BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangPada awal abad ke-19 seorang ilmuwan yakni Thomas Seebeck dan Jean Peltier, pertama kali menemukan fenomena yang merupakan dasar untuk industri termoelektrik saat ini. Seebeck menemukan bahwa jika di persimpangan dari dua konduktor yang berbeda ditempatkan gradien suhu maka akan ada arus listrik yang mengalir. Sebaliknya, Peltier di sisi lain, menemukan bahwa arus yang melewati dua konduktor listrik yang berbeda akan menghasilkan panas yang baik dipancarkan atau diserap di persimpangan bahan.Dari percobaan Sebeck dan Peltier tersebut dapat diambil kesimpulan bahwa adanya perbedaan suhu antara kedua sambungan logam tersebut akan menyebabkan munculnya gaya gerak listrik. Berdasarkan hal tersebut maka dilakukan penelitian mengenai pengaruh perbedaan suhu antara dua sambungan logam dengan gaya gerak listrik yang timbul yang akhirnya berujung pada penentuan elektromotansi termal dari beberapa sambungan logam yang berbeda (termokopel).1.2 Permasalahan

Permasalahan yang ingin dijawab melalui percobaan ini adalah bagaimana konsep temperatur terhadap logam dan mencari termokopel yang menghasilkan tegangan listrik yang paling besar pada temperature suhu antara 00 1000 di antara tiga termokopel yang akan digunakan dalam percobaan ini.1.3 TujuanTujuan percobaan ini adalah menjelaskan Konsep Temperatur pada logam dan menera Termokopel dari percobaan yang dilakukan.BAB II

DASAR TEORI2.1 Perpindahan Panas

Perpindahan panas adalah perpindahan energi yang terjadi pada benda atau material yang bersuhu tinggi ke benda atau material yang bersuhu rendah, hingga tercapainya kesetimbangan panas. Kesetimbangan panas terjadi jika panas dari sumber panas sama dengan jumlah panas benda yang dipanaskan dengan panas yang disebarkan oleh benda tersebut ke medium sekitarnya. Proses perpindahan panas ini berlangsung dalam 3 mekanisme, yaitu:

1. Konduksi.

2. Konveksi.

3. Radiasi.

Dalam percobaan termokopel ini perpindahan panas yang terjadi adalah perpindahan panas secara konduksi. Konduksi adalah proses perpindahan panas dari suatu bagian benda padat atau material ke bagian lainnya. Perpindahan panas secara konduksi dapat berlangsung pada benda padat, umumnya logam. Jika salah satu ujung sebuah batang logam diletakkan di atas nyala api, sedangkan ujung yang satu lagi dipegang, bagian batang yang dipegang ini suhunya akan naik, walaupun tidak kontak secara langsung dengan nyala api.

Pada perpindahan panas secara konduksi tidak ada bahan dari logam yang

berpindah. Yang terjadi adalah molekul-molekul logam yang diletakkan di atas nyala api membentur molekul-molekul yang berada di dekatnya dan memberikan sebagian panasnya. Molekul-molekul terdekat kembali membentur molekul-molekul terdekat lainnya dan memberikan sebagian panasnya, dan begitu seterusnya di sepanjang bahan sehingga suhu logam naik.2.2 TemperaturKonsep suhu pada awalnya berasal dari ide-ide kualitatif dari panas dan dingin berdasarkan rasa yang kita sentuh. Tubuh yang terasa panas biasanya memiliki suhu yang lebih tinggi daripada tubuh yang yang terasa dingin. Itu cukup jelas, tetapi kita tidak bisa mengandalkan indera kita untuk mengukur sifat-sifat materi. Panjang batang logam, tekanan steam pada boiler, dan kemampuan kawat untuk melakukan arus listrik, pengukuran semua ini tergantung kepada temperature.

Suhu juga terkait dengan energy kinetik dari molekul material. Untuk menggunakan suhu sebagai ukuran panas atau dinginnya, kita perlu membangun skala suhu. Untuk melakukal hal ini, kita dapat menggunakan alat pengukur.

