MODUL 3 TERMOELEKTRIK
MODUL 3
TERMOELEKTRIK
Moch. Arif Nurdin, Septia Eka M. P, Hanani Disi L, Robby Hidayat, M. Ilham
10211003, 10211022, 10211051, 10211063, 10211078
Program Studi Fisika, Institut Teknologi Bandung, Indonesia
Email : marifnurdin@gmail.com
Assisten : Fauzia P. Lestari / 10210085
Tanggal Praktikum : 10 – 10 – 2013
Abstrak
Termoelektrik merupakan alat untu menghasilkan potensial listrik berdasarkan perubhan kalor dan juga
sebaliknya. Aplikasi Termoelektrik sering kita gunakan dalam kehidupan sehari. Proses Termolektrik
dipengaruhi oleh efek seebek, efek peltier dan efek thompson. Pada efek seebek perbedaan temperatur pada
dua buah logam akan menghasilkan suatu beda potensial. Efek peltier berlaku sebaliknya, suatu beda
potensial pada suatu logam akan meghasilkan perbedaan suhu pada ujung-ujungnya. Reversible
Thermoelectric Demonstration (RTD) digunakan untuk mengamati arus listrik yang diakibatkan perbedaan
temperatur. Hubungan antara perubahan beda potensial dan peruabhan suhu terjadi secara linear. Gradien
garisnya menunjukkan besar dan arah dari koefiseien seebek. Koefisien seebek memiliki nilai dan arah yang
berbeda-beda yang diakibatkan dari perbedaan material semikonduktor yang digunakan.
Kata kunci : Efek Peltier, Efek Seebek, Koefisien Seebek, Temperatur
I.
Pendahuluan
Pada praktikum ini, kita akan
menghitung nilai koofesien seebek dan
mengamati gejala efek seebek dan peltier.
Termoelektrik
merupakan
suatu
alat/piranti untuk mengubah perubahan seuhu
menjadi suatu beda potensial, dan sebaliknya.
Termoelektrik dipengaruhi oleh tiga efek,
yaitu efek seebek, thompson dan peltier.
Efek seebek terjadi ketika suatu logam
dengan beda temperatur antara kedua ujung
nya. Ketika logam tersebut di sambung, maka
akan terjadi beda potensial diantara kedua
ujungnya. Efek ini digunakan dalam aplikasi
termokopel.
Gambar 1 Skema Efek Seebek pada suatu bahan
Efek peltier terjadi ketika dua buah
metal atau bahan semikonduktor di
saambungkan dan diberi beda potensial,
maka akan terjadi pelepasan dan penyerpan
kalor pada ujung – ujung bahan
konduktornya. Maka akan terdapat bagian
logam yang dingin dan panas. Selang waktu
perubahan tersebut tergantung dari besarnya
beda potensial yang kita berikan dan juga
dari koofesian semikonduktor tersebut.
Gambar 2 Skemat Efek Peltier pada suatu bahan
Efek thompson menjelaskan bahwa
proses pelepasan dan penyerapan kalor secara
bolak balik dalam batang homogen
berlangsung secara kontinu dikarenaan
adanya beda potensial. Gradien potensial ini
bergantung dari perubahan beda potensial per
perubahan suhunya.[1]
Pada semikonduktor, ketika tidak
diberikan energi (atau energinya kurang dari
batas minimumnya) maka elektron akan
tersimpan pada pita valensinya debngan
ikatan kovalaen yang cukup besar. Ketika
diberikan suatu energi, maka elektron
tersebut akan tereksitasi meninggalkan pita
valensi menuju pita konduksinya yang
selanjutnya akan menghasilkan arus. Untuk
kasus semikonduktor tipe-n, ketika elektron
tereksitasi ke pita konduksi, maka akan ada
hole dari hasil perpindahan elektron tersebut.
Setelah itu, hole tersebut akan diisi oleh
elktron selanjutnya dan elektron yang pindah
ke hole satu, akan menghasilkan hole
selanjutnya.
Sehingga
akan
terlihat
pergerakan hole yang berlawanan pergerakan
dari elektron (arus).
