seebeck

yaitu Jika 2 buah logam yang berbeda disambungkan salah satu ujunganya,

kemudian diberikan suhu yang berbeda pada sambungan, maka terjadi perbedaan

tegangan pada ujung yang satu dengan ujung yang lain. Fenomena termoelektrik

pertama kali ditemukan tahun 1821 oleh ilmuwan Jerman, Thomas Johann

Seebeck. Ia menghubungkan tembaga dan besi dalam sebuah rangkaian. Di antara

kedua logam tersebut lalu diletakkan jarum kompas. Ketika sisi logam tersebut

dipanaskan, jarum kompas ternyata bergerak. Belakangan diketahui, hal ini terjadi

karena aliran listrik yang terjadi pada logam menimbulkan medan magnet. Medan

magnet inilah yang menggerakkan jarum kompas. Fenomena tersebut kemudian

dikenal dengan efek Seebeck.

2.3 Efek Seebeck

Efek Seebeck merupakan efek munculnyategangan kecil pada sambungan dua

buahlogam atau semikonduktor karena perbedaantemperatur dua logam atau

semikonduktor tersebut. Tegangan yang muncul padasambungan bahan berbanding lurus

dengan beda temperatur pada kedua bahan. Semakin besar beda temperatur,

semakin besar teganganyang didapat. Secara matematis, dapat dituliskan:

ΔT ---> ΔE .................................................(2.1)

Keterangan :

ΔE= Tegangan yang dihasilkan (V)

ΔT = Perbedaan temperatur (K)

Konstanta kesebandingan dari tegangan dan perubahan temperatur disebut

koefisienSeebeck (S). Sehingga rumus (1) dapat ditulismenjadi:

ΔE = S. ΔT .............................................................(2.2)

Keterangan

S = Koefisien Seebeck (V/K)

Secara fisis, efek Seebeck terjadi karena pembawa muatan listrik pada bahan

akancenderung bergerak karena adanya perbedaan panas. Dengan hal ini dan sifat logam

dansemikonduktor yang pembawa muatan didalamnya dapat bergerak bebas maka

efek Seebeck terjadi. Ilustrasi yang menjelaskan halini dapat dilihat di Gambar 1.

Gambar 2.1. Skema Efek Seebeck

Seperti sudah disinggung sebelumnya, efek termoelektrik juga dipegaruhi oleh efek Peltier.Efek

Peltier merupakan peristiwa dimana pemberian arus pada sambungan logam yangsama

menghasilkan perbedaan temperatur padakedua ujung logam. Hal ini menyebabkanterdapat

logam yang memiliki temperatur lebihtinggi (panas) dan logam dengan temperatur lebih rendah

(dingin). Ilustrasi efek Peltier dapat dilihat pada Gambar 2

Gambar 2.2. Skema Efek Peltier

BAB III

PROSEDUR PERCOBAAN

3.1. Alat dan Bahan

1. Bejana 3 buah untuk menempatkan air panas,air dingin dan campuran

air panas dan dingin.

2. DC power supplay dengan kemampuan 5 volt dan 3 ampere

3. Kawat (kabel) sebagai penghubung

Alat yang direkomendasikan:

1. TD-8556 steam generator

2. SF-9584 AC/DC low volted power supply or Sf-9582 AC/DC Power

supplay

3. SE 9750 dan SE 9751 banana plug Patch Cords

4. Digital thermometer (such as PASCO Modol SB 9631 or Model SE-

9086)

3.2. Prosedur

A. Efek seebeck

1. Menyiapkan 2 buah gelas

2. Gelas yang satu diisi air panas,dan yang satu lagi diisi air dingin

3. Menempatkan tombol pada posisi di atas

4. Menyiapkan 1 buah amperemeter dan 1 voltmeter

5. Membuat rangkaian seperti pada gambar

6. Menyiapkan dua buah termometer

7. Mengamati suhu masing-masing gelas yang berisi air setiap selang

waktu yang sama serta mengukur tegangan dan arusnya

8. Mengganti air dalam kedua gelas dengan air panas

9. Menambahkan es sedikit demi sedikit ke dalam salah salah satu gelas,

melakukan seperti no 7 mengamati suhu,tegangan dan arus.

