BAB II. DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
2.1.3 Thermoelektrik
Teknologi termoelektrik adalah teknologi yang bekerja dengan mengkonversi energi panas menjadi listrik secara langsung (generator termoelektrik), atau sebaliknya, dari listrik menghasilkan dingin (pendingin
termoelektrik). Termoelektrik terbuat dari solid state material (material zat padat)
yang dapat mengkonversi energi dari perbedaan temperatur ke beda potensial aliran dinding q u u Arus bebas T Tw
(efek Seebeck), atau sebaliknya (efek Peltier). Pada skala atom, perbedaan temperatur menyebabkan muatan pembawa berdifusi dari permukaan panas menuju ke permukaan dingin. Efek termoelektrik dapat dibagi berdasarkan tiga kelompok, yakni: efek Seebeck, efek Peltier, dan efek Thomson.
Pada dasarnya prinsip kerja alat ini sama seperti mesin panas. Pada mesin diesel maupun mesin bensin, energi yang ada pada bahan bakar dirubah menjadi tekanan uap yang mampu menggerakkan piston. Prinsip yang sama terjadi pada piranti temoelektrik yang mampu merubah perbedaan temperatur menjadi beda potensial, yang dapat menghantarkan arus listrik. Hubungan yang sama juga terdapat pada mesin pendingin, dimana beda potensial dapat menyebabkan perbedaan temperatur pada kedua sisi piranti 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 ujungnya, kemudian diberikan suhu yang berbeda pada sambungan, maka terjadi perbedaan tegangan pada ujung yang satu dengan ujung yang lain.
Gambar 2.3 Termoelektrik 2.1.3.1 Efek Seebeck
Jika dua buah logam yang berbeda disambungkan salah satu ujungnya,kemudian diberikan suhu yang berbeda pada sambungan, maka terjadi perbedaan tegangan pada ujung yang satu dengan ujung yang lain. Fenomena ini pertama kali ditemukan oleh Seebeck sehingga disebut efek Seebeck atau umumnya dikenal dengan nama prinsip termokopel. Tegangan yang dihasilkan ini sebanding dengan perbedaan temperatur diantara dua sisi
Semakin besar perbedaan temperatur, semakin besar tegangan diantara junction. Koefisien Seebeck disimbolkan dengan huruf dengan α (Snyder, 2008). Perbedaan temperatur disimbolkan dengan ∆T dan beda potensial yang dihasilkan adalah ∆V) maka koefisien Seebeck dituliskan,
α= ∆�
Koefisien Seebeck merupakan parameter yang sangat penting untuk mengetahui efisiensi dari bahan termoelektrik.
2.1.3.2 Efek Peltier
Efek Peltier diambil dari nama Jean-Charles Peltier, seorang fisikawan Perancis yang menemukan efek kalorik dan arus listrik pada sambungan dua material logam yang berbeda pada tahun 1834. Koefisien ini 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. Pendingin Peltier juga dapat disebut Thermoelectric Cooler (TEC).
2.1.3.3 Efek Thomson
Efek Thomson telah diprediksi dan diamati oleh William Thomson pada tahun 1851. Efek ini menggambarkan pemanasan atau pendinginan dari konduktor berarus listrik dengan perbedaan temperatur. Setiap konduktor berarus listrik (kecuali superkonduktor) jika memiliki perbedaan temperatur antara dua titik, akan menyerap atau memancarkan panas, tergantung pada material.
Dalam logam seperti seng dan tembaga, jika dia lebih bersuhu panas pada potensial yang lebih tinggi dan bersuhu dingin pada ujung potensial yang lebih rendah, ketika arus bergerak dari ujung panas ke ujung dingin, arus bergerak dari potensial rendah ke potensial tinggi, sehingga ada emisi panas. Hal ini disebut
efek Thomson positif. Dalam logam seperti kobalt, nikel, dan besi, yang memiliki ujung dingin pada potensial yang lebih tinggi dan ujung panas pada potensial yang lebih rendah, ketika arus bergerak dari ujung panas ke ujung dingin, arus bergerak dari potensial rendah ke potensial tinggi, ada penyerapan panas. Efek Seebeck merupakan perpaduan dari efek Peltier dan efek Thomson. Pada tahun 1854 Thomson menemukan dua hubungan baru, sekarang bisa kita sebut dengan hubungan Thomson atau hubungan Kelvin, antara koefisien yang salingberhubungan. Jika T merupakan temperatur mutlak maka,
Π =S . T
persamaan inilah yang telah diprediksi oleh efek Thomson. Mereka berhubungan dengan koefisien Thomson μ dengan hubungan,
�= �
�
2.1.3.4 Thermoelectric Generator ( TEG )
Pembangkit thermoelektrik (TEG) adalah suatu pembangkit listrik yang didasarkan pada efek seebect,yang pertama kali ditemukan pada tahun 1821 oleh Thomas Johan Seebect, ia menghubungkan tembaga dan besi dalam sebuah rangkaian. Diantara kedua logam tersebut diletakkan jarum kompas. Ketika sisi logam tersebut dipanaskan jarum tersebut ternyata bergerak. Hal ini terjadi oleh karena aliran listrik yang terjadi pada logam menimbulkan medan magnet.medan magnet inilah yang menggerakkan jarum kompas tersebut. Femnomena tersebut kemudian di kenal sebagai effect Seebeck.