Gambar 4 Fungsi Transfer Efek Seebek
(pada air panas dan es)
Gambar 3 Pita Konduksi dan Pita valensi pada
elektron
II.
Metode Percobaan
Dalam percobaan ini kita melakukan
perhitungan terhadap efek seebek dan efek
peltier.
Pada percobaan efek peltier, kita sipakan
2 wadah dengan wadah yang pertama kita isi
dengan air panas (suhu sekitar 80oC) dan
wadah kedua kita isi dengan es (suhu sekitar
0oC). Setelah itu kita pasang Reversible
Thermoelectric Demonstrator (RTD). Kita
hubungkan prob Logger pro. Probe tersebut
kita hubungkan pada 4 titik (air panas, es,
kaki panas RTD, dan kaki dingin RTD).
Hitung perubahan suhu tiap titik (bisa dilihat
di komputer) dan perubahan potensial untuk
perubahan setiap selang 5 sekon selama 3
menit.
Pada percobaan peltier, kita siapkan dua
buah wadah diisi dengan air sama banyak
dengan temperatur yang sama. Kita
masukkan RTD dengan terlebih dahulu
dihubungkan ke sebuah sumber tegangan.
Atur sumber inputan agar tidak melebihi
ambang batas RTD (2 Ampere, 6 Volt).
Tunggu untuk selang waktu sekitar 60 menit.
Setelah 60 menit, kita kembali ukur suhu
untuk setiap titik (sama seperti percobaan
seebek) dan juga perubahan untuk suhunya.
III.
Gambar 5 Fungsi Transfer Efek Seebek
(pada RTD kaki air panas dan Kaki es)
2. Percobaan Efek Peltier
Data untuk Reversible Thermoelectric
Demonstration (RTD) :
Vinput
= 5,012 V
Arus
=1A
Tair aw al
= 26,3 C
Tair akhir (panas)
= 36 C
o
Tair ( C) akhir (dingin)
o
o
o
= 24,47 C
Data dan Pengolahan
1. Percobaan Efek Seebek
Kondisi aw al
o
T panas =
94 C
T dingin =
0,1 C
o
Gambar 6 Fungsi Transfer Efek Peltier (pada air
panas dan es)
Gambar 7 Fungsi Transfer Efek Peltier (pada RTD
kaki air panas dan Kaki es)
IV.
Pembahasan
Berdasarkan percobaan, kita dapat
mengetahui nilai koofesien seebek dengan
cara melakukan regresi linear antara
perubahan beda potensial terhadap suhu,
karena hubungan antara beda potensial dan
perubahan suhu nya adalah linear, sehingga
koefisien seebek adalah gradien garisnya.
=
+ ....... (1)
Dimana persamaan tersebuk sebanding
dengan :
∆ = (
.
)∆ +
..... (2)
Maka didapat nilai koofesien seebek sebagai
berikut :
No
1
2.
3.
4.
Percobaan
Efek Seebek
pada Probe
Cairan (1a)
Efek Seebek
pada Probe
Kaki (1b)
Efek Peltier
pada Probe
Cairan (2a)
Efek Peltier
pada Probe
Kaki (2b)
Koofesien
Seebek
-0,023
0,01975
-0,09136
O,03693
Tabel 1 Koefiseien Seebek untuk setiap percobaan
Dari hasil percobaan, nilai koofesien seebek
yang didapat berbeda-beda. Untuk nilai
mutlaknya, nilai kooefesien seebek berkisar
di ± 0,02 μV/ K, dengan nilai referensi
sebesar 10 µV/K. Namun untuk nilai secara
fisisnya, nilai koofesien seebek untuk probe
yang di cairan (air panas dan es),
menunjukan nilai koofesien seebek positive.
Dan untuk kooefesien seebek pada probe
kaki nya (kaki RTD untuk es dan air panas),
menunjukkan nilai koefesien seebek yang
negative.
Nilai yang berubah ubah tersebut
berasal dari pengaruh suhu reservoir nya,
khususnya untuk percobaan peltier, keadaan
nya sangat mudah drop mendekati suhu
reservoir (suhu ruangan 26 oC). Sehingga
sebaiknya diperlukan rentang yang lebih
lebar lagi antara suhu dingin dan panas nya.