Gambar di bawah ini adalah alat pengukur temperatur yang cukup familiar di kehidupan kita sehari-hari. Di gambar yang pertama, ketika sistem yang diukur menjadi lebih panas, cairan yang berada di dalam alat tersebut (biasanya air raksa atau etanol) mengembang dan naik di dalam tabung dan nilai L meningkat. (Zemansky, 2012: 552)

Kemudian, selain alat yang ada pada gambar di atas, temperatur juga dapat diukur dengan alat yang seperti gambar di bawah ini. Panas dan dinginnya suatu sistem ditentukan dari tekanan p.

Cara untuk menetapkan skala temperatur adalah dengan menetapkan nilai sembarang untuk dua temperatur yang siap direproduksi. Untuk skala baik Celcius maupun Fahrenheit, dua titik tetap dipilih untuk menjadi titik beku dan titik didih dari air, keduanya diambil pada tekanan atmosfer. Pada skala Celcius titik beku air dipilih 00 Celciusl dan titik didihnya 1000 Celcius. Pada skala Fahrenheit, titik beku ditetapkan pada suhu 320 Fahrenheit dan titik didihnya 2120 Fahrenheit. (Giacoli, 2005: 562)2.3 Arus Listrik

Dengan adanya beda potensial yang ditunjukkan oleh sumber tegangan, menyebabkan adanya aliran muatan.

Q = banyaknya muatan (C)

t = satuan waktu (sekon)I = kuat arus (A)

Oleh karena itu, ampere dapat dinyatakan sebagai Coulombper sekon dan 1 ampere adalah 1 Coulomb muatan yang mengalir dalam waktu 1 sekon.

Apabila dalam suatu pengahntar mengalir elektron sebanyak N dan masing-masing elektron bermuatan e Coulomb, dengan e = 1,6 X 10-19 Coulomb, maka kuat arus I adalah:

Arus listrik memiliki arah yaitu dari potensial tinggi ke potensial yang rendah. Arus listrik merupakan besaran vektor. Sedangkan kuat arus listrik tidak memiliki arah, maka kuat arus listrik merupakan besaran skalar.

Ada beberapa teori yang berhubungan dengan arus listrik yaitu seperti hukum ohm dan hukum kirchoff. Pada hukum ohm, arus listrik diartikan bahwa besarnya arus listrik yang mengalir adalah hasil bagi antara beda potensial dengan hambatan. Sedangkan pada hukum kirchoff, menjelaskan tentang arus listrik yang memasuki titik percabangan.

Secara umum kita mengenal beberapa sumber yang mampu menghasilkan arus listrik yaitu seperti: generator listrik, baterai, dan accumulator. Untuk baterai dan accumulator hanya bisa menyediakan arus listrik searah (DC).

2.4 Beda Potensial

Beda potensial juga disebut dengan tegangan. Beda potensial/tegangan menunjukkan selisih potensial antar ujung-ujung penghantar yang dialiari arus listrik. Satuan tegangan listrik adalah volt disimbolkan dengan V. Jika suatu penghantar listrik dihubungkan dengan sumber tegangan, maka diantara kedua ujung penghantar terjadi beda tegangan/beda potensial.

Aliran muatan dipengaruhi besar kecilnya potensial dari satu titik ke titik yang lain. Oleh karena itu, bsesarnya beda potensial akan mempengaruhi banyak muatan yang mengalir dalam suatu penghantar. Perpindahan muatan dari satu titik ke titik yang lain diperlukan energi. Jika muatannya elektron, maka persamaannya adalah

Dengan satuan energi adalah joule, sehingga berdasarakan persamaan di atas, joule dapa dinyatakan dengan satuan coulombvolt ataua elektronvolt (eV). (Halliday, 1996: 355)2.5 Termokopel

