Laporan Akhir Energi (M-2 - Termoelektrik)
-
Upload
albertagungyohaneshutapea -
Category
Documents
-
view
276 -
download
45
description
Transcript of Laporan Akhir Energi (M-2 - Termoelektrik)
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