Nilai koefisien seebek yang bernilai
positif artinya, nilai perubahan arus dan
tegangan nya itu sama dan sebaliknya. Arah
gerak arus sendiri bergantung dari medan
listrik yang diberikan. Pada semikonduktor
tipe n, nilai kooefesien seebek > 0. Karena
arah dan medan elektrik nya berlawanan
(arah tegangan berbanding erbalik dengan
arah medan listrik contohnya pada asus GGL
induksi). Pada konduktor tipe p, nilai medan
listrik dan temperaturnya berbanding lurus.
Maka nilai koefesien seebeknya < 0.
Sehingga pada kasus tersebut, terjadi beda
jenis material antara material di air dan di
kaki RTD nya.
Metode yang paling baik adalah pada
percobaan 1b, dimana input kita yang berikan
berasal dari data suhu yang kita ambil dari
kaki RTD langsung, bukan dari cairan.
Karena ketika memasukan data, yang lebih
“real time” adalah dari kaki dibanding
dengan air. Karena pada air, suhu akan
mudah dipengaruhi oleh keadaan suhu
reservoir nya (khusunya utuk temperatur
yang tinggi, kalor lebih mudah memancar
pada keadaan radiasi dibanding konveksi atau
dalam keadaan radiasinya).
Semikonduktor
terbagi
atas
semikonduktor tipe p dan tipe n. Pada
semikonduktor tipe p, mayoritas yang ada
adalah muatan positif yang bertindak sebagai
hole.
Pada
semikonduktor
tipe
n,
mayoritasnya adalah elektron. Ketika terjadi
pemberian energi pada semikonduktor,
elektron yang asalnya terikat pada ikatan
kovalen akan terseksitasi ke pita onduksi
yang akan mengahsilkan suatu arus.
Pada fenomena efek seebek, ketika
ada energi kalor yang berpindah dari dingin
ke panas, maka elektron pada semikondutor
akan bergerak berpindah dari pita valensi ke
pita konduksi, dengan hubungan yang linear.
Besar perubahan nilai tersebut bergantung
dari koefesien seebek material tersebut.
Sehingga akan terjadi beda otensial ketika
benda tersebut kita hubungkan satu sama
lain.
Pada peristiwa efek peltier, ketika
ada arus yang mengalir, maka hal itu akan
menyebabkan pergerakan kalor dari batang
tersebut
pergerakan
kalor
tersebut
berlawanan
arah
dengan
perubahan
temperaturnya, dimana akan ketika ada aliran
arus dari bagian A ke bagian B, maka akan
terjadi perpndahan kalor dari A ke B.
Sehingga pada batang A temperaturnya
memiliki nilai yang lebih tinggi dengan
temperatur pada batang B. Sehingga lama
kelamaan air akan panas pada satu sisi dan
sisi lainnya menjadi dingin.
Koefisien seebek secara kasarnya
menujukan seberapa besar kemampuan suatu
material mengubah beda potensial menjadi
suatu perubahan suhu dan sebaliknya.
Kemampuan tersebut bergantung dari
material bahan yang ada dalam suatu logam.
Ketika suatu logam memiliki energi ikat yang
besar (ikatan kovalen), maka nilai koefisien
seebek nya akan kecil. Karena dibutuhkan
energi yang besar untuk melepas elektron
dari ikatan kovalennya agar dapat tereksitasi
ke pita konduksi untuk selanjutnya
mengahsilkan beda potensial.
Setiap logam selain memiliki nilai
koefisen sebek yang berbeda besarnya juga
berbeda tandanya. Hal itu tergantung dari
jenis semikonduktor penyusun logam
tersebut. Pada saat koefisien seebek bernilai
positif, medan listrik akan serah dengan
perubahan suhunya (arus drift). Ketika
semikonduktor tipe n, dengan mayoritasnya
adalah elektron, ketika diberi suatu energi
(kalor), elektron akan terseksitasi dengan
arah nya yang searah dengan perubahan
suhunya. Hal tersebut dikarenakan ketika
terjadi suatu medan listrik makan akan
menghasilkan suatu kecepatan drift, yang
arahnya berlawanan dengan arah medannya.
