BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Termoelektrik
Termoelektrik adalah suatu fenomena fisika yang menyangkut konversi energi, yaitu mengubah energi panas menjadi energi listrik dan juga berlaku sebaliknya
mengubah energi listrik menjadi energi panas. Fenomena termoelektrik ini ditemukan pertama kali oleh Thomas Johann Seebeck pada tahun 1821 mengenai
konversi energi termal menjadi energi listrik menggunakan dua buah konduktor yang berbeda jenis, yang kita kenal sekarang dengan efek Seebeck, dan kemudian
penelitian dari pada Seebeck tersebut memberikan inspirasi bagi fisikawan lain dari perancis Jean Charles Peltier. Oleh Jean Charles Peltier pada tahun 1934, ia
berhasil melakukan konversi energi listrik menjadi energi termal yang mana merupakan kebalikan dari efek Seebeck dan disebut dengan efek Peltier.
Efek Seebeck merupakan suatu awal bagi efek termoelektrik untuk dikenal oleh dunia, efek Seebeck tersebut dinamai dengan namanya untuk mengenang akan
penemuannya. Efek termoelektrik ini ditemukan oleh Seebeck ketika dia sedang mempelajari mengenai fenomena atau gejala termoelektrik pertama kali melalui
sebuah percobaan kecilnya. Fenomena termoelektrik tersebut menghasilkan energi listrik dari dua buah konduktor yang berbeda jenis, yang mana diberikan beda
temperatur pada salah satu ujung dari konduktor tersebut. Panas tersebut akan mengalir dari sisi yang suhuya lebih tinggi ke sisi yang suhunya lebih rendah, dan
mengalirlah arus pada sambungan konduktor tersebut, sampai terciptalah keseimbangan termal pada konduuktor tersebut.
Arus listrik yang tercipta sesuai dengan besar nilai dari gradient suhu antara sisi yang memiliki suhu yang lebih tinggi dengan sisi yang lainnya yaitu sisi yang
suhunya lebih rendah. Pada pertama kali termoelektrik dikenal dengan istilah termomagnetik, karena pada percobaannya Johann Seebeck menggunakan kompas
sebagai penanda akan fenomena ini, ketika diberi panas pada salah satu ujung konduktor kompas yang diletakkan pada persambungan konduktor menunjukkan
Universitas Sumatera Utara
adanya perrgerakan, yang menandakan bahwa adanya medan magnetik timbul pada konduktor tersebut, dengan asumsi bahwa hanya medan magnetiklah yang
tercipta Johann Seebeck menamakannya dengan istilah termomagnetik, hingga pada akhirnya fisikawan dari denmark Hans Christian Orsted menyempurnakan
teori Seebeck tersebut, bahwa ada arus yang mengalir dalam proses tersebut tidak hanya medan magnetik saja dan jika kita menciptakan suatu loop tertutup untuk
sistem tersebut, maka kita akan memperoleh EMF Electromotion Force dengan nilai sebesar microvolt per kelvin, atau kenaikan 1mV setiap 1 kelvinnya untuk
EMF yang dapat dihasilkan oleh sistem tersebut.
Gambar 2.1 Efek Seebeck
Pada tahun 1934 Jean Charles Peltier menemukan fenomena termoelektrik yang berlawanan dengan milik Thomas Johann Seebeck, Charles Peltier mencoba
melakukan percobaan yang berbeda dengan Seebeck. Ketika arus listtrik melewati persambungan dari pada konduktor yang saling berbeda jenis maka akan timbul
perbedaan suhu di kedua konduktor tersebut. Konduktor yang satu akan menyerap panas dari lingkungan dan konduktor yang satu lagi akan melepas panas ke
lingkungan. Efek Peltier sering digunakan sekarang dalam pembuatan pendingin tanpa freon, salah satunya adalah kulkas mini, pendingin portable untuk serum
Universitas Sumatera Utara
dalam bidang kesehatan, cabin pendingin pada mobil dan masih banyak lagi contoh lainnya, dan sekarang terknologi termoelektrik ini menjadi pilihan utama
dalam pembuatan pendingin ramah lingkungan. Setelah kedua penemu tersebut, percobaan mengenai termoelektrik sempat mengalamai kemunduran dikarenakan
nilai efisiensi konfersi energi oleh termoelektrik sangat rendah pada saat itu, dan tidak ada perkembangan yang begitu mencolok, sampai pada AF Loffe mampu
menaikkan nilai efisiensi dari pada proses konversi termoelektrik menjadi 4.
Gambar 2.2 Efek Peltier
Untuk lebih mudah memahami dan mempelajari termoelektrik lebih lanjut maka dibuatlah sebuah modul termoelektrik seperti termokopel dan elemen Peltier.