Pada tahun 1821, seorang fisikawan Estonia bernama Thomas Johann Seeback menemukan bahwa sebuah konduktor (semacam logam) yang diberi perbedaan panas secara gradien akan menghasilkan tegangan listrik. Hal ini disebut sebagai efek termoelektrik. Untuk mengukur perubahan panas ini gabungan dua macam konduktor sekaligus sering dipakai pada ujung benda panas yang diukur. Konduktor tambahan ini kemudian akan mengalami gradiasi suhu, dan mengalami perubahan tegangan secara berkebalikan dengan perbedaan temperatur benda. Menggunakan logam yang berbeda untuk melengkapi sirkuit akan menghasilkan tegangan yang berbeda, meninggalkan perbedaan kecil tegangan memungkinkan kita melakukan pengukuran, yang bertambah sesuai temperatur. Perbedaan ini umumnya berkisar antara 1 hingga 70 microvolt tiap derajat Celcius untuk kisaran yang dihasilkan kombinasi logam modern. Beberapa kombinasi menjadi populer sebagai standar industri, dilihat dari biaya,ketersediaanya, kemudahan, titik lebur, kemampuan kimia, stabilitas, dan hasil. Sangat penting diingat bahwa termokopel mengukur perbedaan temperatur di antara 2 titik, bukan temperatur absolut.Seebeck mendeteksi adanya tegangan pada rangkaian tertutup pada kawat tembaga (A) dan Bismuth (B) apabila salah satu sambungan kawat dipanaskan. Apabila sambungan tersebut didinginkan, terdeteksi adanya perubahan polaritas tegangan. Rangkaian ini kemudian di kenal dengan nama termokopel, yang merupakan kependekan thermo-electric coupleTegangan Seebeck sebuah kawat Logam Medan listrik, E, yang terjadi berbanding

lurus dengan gradien suhu kawat, T/x, sehingga,

E = S(x, T)T/x

Dimana S(x,T) adalah koefisien Seebeck diketahui beda potensial antara kedua ujung logam E= V/x, sehingga,V = S(x,T)T

Untuk logam homogen, S merupakan fungsi dari T saja; S = S(T). Sehingga, tegangan Seebeck adalah

= Sa(T) dTTegangan Seebeck termokopel Untuk sebuah termokopel, tegangan Seebeck dapat dihitung sebagai berikut :

V = A B = [SA SB] dTV = a1(t2-t1) + a2(t2-t1)+.an(t2-t1)

Bila t1=0, V=a1t2 - a2t2 +ant2, nilai tegangan listrik yang dihasilkan termokopel tidak bergantung pada panjang kawat atau diameternya, tetapi bergantung pada bahan dan beda suhu antar sambungan ukur (t1) dan sambungan acuan (t2). (http://share.its.ac.id/mod/resource/view.php?id=244)Termokopel dapat dihubungkan secara seri satu sama lain untuk membuat termopile, dimana tiap sambungan yang panas diarahkan ke suhu yang lebih tinggi dan semua sambungan dingin ke suhu yang lebih rendah. Dengan begitu, tegangan pada setiap termokopel menjadi naik, yang memungkinkan untuk digunakan pada tegangan yang lebih tinggi. Dengan adanya suhu tetapan pada sambungan dingin, yang berguna untuk pengukuran di laboratorium, secara sederhana termokopel tidak mudah dipakai untuk kebanyakan indikasi sambungan langsung dan instrumen kontrol. Mereka menambahkan sambungan dingin tiruan ke sirkuit mereka yaitu peralatan lain yang sensitif terhadap suhu (seperti termistor atau dioda) untuk mengukur suhu sambungan input pada peralatan, dengan tujuan khusus untuk mengurangi gradiasi suhu di antara ujung-ujungnya. Di sini, tegangan yang berasal dari hubungan dingin yang diketahui dapat disimulasikan, dan koreksi yang baik dapat diaplikasikan. Hal ini dikenal dengan kompensasi hubungan dingin. Biasanya termokopel dihubungkan dengan alat indikasi oleh kawat yang disebut kabel ekstensi atau kompensasi. Kabel ekstensi menggunakan kawat-kawat dengan jumlah yang sama dengan kondoktur yang dipakai pada termokopel itu sendiri. Kabel-kabel ini lebih murah daripada kabel termokopel, walaupun tidak terlalu murah, dan biasanya diproduksi pada bentuk yang tepat untuk pengangkutan jarak jauh umumnya sebagai kawat tertutup fleksibel atau kabel multi inti. Kabel-kabel ini biasanya memiliki spesifikasi untuk rentang suhu yang lebih besar dari kabel termokopel. Kabel ini direkomendasikan untuk keakuratan tinggi. Kabel kompensasi pada sisi lain, kurang presisi, tetapi murah. Mereka memakai perbedaan kecil, biasanya campuran material konduktor yang murah yang memiliki koefisien termoelektrik yang sama dengan termokopel (bekerja pada rentang suhu terbatas), dengan hasil yang tidak seakurat kabel ekstensi. Kombinasi ini menghasilkan output yang mirip dengan termokopel,tetapi operasi rentang suhu pada kabel kompensasi dibatasi untuk menjaga agar kesalahan yang diperoleh kecil. Kabel ekstensi atau kompensasi harus dipilih sesuai kebutuhan termokopel. Pemilihan ini menghasilkan tegangan yang proporsional terhadap beda suhu antara sambungan panas dan dingin, dan kutub harus dihubungkan dengan benar sehingga tegangan tambahan ditambahkan pada tegangan termokopel, menggantikan perbedaan suhu antara sambungan panas dan dingin.Ketika memilih termokopel kita harus juga mempertimbangkan jenis pengisolasian dan konstruksi probenya. Karena semua ini akan memiliki efek pada suhu kisaran, akurasi suhu terukur, dan keandalan pembacaannya. Di bawah ini dapat dilihat jenis-jenis termokopel yang secara umum dipakai di kalangan industry.