Untuk kasus semikonduktor tipe p, kecepatan
drift yang terjadi searah dengan arah medan
listriknya.
Kecepatan drift ini yang
selanjutnya akan menghasilkan nilai kerpatan
arus
dengan
besar
:
e = besar/magnitud muatan listrik
µ n = konstanta mobilitas
E = Medan listrik.
Arus drift ini memiliki arah yang
berlawan dengan aliran carrier negatif (dalam
hal ini elektron), yang berarti semikonduktor
tipe-n memiliki arah arus yang sama dengan
dengan medan listrik yang diberikan. Dan
sebaliknya untuk konduktor tipe-p, memiliki
nilai arah arus yang berlawanan dengan arah
medan listrik yang diberikan. Dikarenakan
arah kecepatan driftnya yang searah dengan
arah arus nya. Sehingga rapat arusnya
berlawanan arah dengan arah medan
listriknya.
Gambar 8 Kecepatan dan Arus Drift Carrier pada
Semikonduktor tipe-p dan tipe-n
Sehingga ketika arah medan listrik
tersebut positif akan menghasilkan nilai
koefisien seebek yang positif. Hal tersebut
terjadi pada semikoduktor tipe-n.
Dan
sebaliknya, pada semikonduktor tipe-p nilai
koefisien seebeknya akan bernilai negatif.
Perputaran kincir yang terjadi pada
termokoper serah dengan arah jarum jam.
Dimana input positif berasal air panas dan
negatifnya berasal dari air dingin. Hal ini
menandakan perputaran arus, terjadi dari
logam yang memiliki suhu lebih tinggi
munuju logam yang suhunya relatif lebih
rendah.
Termokopel bekerja berdasarkan
prinsip termoelektrik. Intinya, ketika ada
perubahan suhu maka akan terjadi perubahan
potensial listriknya. Pada termokopel
digunakan dua material logam untuk
menyusunnya. Digunakan titik referensi
untuk
membandingkan
nilai
beda
potensialnya. Secara kasar, ketika ada
perubahan suhu, maka akan menghasilkan
sutu tegangan, dan tegangan tersebut akan
dikonversikan menjadi data digital lagi
melalui suatu sistem interface.
Jn = - en Vdm = - en (- µ n E) = en µ n E ... (3)
Dimana :
n = konsentrasi elektron
Gambar 9 Skema Ragkaian Termokopel
Aplikasi termoelektrik banyak kita
jumpai pada kehidupan sehari hari.
Contohnya pada mesin pendingin (refrigator),
AC dan kompor listrik. Pada Refrigator dan
AC,
sifat
dingi
yang
digunakan
menggunakan prinsip peltier.
Ketika
diberikan suatu beda potensial tertentu, maka
menghasilkan sifat dingin pada logam yang
di kelilingi pada mesein tersebut. Pada
kompor litrik, sifat panas nya yang kita
gunkan. Sama halnya seperti refrigator, beda
potensial yang diberikan akan menghasilkan
nilai arus tertentu.
V.
Simpulan
Pada percobaan ini kita mendapatkan
nilai koefesien seebek sebesar ±0,02 volt.
Perbedaan yang terjadi diakibatkan dari
pengaruh perubahan suhu yang drastis dari
lingkungan. Nilai positif negatif yang ada
pada semikonduktor bergantung pada jenis
semikonduktor
yang
ada.
Untuk
semikonduktor tipe-n, nilai koefisien seebek
nya bernilai positif. Dan sebaliknya untuk
semikonduktor tipe p.
Pada praktikum ini, metode yang lebih
tepat dilakukan adalah pengukuran pada kaki
Reversible Thermoelectric demnstration nya.
Termoelektrik banak digunakan dalam
kehidupan sehari hari. Contohnya untuk
mesin pendingin dan kompor listrik.
VI.
Pustaka
[1] Sutahja, M. Inge. Penelitian Bahan
Thermoelektrik bagi aplikasi konversi energi
di masa datang. Bandung : Institut Teknologi
Bandung, 2010
[2]http:/ / cnej.w ordpress.com/ 2008/ 11/ 25/ d
asar-teori-semikonduktor-3/ diakses pada 13
Oktober 2013
.