B. Efek Peltier

1. Memperhatikan gambar 3

2. Mengalirkan arus

3. Mencatat perbedaan suhu kedua kaki untuk beberapa arus dan

tegangan yang diberikan (tegangan tidak melebihi 5volt, arus tidak

melebihi 3 ampere)

BAB IV

DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Percobaan

4.1.1 Efek Seebeck Percobaan 1

4.1.2 Efek Seebeck Percobaan 2

4.1.3 Efek Peltier

NoWaktu(s

)Tegangan

(V)Arus (A)

Suhu Panas (ᵒC)

Suhu Dingin (ᵒC)

0 -     67 51 30 204 0 65 52 60 143 0 64 53 90 78 0 63 54 120 23 0 62 55 150 120 0 61 56 180 168 0 60 57 210 146 0 59 58 240 135 0 59 59 270 173 0 58 510 300 170 0 57 5

NoWaktu(s

)Tegangan

(V)Arus (A)

Suhu Panas (ᵒC)

Suhu Dingin (ᵒC)

0 - 23 0 12 71 30 16 0 12 72 60 56.7 0 12 63 90 78 0 12 54 120 52 0 12 35 150 58 0 12 16 180 49 0 12 17 210 38 0 12 18 240 41 0 12 0.59 270 21.5 0 12.5 0.510 300 4.7 0 12.5 0

4.2

Perhitungan Data

4.2.1 Menghitung Besar Koefisien Seebeck

E = S . ΔT ...............................................................................(4.1)

Contoh Perhitungan :

204 V = S. (65ᵒC- 5ᵒC)

S = 204 V/ 60ᵒC

= 3.40 V/ᵒC

Dengan perhitungan yang sama didapatkan :

Percobaan 1No

Waktu(s)

Tegangan (V)

Arus (A)

Suhu Panas (ᵒC)

Suhu Dingin (ᵒC)

Koef Seebeck (V/ᵒC)

0 -     67 5  1 30 204 0 65 5 3.402 60 143 0 64 5 2.423 90 78 0 63 5 1.344 120 23 0 62 5 0.405 150 120 0 61 5 2.146 180 168 0 60 5 3.057 210 146 0 59 5 2.708 240 135 0 59 5 2.509 270 173 0 58 5 3.2610 300 170 0 57 5 3.27

NoWaktu(s

)Tegangan

(V)Arus (A)

Suhu Panas (ᵒC)

Suhu Dingin (ᵒC)

0 15

3 0.015

27 271 30 27.5 272 45 27.5 273 60 27.5 274 75 26.5 285 90 26.5 286 105 26 28.57 120 26 29

Percobaan 2Koef Seebeck (V/ᵒC)N

oWaktu(s

)Tegangan

(V)Arus (A)

Suhu Panas (ᵒC)

Suhu Dingin (ᵒC)

0 - 23 0 12 7 4.601 30 16 0 12 7 3.202 60 56.7 0 12 6 9.453 90 78 0 12 5 11.144 120 52 0 12 3 5.785 150 58 0 12 1 5.276 180 49 0 12 1 4.457 210 38 0 12 1 3.458 240 41 0 12 0.5 3.579 270 21.5 0 12.5 0.5 1.7910 300 4.7 0 12.5 0 0.38

4.2.2 Menghitung Besar Koefisien Peltier

Q = ᶲ . I ..........................................................................................(4.2)

Dimana :

Q = S . I . ΔT...................................................................................(4.3)

Maka :

ᶲ = S . ΔT ........................................................................................(4.4)

Keterangan :

Q = Kalor

ᶲ = Koefisien Peltier

ΔT = Perubahan Suhu

Contoh Perhitungan :

S = 3 Volt / (27.5 ᵒC – 27 ᵒC)

= 6 V/ᵒC

ᶲ = 6 V/ᵒC (0.5ᵒC)

= 3 V

Dengan perhitungan yang sama didapatkan :

N

o

Waktu(s

)

Teganga

n (V)

Aru

s (A)

Suhu

Pana

s (ᵒC)

Suhu

Dingi

n (ᵒC)

Koef

Seebeck

(V/K)

Q Koefisien

Peltier

(J/A)

0 15

30.01

5

27 27 - -  

1 30 27.5 27 6.00 0.045 3

2 45 27.5 27 6.00 0.045 3

3 60 27.5 27 6.00 0.045 3

4 75 26.5 28 2.00 0.045 3

5 90 26.5 28 2.00 0.045 3

6 105 26 28.5 2.00 0.045 3

7 120 26 29 1.00 0.045 3

4.3 Grafik

4.3.1 Grafik Hubungan V terhadap I Percobaan 1

51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 610

50

100

150

200

250

f(x) = − 3.66352201257862 x + 340.424528301887R² = 0.0345419484028333

Grafik Hubungan V terhadap T

Suhu ᵒC

Tegang

an (V

)