Tipe K (Chromel (Ni-Cr alloy) / Alumel (Ni-Al alloy))

Termokopel untuk tujuan umum. Lebih murah. Tersedia untuk rentang suhu 200 C hingga +1200 C. Tipe E (Chromel / Constantan (Cu-Ni alloy)).

Tipe E memiliki output yang besar (68 V/C) membuatnya cocok digunakan pada temperatur rendah. Properti lainnya tipe E adalah tipe non magnetik. Tipe J (Iron / Constantan) Rentangnya terbatas (40 hingga +750 C) membuatnya kurang populer dibanding tipe K. Tipe J memiliki sensitivitas sekitar ~52 V/C

Tipe N (Nicrosil (Ni-Cr-Si alloy) / Nisil (Ni-Si alloy)) Stabil dan tahanan yang tinggi terhadap oksidasi membuat tipe N cocok untuk pengukuran suhu yang tinggi tanpa platinum. Dapat mengukur suhu di atas 1200 C. Sensitifitasnya sekitar 39 V/C pada 900C, sedikit di bawah tipe K. Tipe N merupakan perbaikan tipe K.

Tipe B (Platinum-Rhodium/Pt-Rh) Cocok mengukur suhu di atas 1800 C. Tipe B memberi output yang sama pada suhu 0C hingga 42C sehingga tidak dapat dipakai di bawah suhu 50C.

Tipe R (Platinum /Platinum with 7% Rhodium) Cocok mengukur suhu di atas 1600 C. sensitivitas rendah (10 V/C) dan biaya tinggi membuat mereka tidak cocok dipakai untuk tujuan umum.

Tipe S (Platinum /Platinum with 10% Rhodium) Cocok mengukur suhu di atas 1600 C. sensitivitas rendah (10 V/C) dan biaya tinggi membuat mereka tidak cocok dipakai untuk tujuan umum. Karena stabilitasnya yang tinggi Tipe S digunakan untuk standar pengukuran titik leleh emas (1064.43 C).

Tipe T (Copper / Constantan) Cocok untuk pengukuran antara 200 to 350 C. Konduktor positif terbuat dari tembaga, dan yang negatif terbuat dari constantan. Sering dipakai sebagai alat pengukur alternatif sejak penelitian kawat tembaga. Tipe T memiliki sensitifitas ~43 V/C.

