CHAPTER I PREFACE 1.1 Historical- Background Pada 1.2 Problem Identification 1.3 Objective 2.1 Historical of Thermoelectric CHAPTER II BASE OF THEORY Termoelektrik ditemukan pertama kali pada tahun 1821, oleh ilmuwan Jerman, Thomas Johann Seeback. Dengan menghubungkan tembaga dan besi dalam satu rangkaian, diantara kedua logam tersebut diletakkan jarum kompas. Ketika salah satu sisi logam dipanaskan, jarum kompas tersebut bergerak. Hal ini dikarenakan adanya aliran listrik yang terjadi pada logam sehingga meimbulkan medan magnet. Medan magnet ini yang menggerakkan jarum kompas. Fenomena ini dikenal sebagai efek Seeback. Kemudian pada tahun 1834, Jean Charles Peltier terinspirasi dari Seeback untuk melihat kebalikan dari fenomena tersebut. Dengan mengalirkan listrik pada dua buah logam yang direkatkan dalam sebuah rangkaian, ketika arus listrik dialirkan terjadi penyerapan panas pada sambungan kedua logam tersebut dan pelepasan panas pada sambungan yang lainnya. Pelepasan dan penyerapan panas ini saling berbalik begitu arah arus dibalik. Fenomena ini dikenal sebagai efek Peltier. Emil Lenz pada tahun 1838 membuktikan bahwa efek Peltier bergantung dengan arah arus maka panas dapat dibuang dari junction untuk membekukan es, atau dengan membalikan arah arus maka panas dapat ditambahkan untuk melelehkan es menjadi air, sehingga ini dapat disimpulkan bahwa panas dapat diserap atau diciptakan searah dengan arus listrik yang dialirkan. Makalah Bahasa Inggris 1
William Thomson (Lord Kelvin) pada tahun 1851, memberikan penjelasan secara komprehensif mengenai keterkaitan efek Seeback dan efek Peltier dengan termodinamika. Koefisien Peltier merupakan perkalian dari koefisien seeback. Thomson akhirnya mengeluarkan efek ketiga yang dikenal dengan efek Thomson. Panas dapat diserap atau diciptakan mengalir di dalam material. Panas sebanding dengan arah arus listrik yang dialirkan. Konstanta perbandingan ini disebut dengan koefisien Thomson, yang secara termodinamika berkaitan dengan koefisien Seeback. 2.2 Effect of Thermoelectric Prinsip dasar dari termoelektrik adalah jika arus dilewatkan melalui suatu termokopel maka akan timbul 5 efek, 5 efek tersebut adalah gejala-gejala termal yang terjadi akibat arus listrik yang diberikan. Efek-efek tersebut yaitu : efek Seebeck, efek Peltier, efek Joule, efek Konsuksi dan efek Thomson. 2.2.1 Efek Seeback Efek Seebeck merupakan prinsip termokopel dari dua buah junction semikonduktor yang berbeda temperaturnya sehingga akan menghasilkan energi listrik. Efek Seebeck bersifat dapat dibalik (reversible) dimana dari dua buah junction konduktor dengan bahan yang berbeda, salah satu ujungnya dipanaskan lalu kedua ujungnya digabung menjadi satu, sehingga terjadi perbedaan temperatur yang menghasilkan energi listrik. E = α ( T 1 T 0 )...(2.1) E = Tegangan (Volt) α = Koefisien Seebeck (V/ o K) T 0 = Temperatur Cold junction atau sambungan dingin ( o K) T 1 = Temperatur Hot juction atau sambungan panas ( o K) 2.2.2 Efek Joule Dengan timbulnya arus listrik akibat adanya efek Seebeck pada konduktor dalam rangkaian tersebut, maka akan timbul panas yang disebut efek Joule, sifat dari efek tersebut tidak dapat dibalik (irreversible). Q = I 2. R...(2.2) Makalah Bahasa Inggris 2
Q = Panas Joule (W). I = Arus listrik (A). R = Hambatan (Ω). 2.2.3 Efek Konduksi Panas akan merambat secara konduksi dari permukaan yang panas ke permukaan yang dingin, perambatan tersebut bersifat irreversible dan disebut efek konduksi. Q c = u (T 1 T 0 )...(2.3) Q c = Laju aliran panas (W). U = Koefisien konduksi Thermal kedua junction (W/Cm o K). T 1 = Temperatur permukaan panas ( o K). T 0 = Temperatur permukaan dingin ( o K). 2.2.4 Efek Peltier Pada rangkaian termokopel yang diberi sumber arus searah, pada saat arus mengalir melalui termokopel, temperatur junction akan berubah dan sejumlah panas akan diserap pada satu permukaan, sementara permukaan yang lainnya akan membuang panas tersebut. Jika aliran arus di balik, maka permukaan yang awalnya panas akan menjadi dingin dan sebaliknya, permukaan yang dingin akan menjadi panas. Fenomena (gejala) ini disebut efek Peltier dan merupakan dasar dari pendinginan termoelektrik. Q = Φ. I...(2.4) Q Φ = Panas efek peltier (W) = Koefisien peltier (V) I = Arus listrik (A). Makalah Bahasa Inggris 3
2.2.5 Efek Thomson Pada saat arus mengalir ke semikonduktor termokopel, penyebaran temperatur menyimpang dari efek Joule, gejala ini disebut efek Thomson dengan persamaan: dt Q t =.....(2.5) dx Q t = Panas Thomson (W/cm) τ = Koefisien Thomson (V/ o K) I dt dx = Arus listrik (A) = Gradien temperatur pada semikonduktor ( o K/cm) Secara termodinamik koefisien Seebeck (a), Peltier (f) dan Thomson (t) adalah saling berhubungan. Besaran a dan f sangat tergantung pada sifat kedua konduktor pada termokopel tersebut sehingga harus dinyatakan dalam nilai beda (a = aa ab dan f = fa fb). Dengan demikian, hubungan ketiga koefisien tersebut dapat dinyatakan dengan dua persamaan berikut:...(2.6) maka...(2.7) Efek Peltier di atas dapat dimanfaatkan untuk tujuan pendinginan dengan memilih secara tepat dua konduktor berbeda yang akan digunakan. Gambar 2.2 menunjukkan contoh skematik system pendingin termoelektrik. Konduktor dipilih sedemikian hingga daya termoelektrik ap positip dan an negatip. Jembatan dingin direkatkan dengan lempeng metal atau jenis permukaan pindah panas lainnya, yang kemudian dipaparkan pada ruang atau Makalah Bahasa Inggris 4
benda yang akan didinginkan. Sedangkan jembatan panas direkatkan dengan permukaan pindah panas untuk dapat melepaskan panas ke atmosfir atau media lain. 2.3 System of Thermoelectric 2.4 CHAPTER III ANALYSIS OF DATA CHAPTER IV CONCLUSION AND SUGGESTION Makalah Bahasa Inggris 5