Gambar 2.4 Skema Termoelektrik Generator
Gambar skema pada termoelektrik generator yang terdiri dari susunan elemen tipe-n ( material dengan kelebihan electron) dan tipe–p (material dengan kekurangan electron) panas masuk pada satu sisi dan dibuang pada sisi yang lainnya, mengasilkan suatu tegangan yang melewati sambungan termoelektrik. Besarnya tegangan yang dihasilkan sebanding dengan gradien temperatur. Daya yang dihasilkan oleh TEG sangat bergantung pada perbedaan temperatur yang didapatkan, semuanya ini juga berhubungan dengan efisiensi dari termoelektrik itu sendiri. Jika perbedaan temperaturnya semakin besar maka daya keluarannya juga ikut besar hingga titik maksimum efisiensi peltier tersebut. Jadi kemungkinan walau perbedaan temperaturnya sangat besar tetapi daya yang dihasilkan lebih kecil. Nilai efisiensi modul termoelektrik dapat ditingkatkan dengan cara memberi penggunaan heatsink, fan atau bak air diatas sisi dingin modul untuk menjaga perbedaan temperature dengan sisi panasnya.
2.1.3.5 Arus dan Tegangan
Arus listrik merupakan banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu. Muatan listrik bisa mengalir melalui kabel atau penghantar listrik lainnya. Arus listrik dapat terjadi karena adanya aliran elektron dimana tiap electron mempunyai muatan yang besarnya sama. Jika kita mempunyai benda bermuatan negatif berarti benda tersebut mempunyai kelebihan elektron dan sebaliknya jika kita memiliki benda bermuatan positif berarti benda tersebut kekurangan elektron. Derajat termuatinya benda tersebut diukur dengan jumlah kelebihan elektron yang ada. Muatan sebuah elektron sering dinyatakan dengan simbol q atau e, dinyatakan dengan satuan coulomb.
Pada dasarnya dalam kawat penghantar terdapat aliran elektron dalam jumlah yang dangat besar, jika jumlah elektron yang bergerak ke kanan dan ke kiri sama besar maka seolah-olah tidak terjadi apa-apa. Akan tetapi jika ujung sebelah kanan kawat menarik elektro sedangkan ujung sebelah kiri melepaskannya maka akan terjadi aliran elektron ke kanan (tetapi dalam hal ini disepakati bahwa arah arus bergerak berlawanan, yakni ke kiri). Aliran elektron ini yang selanjutnya disebut aliran listrik.
Arus listrik dapat dibedakan menjadi 2, yaitu :
Arus searah (Direct Current / DC), yaitu arus yang mempunyai nilai tetap atau konstan terhadap satuan waktu.
Arus bolak-balik (Alternating Current / AC), yaitu arus yang mempunyai nilai berubah terhadap satuan waktu dengan karakteristik akan selalu berulang untuk periode waktu tertentu
Simbol arus adalah I,sedangkan satuannya arus adalah Ampere. Dengan persamaan :
I = dQ/dt I = Arus listrik dalam ampere
Q = Muatan Listrik dalam coulomb t = Waktu dalam detik
Tegangan adalah perbedaan potensi listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dinyatakan dalam satuan volt. Besaran ini mengukur energi potensial sebuah medan listrik untuk menyebabkan aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik. Tergantung pada perbedaan potensi listrik satu tegangan listrik dapat dikatakan sebagai ekstra rendah, rendah, tinggi atau ekstra tinggi.
Terdapat dua cara memandang beda potensial, yaitu : 1. Tegangan turun/voltage drop
Jika dipandang dari potensial lebih tinggi ke potensial lebih rendah. 2. Tegangan naik/voltage rise
Jika dipandang dari potensial lebih rendah ke potensial lebih tinggi.
Simbol tegangan adalah V (voltage). Sedangkan Satuan Internasional untuk tegangan adalah Volt.
Persamaan matematik untuk tegangan adalah: V= I .R V = Tegangan dalam volt (V)
R = Resistansi dalam ohm (Ω) I = Arus dalam ampere (A)
2.1.3.6 IC Regulator 7805
IC regulator 7805 berfungsi sebagai penstabil tegangan dengan nilai penstabilan tertentu. Apabila tegangan masukan (input) lebih besar dari nilai penstabilan IC maka keluaran (output) akan distabilkan sesuai dengan nilai penstabilan IC tersebut. Contoh IC penstabil tegangan yang lain adalah 7806, 7809, 7812, 7815 dan lain-lain. Dua digit terakhir (angka 05 pada kode 7805) merupakan kode nilai tegangan penstabilan IC tersebut, yaitu 5 volt. Apabila tegangan input lebih besar dari 5 volt maka keluaran tegangan akan distabilkan menjadi 5 volt. Namun apabila tegangan input < 5 Volt maka tegangan output = tegangan input. Kaki 1 terhubung dengan positif termoelektrik generator, kaki 2 terhubung dengan negatif termoelektrik generator dan kabel konektor HP yang negatif,. Kaki 3 terhubung dengan kabel konektor charger HP yang positif.