TERMOELEKTRIK
Moch. Arif Nurdin, Septia Eka M. P, Hanani Disi L, Robby Hidayat, M. Ilham
10211003, 10211022, 10211051, 10211063, 10211078
Program Studi Fisika, Institut Teknologi Bandung, Indonesia
Email : marifnurdin@gmail.com
Assisten : Fauzia P. Lestari / 10210085
Tanggal Praktikum : 10 – 10 – 2013
Abstrak
Termoelektrik merupakan alat untu menghasilkan potensial listrik berdasarkan perubhan kalor dan juga
sebaliknya. Aplikasi Termoelektrik sering kita gunakan dalam kehidupan sehari. Proses Termolektrik
dipengaruhi oleh efek seebek, efek peltier dan efek thompson. Pada efek seebek perbedaan temperatur pada
dua buah logam akan menghasilkan suatu beda potensial. Efek peltier berlaku sebaliknya, suatu beda
potensial pada suatu logam akan meghasilkan perbedaan suhu pada ujung-ujungnya. Reversible
Thermoelectric Demonstration (RTD) digunakan untuk mengamati arus listrik yang diakibatkan perbedaan
temperatur. Hubungan antara perubahan beda potensial dan peruabhan suhu terjadi secara linear. Gradien
garisnya menunjukkan besar dan arah dari koefiseien seebek. Koefisien seebek memiliki nilai dan arah yang
berbeda-beda yang diakibatkan dari perbedaan material semikonduktor yang digunakan.
Kata kunci : Efek Peltier, Efek Seebek, Koefisien Seebek, Temperatur
I.
Pendahuluan
Pada praktikum ini, kita akan
menghitung nilai koofesien seebek dan
mengamati gejala efek seebek dan peltier.
Termoelektrik
merupakan
suatu
alat/piranti untuk mengubah perubahan seuhu
menjadi suatu beda potensial, dan sebaliknya.
Termoelektrik dipengaruhi oleh tiga efek,
yaitu efek seebek, thompson dan peltier.
Efek seebek terjadi ketika suatu logam
dengan beda temperatur antara kedua ujung
nya. Ketika logam tersebut di sambung, maka
akan terjadi beda potensial diantara kedua
ujungnya. Efek ini digunakan dalam aplikasi
termokopel.
Gambar 1 Skema Efek Seebek pada suatu bahan
Efek peltier terjadi ketika dua buah
metal atau bahan semikonduktor di
saambungkan dan diberi beda potensial,
maka akan terjadi pelepasan dan penyerpan
kalor pada ujung – ujung bahan
konduktornya. Maka akan terdapat bagian
logam yang dingin dan panas. Selang waktu
perubahan tersebut tergantung dari besarnya
beda potensial yang kita berikan dan juga
dari koofesian semikonduktor tersebut.
Gambar 2 Skemat Efek Peltier pada suatu bahan
Efek thompson menjelaskan bahwa
proses pelepasan dan penyerapan kalor secara
bolak balik dalam batang homogen
berlangsung secara kontinu dikarenaan
adanya beda potensial. Gradien potensial ini
bergantung dari perubahan beda potensial per
perubahan suhunya.[1]
Pada semikonduktor, ketika tidak
diberikan energi (atau energinya kurang dari
batas minimumnya) maka elektron akan
tersimpan pada pita valensinya debngan
ikatan kovalaen yang cukup besar. Ketika
diberikan suatu energi, maka elektron
tersebut akan tereksitasi meninggalkan pita
valensi menuju pita konduksinya yang
selanjutnya akan menghasilkan arus. Untuk
kasus semikonduktor tipe-n, ketika elektron
tereksitasi ke pita konduksi, maka akan ada
hole dari hasil perpindahan elektron tersebut.
Setelah itu, hole tersebut akan diisi oleh
elktron selanjutnya dan elektron yang pindah
ke hole satu, akan menghasilkan hole
selanjutnya.
Sehingga
akan
terlihat
pergerakan hole yang berlawanan pergerakan
dari elektron (arus).
Gambar 4 Fungsi Transfer Efek Seebek
(pada air panas dan es)
Gambar 3 Pita Konduksi dan Pita valensi pada
elektron
II.