Bahan dalam pembuatan termokopel dan elemen peltier tersebut memiliki standar kelayakan agar tidak terlalu kecil nilai keluaran yang dihasilkan atau nilai
konfersinya dari sebuah modul termoelektrik tersebut. Kelayakan dari sebuah bahan penyusun modul termoelektrik dilihat dari Figure of Meritnya ZT.
�� =
�
2
� ��
........................................................................................................ 2.1 Dimana ZT adalah Figure of Merit dari suatu bahan pembentuk modul
termoelektrik, α adalah koefisien Seebeck, T adalah temperatur absolute, ρ adalah
Universitas Sumatera Utara
hambatan elektrik, dan k adalah konduktivitas temal. Setelah percobaan dari Thomas Johann Sebeck penelitian mengenai fenomena termoelektrik ini sempat
tidak tersentuh lagi sampai akhirnya pada tahun 1913 WW Coblenz kembali melakukan percobaan termoelektrik tersebut dengan menggunakan tembaga dan
constantan constantan merupakan logam campuran antara nikel dengan tembaga dengan nilai efisiensi konversi sebesar 0,008, untuk membuat sebuah
termophile detector yang digunakannya di LICK observatorium untuk mengukur IR radiasi dari 110 bintang, dan planet mars, venus, dan jupiter. Sistem tersebut
berhasil membangkitkan listrik sebesar 0,6mW. Dari percobaan penemu sebelumnya yang dilakukan oleh WW Coblenz, AF Loffe pada tahun 1956,
melanjutkan percobaan dari fisikawan-fisikawan sebelumnya menggunakan bahan-bahan semikonduktor dalam percobaan termoelektrik dan hasilnya sangat
mengejutkan, nilai efisiensi pada proses konfersi termoelektrik tersebut meningkat menjadi 4 dari yang hanya berkisar 0,008 pada penelitian sebelumnya, dan
pencarian akan bahan yang sesuai untuk proses termoelektrikpun masih terus berlanjut hingga sekarang karena proses konversi pada termoelektrik termasuk
proses konversi langsung tanpa harus mengubah suatu energi kepada tahap pengalihan sebelum menjadi energi listrik, contohnya seperti turbin yang ada pada
PLTA. Turbin tersebut merubah daya dorong air pada kincir menjadi energi gerak untuk generator agar dapat menghasilkan listrik.
Sekarang sistem termoelektrik sedang banyak dikembangkan diberbagai negara agar dapat digunakan sebagai sumber energi alternatif, pengembangan
termoelektrik tersebut sangat pesat, terutama pada negara-negara yang sedang bekembang. Termoelektrik kadang digunakan sebagai pengganti solarcell yaitu
solartermal, dengan mengubah nilai panas dari pada matahari menjadi energi listrik. Efisiensi dari pada modul-modul termoelektrik yang ada pada saat ini
masihlah terbilang rendah, oleh karena itu penelitian akan termoelektrik terus di tingkatkan oleh para pengembang serta peneliti untuk mencapai nilai efisiensi
yang cukup tinggi agar dapat mendekati efisiensi Carnot. Sekarang berbagai modul termoelektrik sedang dikembangkan dengan
menggunakan berbagai macam campuran. Walaupun fenomena termoelektrik ini sempat ditinggalkan karena nilai efisiensinya yang sangat rendah, namun
Universitas Sumatera Utara
semenjak tahun 1990-an penelitian akan termoelektrik ini bangkit kembali. Ada beberapa alasan kenapa penelitian mengenai termoelektrik ini dibangkitkan
kembali, diawali dengan ditemukannya material superkonduktor High-Tc pada awal 1986 dari bahan yang tidak diduga-duga ceramic material, diharapkan
dengan ditemukannya bahan tersebut dapat meningkatkan efisiensi dari pada modul termoelektrik nantinya, sehingga dapat menjadi sumber enegi cadangan
utama. Alasan kedua, semenjak tahun 1980-an teknologi material terus berkembang, salah satunya dengan kemampuan menyusun sebuah material
tersebut dalam level nano. Teknologi XPS X-ray Photoelectron Spectroscopy, UPS Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy, STM Scanning Tunneling
Microscopy juga memudahkan peneliti dalam menganalisis struktur material. Alasan ketiga adalah pada awal tahun 1990 tuntutan dunia mengenai teknologi
yang ramah lingkungan sangat besar, hal tersebut memberikan imbas kepada teknologi re-cycle energi, salah satunya teknologi termoelektrik yang dipandang
dapat sebagai sumber energi alternatif diwaktu mendatang, sehingga berbagai jenis cara mengemas pun mulai menjadi sorotan para produsen dalam
mengembangkan teknologi serta modul untuk termoelektrik ini, serta pemilihan bahan baku pun turut diperhatikan.
2.2 Efek Termoelektrik
Kategori