Keterangan:

Termokopel tipe B, R, dan S adalah termokopel logam mulia yang memiliki karakteristik yang hampir sama. Mereka adalah termokopel yang paling stabil, tetapi karena sensitifitasnya rendah (sekitar 10 V/C) mereka biasanya hanya digunakan untuk mengukur temperatur tinggi (>300 C).

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN3.1 Peralatan dan Bahan

Alat dan bahan yang diperlukan dalam percobaan termokopel ini antara lain satu buah Voltmeter (V), dua set termokopel, satu buah termometer, satu set statip, satu buah kompor listrik, potongan es batu secukupnya, air secukupnya.3.2 Cara KerjaCara kerja percobaan termokopel ini yakni dipersiapkan peralatan dan komponen yang akan digunakan dalam percobaan. Dirangkai peralatan seperti pada skema rangkaian seperti gambar di bawah. Dimasukkan sampel ke dalam bejana. Di nol kan tegangan pada sumber tegangan. Dimasukkan termometer dan termokopel ke dalam bejana. Ditunggu sampai suhu sampel menjadi 2oC. Dihidupkan kompor listrik. Dilihat pada multimeter digital besar tegangan yang tertera. Dicatat pengukuran tegangan pada suhu 50C - 1000C dengan interval 100C. SHAPE \* MERGEFORMAT

BAB IV

ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Analisa DataDari percobaan Termokopel yang telah dilakukan, maka diperoleh data sebagai berikut.

Tabel 4.1 Data hasil pengamatanSuhu Kamar

NoSuhu (C)Tegangan (mV)

A (biru)B (merah)C (hijau)

150.150.120.10

2100.110.050.04

3150.020.030.03

4200.040.020.01

525-0.01-0.01-0.01

630-0.01-0.01-0.01

735-0.04-0.03-0.03

840000

945-0.010-0.01

1050-0.01-0.01-0.01

1155-0.01-0.01-0.01

1260-0.02-0.01-0.01

1365-0.02-0.01-0.02

1470-0.02-0.02-0.02

1575-0.03-0.02-0.02

1680-0.03-0.02-0.02

1785-0.03-0.02-0.03

1890-0.04-0.03-0.03

1995-0.04-0.02-0.03

20100-0.04-0.03-0.03

4.2 Grafik

Grafik 4.1 Grafik hubungan antara Suhu dan Tegangan pada Termokopel A

Grafik 4.2 Grafik hubungan antara Suhu dan Tegangan pada Termokopel B

Grafik 4.3 Grafik hubungan antara Suhu dan Tegangan pada Termokopel C4.3 Pembahasan

Percobaan kali ini, kami diberikan pemahaman mengenai pengaruh perbedaan suhu pada kedua ujung logam yang berbeda sehingga dapat menimbulkan aris listrik. Alat yang di gunakan untuk mengukur suhu adalah voltmeter (V) satu buah, termokopel dua set, termometer satu buah, statip dengan kelengkapannya satu set, kompor listrik satu buah, potongan es batu secukupnya, dan air. Untuk suhu dalam praktikum ini kami menggunakan termometer Celcius.

Pengukuran beda potensial/tegangan diukur tiap suhu air mencapai kelipatan 5. Jadi, suhu awal untuk dimulai pengukuran adalah 50 Celcius, kemudian dilanjutkan 10, 15, dan seterusnya.

Thermokopel yang digunakan dalam pengukuran beda potensial ada sebanyak 3 macam. Themokopel ini memiliki ujung logam yang berbeda. Dengan demikian kita dapat mengetahui thermokopel apa yang bisa menghasilkan tegangan yang paling besar.

Bisa dilihat dari ketiga termokopel yang digunakan, tegangan yang dihasilkan tidak memiliki kenaikan yang signifikan, seperti yang seharusnya. Grafik yang digambarkan seharusnya memiliki garis yang linear. Tetapi terlihat dari grafik, tegangan yang dihasilkan semakin menurun seiring dengan naiknya temperatur.