Metode Percobaan
Dalam percobaan ini kita melakukan
perhitungan terhadap efek seebek dan efek
peltier.
Pada percobaan efek peltier, kita sipakan
2 wadah dengan wadah yang pertama kita isi
dengan air panas (suhu sekitar 80oC) dan
wadah kedua kita isi dengan es (suhu sekitar
0oC). Setelah itu kita pasang Reversible
Thermoelectric Demonstrator (RTD). Kita
hubungkan prob Logger pro. Probe tersebut
kita hubungkan pada 4 titik (air panas, es,
kaki panas RTD, dan kaki dingin RTD).
Hitung perubahan suhu tiap titik (bisa dilihat
di komputer) dan perubahan potensial untuk
perubahan setiap selang 5 sekon selama 3
menit.
Pada percobaan peltier, kita siapkan dua
buah wadah diisi dengan air sama banyak
dengan temperatur yang sama. Kita
masukkan RTD dengan terlebih dahulu
dihubungkan ke sebuah sumber tegangan.
Atur sumber inputan agar tidak melebihi
ambang batas RTD (2 Ampere, 6 Volt).
Tunggu untuk selang waktu sekitar 60 menit.
Setelah 60 menit, kita kembali ukur suhu
untuk setiap titik (sama seperti percobaan
seebek) dan juga perubahan untuk suhunya.
III.
Gambar 5 Fungsi Transfer Efek Seebek
(pada RTD kaki air panas dan Kaki es)
2. Percobaan Efek Peltier
Data untuk Reversible Thermoelectric
Demonstration (RTD) :
Vinput
= 5,012 V
Arus
=1A
Tair aw al
= 26,3 C
Tair akhir (panas)
= 36 C
o
Tair ( C) akhir (dingin)
o
o
o
= 24,47 C
Data dan Pengolahan
1. Percobaan Efek Seebek
Kondisi aw al
o
T panas =
94 C
T dingin =
0,1 C
o
Gambar 6 Fungsi Transfer Efek Peltier (pada air
panas dan es)
Gambar 7 Fungsi Transfer Efek Peltier (pada RTD
kaki air panas dan Kaki es)
IV.
Pembahasan
Berdasarkan percobaan, kita dapat
mengetahui nilai koofesien seebek dengan
cara melakukan regresi linear antara
perubahan beda potensial terhadap suhu,
karena hubungan antara beda potensial dan
perubahan suhu nya adalah linear, sehingga
koefisien seebek adalah gradien garisnya.
=
+ ....... (1)
Dimana persamaan tersebuk sebanding
dengan :
∆ = (
.
)∆ +
..... (2)
Maka didapat nilai koofesien seebek sebagai
berikut :
No
1
2.
3.
4.
Percobaan
Efek Seebek
pada Probe
Cairan (1a)
Efek Seebek
pada Probe
Kaki (1b)
Efek Peltier
pada Probe
Cairan (2a)
Efek Peltier
pada Probe
Kaki (2b)
Koofesien
Seebek
-0,023
0,01975
-0,09136
O,03693
Tabel 1 Koefiseien Seebek untuk setiap percobaan
Dari hasil percobaan, nilai koofesien seebek
yang didapat berbeda-beda. Untuk nilai
mutlaknya, nilai kooefesien seebek berkisar
di ± 0,02 μV/ K, dengan nilai referensi
sebesar 10 µV/K. Namun untuk nilai secara
fisisnya, nilai koofesien seebek untuk probe
yang di cairan (air panas dan es),
menunjukan nilai koofesien seebek positive.
Dan untuk kooefesien seebek pada probe
kaki nya (kaki RTD untuk es dan air panas),
menunjukkan nilai koefesien seebek yang
negative.
Nilai yang berubah ubah tersebut
berasal dari pengaruh suhu reservoir nya,
khususnya untuk percobaan peltier, keadaan
nya sangat mudah drop mendekati suhu
reservoir (suhu ruangan 26 oC). Sehingga
sebaiknya diperlukan rentang yang lebih
lebar lagi antara suhu dingin dan panas nya.