4.3.2 Grafik Hubungan V terhadap I Percobaan 2

4 5 6 7 8 9 10 11 12 130

102030405060708090

f(x) = − 1.04910858995138 x + 49.4418152350081R² = 0.0195784891980201

Grafik Hubungan V terhadap T

Suhu ᵒC

Tegang

an (V

4.3.3 Grafik Hubungan Koefisien Seebeck terhadap perubahan suhu

percobaan 1

51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 610

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

f(x) = − 0.117384713002471 x + 9.00072230408083R² = 0.107220712715139

Grafik Koefisien Seebeck terhadap perubahan Suhu

Perbedaan Suhu

Koefi

sien Seeb

eck

4.3.4 Grafik Hubungan Koefisien Seebeck terhadap perubahan suhu

percobaan 2

4 5 6 7 8 9 10 11 12 130

2

4

6

8

10

12

f(x) = − 0.588567318425537 x + 10.2300578474003R² = 0.298311509917714

Grafik Koefisien Seebeck terhadap perubahan Suhu

Perubahan Suhu

Koefi

sien Seeb

eck

4.4 Analisa

Pada Percobaan pertama kita mencoba efek seebeck, karena efek seebeck

merupakan perubahan temperatur yang menjadi beda potensial listrik maka pada

percobaan kami memberikan suhu yang berbeda pada kedua kaki, yang satu panas

dan yang satunya dingin. Perbedaan suhu ini kemudian menghasilkan beda

potensial yang berbanding lurus dengan perbedaan suhu yang diberikan. Semakin

besar perbedaan suhu pada kedua kaki, semakin besar pula beda potensial yang

dihasilkan. Juga sesuai teori dimana ΔT -> E, sehingga pada percobaan pertama

efek seebeck terlihat beda potensial yang dihasilkan cukup besar. Hal ini

dikarenakan suhu pada kaki pertama diberi panas hingga 65ᵒC, sedangkan kaki

kedua diberi panas 5ᵒC. Perbedaan suhu yang cukup besar ini mengakibatkan

potensial yang dihasilkan juga cukup besar.

Pada percobaan kedua efek seebeck, suhu yang diberikan pada kedua kaki

juga berbeda, namun pada kaki pertama kami menggabungkan suhu panas dan

suhu dingin dalam suatu wadah hingga mencapai suhu kesetimbangn 12ᵒC, suhu

ini bisa dikatakan stabil karena perubahannya untuk menjadi lebih panas hingga

mencapai suhu ruangan tidaklah cepat, maka dapat dikatakan suhu campuran ini

suhu kesetimbangan. Pada kaki kedua diberikan suhu yang sangat kecil, karena

dalam setiap selang waktu ditambahakan es batu maka pada kaki kedua ini suhu

yang diberikan berkurang seiring waktu hingga mencapai 0ᵒC. Perbedaaan suhu

yang tidak terlalu besar menghasilkan beda potensialyang tidak terlalu besar juga.

Sesuai dengan konsep ΔT -> E.

Pada percobaan ketiga yaitu efek peltier, arus yang merupakan penyebab

beda temperatur pada kedua kaki termoelektrik. Pada percobaan arus yang

diberikan adalah 0.015 A dan Tegangan yang diberikan 3 Volt. Perbedaan

temperarur ini kemudian menjadi energi listrik yang harusnya bisa menggerakan

kipas pada alat termoelektrik konverter. Namun perbedaan temperatur yang cukup

kecil ini ternyata tidak dapat menggerakan kipas. Pada hasil perhitungan koefisien

seebeck dan koefisien peltier, didapatkan hasil yang lebih besar pada koefisien

peltier. Koefisien seebeck hanya berkisar dibawah satu. Dapat kita analisa karena

koefisien seebeck merupakan hasil bagi antara beda potensial dengan suhu yang

sama- sama besar. Sedangkan koefisien peltier didapat dari hasil bagi kalor

dengan arus yang kecil, sehingga hasilnya lebih besar daripada koefisien seebeck.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Setelah melakukan praktikum, dapat diambil kesimpulan bahwa :

1. Efek Seebeck adalah perubahan dari perbedaan temperatur menjadi beda

potensial listrik.

2. Efek Peltier merupakan kebalikan dari efek seebeck. Koefisien peltier

menggambarkan seberapa banyak panas yang dialirkan tiap muatan

listrik. Walaupun arus listrik terus diberikan pada rangkaian, perbedaan

temperatur akan menemukan nilai yang konstan. Hal yang menarik adalah

efek yang diberikan pada saat transfer panas bergantung dari polaritas

arus yang diberikan, membalikkan arah arus listrik dapat merubah arah

transfer panas ke bagian yang lain.

3. Transfer energi erat kaitannya dengan hukum termodinamika.

4. Hukum termodinamika menyatakan suhu kesetimbangan termal, dan juga

menyatakan konsep transfer energi yang merupakan hukum kekekalan

energi.

5.2 Saran

Saranya agar waktu praktikum lebih lama lagi, dan kalau bisa untuk

termometernya pakai termometer digital.

DAFTAR PUSTAKA

http://www.tellurex.com/technology/seebeck- faq.php [dikutip 2014 Sept 22 Pukul 19.10]

Gambar Skema Efek Seebeck [gambar dari internet dikutip 2014 Sept 22 Pukul 18.38].

Didapat dari:http://en.wikipedia.org/wiki/File:Thermoelectric_Generator_Diagram.svg

Gambar Skema Efek Peltier[gambar dari internet dikutip 2014 Sept 22 Pukul 18.38]. Didapat

dari

:http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3b/Thermoelectric_Cooler_Diagram.svg