Dari grafik pertama, tegangan yang dihasilkan menurun drastis setelah menginjak suhu 150 C. Kemudian tegangan yang dihasilkan turun naik hingga mencapai angka negative. Hal ini juga terjadi pada kedua termokopel lainnya. Maka dari itu, percobaan ini dirasa gagal karena tidak dapat membuktikan termokopel mana yang dapat menghasilkan tegangan yang paling tinggi.

Hal ini dapat disebabkan oleh massa air yang digunakan dalam pengukuran, suhu ruangan yang mungkin mempengaruhi proses pengukuran, dan kurang presisinya alat-alat yang digunakan dalam percobaan.BAB V

KESIMPULAN

Dari percobaan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa temperatur pada logam berpengaruh terhadap tegangan yang dihasilkan, dan seharusnya nilai temperatur pada logam sebanding dengan kenaikan tegangan atau beda potensial. Meskipun dalam percobaan kami, kami tidak dapat membuktikan bahwa dengan naiknya temperatur pada logam, naik pula tegangan yang dihasilkan.DAFTAR PUSTAKA

Raymond A, Serway. 2004. Physics for Scientists and Engineers 6th Edition. Inc: Thomson Brooks/ColeTipler. 2012. Modern Physics. Macmillan Higher Education.Halliday, David. 1996. Fundamentals of Physics.

Zemensky, Sears. 2012. University Physic Volume 13th edition. Inc: Pearson Education.Giancoli, Douglas. 2005. Physics Principles with Applications. Inc: Pearson Education.

http://share.its.ac.id/mod/resource/view.php?id=244. Diakses pada tanggal 12 April 2014.Gambar 1 : Rangkaian Percobaan Termokopel

8 8 8

KOMPOR LISTRIK

THERMOMETER

VOLTMETER

A

B

iii

10

_1458838511.xlsChart1

0.12

0.05

0.03

0.02

-0.01

-0.01

-0.03

0

0

-0.01

-0.01

-0.01

-0.01

-0.02

-0.02

-0.02

-0.02

-0.03

-0.02

-0.03

Tegangan (mV)

Suhu (C)

TEGANGAN

Grafik Hubungan antara Suhu dengan Tegangan pada Termokopel B

Sheet1

SuhuTegangan (mV)

50.12

100.05

150.03

200.02

25-0.01

30-0.01

35-0.03

400

450

50-0.01

55-0.01

60-0.01

65-0.01

70-0.02

75-0.02

80-0.02

85-0.02

90-0.03

95-0.02

100-0.03

_1458838513.xlsChart1

0.15

0.11

0.02

0.04

-0.01

-0.01

-0.04

0

-0.01

-0.01

-0.01

-0.02

-0.02

-0.02

-0.03

-0.03

-0.03

-0.04

-0.04

-0.04

Tegangan (mV)

Suhu (C)

TEGANGAN

Grafik Hubungan antara Suhu dengan Tegangan pada Termokopel A

Sheet1

SuhuTegangan (mV)

50.15

100.11

150.02

200.04

25-0.01

30-0.01

35-0.04

400

45-0.01

50-0.01

55-0.01

60-0.02

65-0.02

70-0.02

75-0.03

80-0.03

85-0.03

90-0.04

95-0.04

100-0.04

_1458838508.xlsChart1

0.12

0.05

0.03

0.02

-0.01

-0.01

-0.03

0

0

-0.01

-0.01

-0.01

-0.01

-0.02

-0.02

-0.02

-0.02

-0.03

-0.02

-0.03

Tegangan (mV)

Suhu (C)

TEGANGAN

Grafik Hubungan antara Suhu dengan Tegangan pada Termokopel C

Sheet1

SuhuTegangan (mV)

50.12

100.05

150.03

200.02

25-0.01

30-0.01

35-0.03

400

450

50-0.01

55-0.01

60-0.01

65-0.01

70-0.02

75-0.02

80-0.02

85-0.02

90-0.03

95-0.02

100-0.03