Nilai koefisien seebek yang bernilai
positif artinya, nilai perubahan arus dan
tegangan nya itu sama dan sebaliknya. Arah
gerak arus sendiri bergantung dari medan
listrik yang diberikan. Pada semikonduktor
tipe n, nilai kooefesien seebek > 0. Karena
arah dan medan elektrik nya berlawanan
(arah tegangan berbanding erbalik dengan
arah medan listrik contohnya pada asus GGL
induksi). Pada konduktor tipe p, nilai medan
listrik dan temperaturnya berbanding lurus.
Maka nilai koefesien seebeknya < 0.
Sehingga pada kasus tersebut, terjadi beda
jenis material antara material di air dan di
kaki RTD nya.
Metode yang paling baik adalah pada
percobaan 1b, dimana input kita yang berikan
berasal dari data suhu yang kita ambil dari
kaki RTD langsung, bukan dari cairan.
Karena ketika memasukan data, yang lebih
“real time” adalah dari kaki dibanding
dengan air. Karena pada air, suhu akan
mudah dipengaruhi oleh keadaan suhu
reservoir nya (khusunya utuk temperatur
yang tinggi, kalor lebih mudah memancar
pada keadaan radiasi dibanding konveksi atau
dalam keadaan radiasinya).
Semikonduktor
terbagi
atas
semikonduktor tipe p dan tipe n. Pada
semikonduktor tipe p, mayoritas yang ada
adalah muatan positif yang bertindak sebagai
hole.
Pada
semikonduktor
tipe
n,
mayoritasnya adalah elektron. Ketika terjadi
pemberian energi pada semikonduktor,
elektron yang asalnya terikat pada ikatan
kovalen akan terseksitasi ke pita onduksi
yang akan mengahsilkan suatu arus.
Pada fenomena efek seebek, ketika
ada energi kalor yang berpindah dari dingin
ke panas, maka elektron pada semikondutor
akan bergerak berpindah dari pita valensi ke
pita konduksi, dengan hubungan yang linear.
Besar perubahan nilai tersebut bergantung
dari koefesien seebek material tersebut.
Sehingga akan terjadi beda otensial ketika
benda tersebut kita hubungkan satu sama
lain.
Pada peristiwa efek peltier, ketika
ada arus yang mengalir, maka hal itu akan
menyebabkan pergerakan kalor dari batang
tersebut
pergerakan
kalor
tersebut
berlawanan
arah
dengan
perubahan
temperaturnya, dimana akan ketika ada aliran
arus dari bagian A ke bagian B, maka akan
terjadi perpndahan kalor dari A ke B.
Sehingga pada batang A temperaturnya
memiliki nilai yang lebih tinggi dengan
temperatur pada batang B. Sehingga lama
kelamaan air akan panas pada satu sisi dan
sisi lainnya menjadi dingin.
Koefisien seebek secara kasarnya
menujukan seberapa besar kemampuan suatu
material mengubah beda potensial menjadi
suatu perubahan suhu dan sebaliknya.
Kemampuan tersebut bergantung dari
material bahan yang ada dalam suatu logam.
Ketika suatu logam memiliki energi ikat yang
besar (ikatan kovalen), maka nilai koefisien
seebek nya akan kecil. Karena dibutuhkan
energi yang besar untuk melepas elektron
dari ikatan kovalennya agar dapat tereksitasi
ke pita konduksi untuk selanjutnya
mengahsilkan beda potensial.
Setiap logam selain memiliki nilai
koefisen sebek yang berbeda besarnya juga
berbeda tandanya. Hal itu tergantung dari
jenis semikonduktor penyusun logam
tersebut. Pada saat koefisien seebek bernilai
positif, medan listrik akan serah dengan
perubahan suhunya (arus drift). Ketika
semikonduktor tipe n, dengan mayoritasnya
adalah elektron, ketika diberi suatu energi
(kalor), elektron akan terseksitasi dengan
arah nya yang searah dengan perubahan
suhunya. Hal tersebut dikarenakan ketika
terjadi suatu medan listrik makan akan
menghasilkan suatu kecepatan drift, yang
arahnya berlawanan dengan arah medannya.
Untuk kasus semikonduktor tipe p, kecepatan
drift yang terjadi searah dengan arah medan
listriknya.
Kecepatan drift ini yang
selanjutnya akan menghasilkan nilai kerpatan
arus
dengan
besar
:
e = besar/magnitud muatan listrik
µ n = konstanta mobilitas
E = Medan listrik.
Arus drift ini memiliki arah yang
berlawan dengan aliran carrier negatif (dalam
hal ini elektron), yang berarti semikonduktor
tipe-n memiliki arah arus yang sama dengan
dengan medan listrik yang diberikan. Dan
sebaliknya untuk konduktor tipe-p, memiliki
nilai arah arus yang berlawanan dengan arah
medan listrik yang diberikan. Dikarenakan
arah kecepatan driftnya yang searah dengan
arah arus nya. Sehingga rapat arusnya
berlawanan arah dengan arah medan
listriknya.
Gambar 8 Kecepatan dan Arus Drift Carrier pada
Semikonduktor tipe-p dan tipe-n
Sehingga ketika arah medan listrik
tersebut positif akan menghasilkan nilai
koefisien seebek yang positif. Hal tersebut
terjadi pada semikoduktor tipe-n.
Dan
sebaliknya, pada semikonduktor tipe-p nilai
koefisien seebeknya akan bernilai negatif.
Perputaran kincir yang terjadi pada
termokoper serah dengan arah jarum jam.
Dimana input positif berasal air panas dan
negatifnya berasal dari air dingin. Hal ini
menandakan perputaran arus, terjadi dari
logam yang memiliki suhu lebih tinggi
munuju logam yang suhunya relatif lebih
rendah.
Termokopel bekerja berdasarkan
prinsip termoelektrik. Intinya, ketika ada
perubahan suhu maka akan terjadi perubahan
potensial listriknya. Pada termokopel
digunakan dua material logam untuk
menyusunnya. Digunakan titik referensi
untuk
membandingkan
nilai
beda
potensialnya. Secara kasar, ketika ada
perubahan suhu, maka akan menghasilkan
sutu tegangan, dan tegangan tersebut akan
dikonversikan menjadi data digital lagi
melalui suatu sistem interface.
Jn = - en Vdm = - en (- µ n E) = en µ n E ... (3)
Dimana :
n = konsentrasi elektron
Gambar 9 Skema Ragkaian Termokopel
Aplikasi termoelektrik banyak kita
jumpai pada kehidupan sehari hari.
Contohnya pada mesin pendingin (refrigator),
AC dan kompor listrik. Pada Refrigator dan
AC,
sifat
dingi
yang
digunakan
menggunakan prinsip peltier.
Ketika
diberikan suatu beda potensial tertentu, maka
menghasilkan sifat dingin pada logam yang
di kelilingi pada mesein tersebut. Pada
kompor litrik, sifat panas nya yang kita
gunkan. Sama halnya seperti refrigator, beda
potensial yang diberikan akan menghasilkan
nilai arus tertentu.
V.
Simpulan
Pada percobaan ini kita mendapatkan
nilai koefesien seebek sebesar ±0,02 volt.
Perbedaan yang terjadi diakibatkan dari
pengaruh perubahan suhu yang drastis dari
lingkungan. Nilai positif negatif yang ada
pada semikonduktor bergantung pada jenis
semikonduktor
yang
ada.
Untuk
semikonduktor tipe-n, nilai koefisien seebek
nya bernilai positif. Dan sebaliknya untuk
semikonduktor tipe p.
Pada praktikum ini, metode yang lebih
tepat dilakukan adalah pengukuran pada kaki
Reversible Thermoelectric demnstration nya.
Termoelektrik banak digunakan dalam
kehidupan sehari hari. Contohnya untuk
mesin pendingin dan kompor listrik.
VI.
Pustaka
[1] Sutahja, M. Inge. Penelitian Bahan
Thermoelektrik bagi aplikasi konversi energi
di masa datang. Bandung : Institut Teknologi
Bandung, 2010
[2]http:/ / cnej.w ordpress.com/ 2008/ 11/ 25/ d
asar-teori-semikonduktor-3/ diakses pada 13
Oktober 2013
.