PROTOTIPE ALAT UKUR SUHU BERBASIS TERMOELEKTRIK UNTUK PEMBELAJARAN FISIKA MATERI SUHU DAN KALOR

PROTOTIPE ALAT UKUR SUHU BERBASIS TERMOELEKTRIK UNTUK PEMBELAJARAN FISIKA

MATERI SUHU DAN KALOR Oleh

Sugeng Riyadi

Hasil observasi menunjukan bahwa termometer air raksa dan alkohol yang digunakan dalam praktikum fisika di sekolah materi suhu dan kalor memiliki berbagai kelemahan. Kelemahan itu adalah pipa kapiler mudah pecah, raksa bersifat racun dan pembacaan hasil pengukuran suhu masih manual dengan pengamatan secara secara langsung. Tujuan penelitian pengembangan ini adalah menghasilkan termometer berbasis termoelektrik dan petunjuk penggunaan (user manual)untuk pembelajaran fisika materi suhu dan kalor, mengetahui kelayakan dan spesifikasinya. Penelitian pengembangan ini dimulai dari

melakukan analisis kebutuhan dilanjutkan dengan identifikasi sumber daya untuk memenuhi kebutuhan kemudian mengidentifikasi spesifikasi produk dan

Pengembangan produk dilanjutkan dengan uji produk dan produksi. Produk termometer termoelektrik disertai petunjuk penggunaan(user manual)yang dikembangkan telah diuji spesifikasi dan kelayakanya. Berdasarkan uji yang telah dilakukan, diketahui spesifikasi termometer termoeletrik yaitu; ketelitian alat 2,20 %, sesatan 0,48, sensitivitas 0,62 ºC/mV, dan rentang ukur 25ºC-95ºC. Hasil Uji kelayakan termometer termoelektrik dan petunjuk penggunaan(user manual), menyatakan bahwa produk layak untuk digunakan sebagai alat ukur suhu

PROTOTIPE ALAT UKUR SUHU BERBASIS TERMOELEKTRIK UNTUK PEMBELAJARAN FISIKA

MATERI SUHU DAN KALOR

Oleh Sugeng Riyadi

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA PENDIDIKAN

Pada

Program Studi Pendidikan Fisika

Jurusan Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS LAMPUNG

UNTUK PEMBELAJARAN FISIKA MATERI SUHU DAN KALOR

(Skripsi)

Oleh

SUGENG RIYADI

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS LAMPUNG

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

1. Prinsip kerja termoelektrik ... 19

2. Salah satu contohThermoelectric cooler(TEC)... 21

3. Salah satu contohThermoelectric generator(TEG)... 22

4. Diagram balok sistem pengukuran ... 29

5. Desain prototipe alat ukur suhu berbasis termoelektrik ... 34

6. Diagram Konfigurasi LCD 16 x 2 ... 46

7. Penampang Arduino Uno R... 47

8. Desaincashingalat ukur suhu berbasis termoelektrik ... 35

9. (a) cara mengukur suhu zat zair, dan (b) cara mengukur suhu benda menggunakan alat ukur suhu berbasis termoelektrik ... 36

10. Model Pengembangan Media Instruksional ... 39

11. Desain bagian sensor ... 44

12. Desain bagianintermediate... 45

13. Rangkaian pembaca menggunakan Arduino dan LCD ... 46

14. Desain rangkaian alat ukur suhu berbasis termoelektrik ... 46

15. Desain akhir alat ukur suhu berbasis termoelektrik... 47

Lampiran Halaman

1. SpesifikasiThermoelectric coolerTEC 12706 ... 54

2. Penelitian Seputar Bahan Termoelektrik ... 59

3. Desain Bentuk Alat Ukur Suhu Termoelektrik ... 71

4. Daftar Alat dan Bahan ... 75

5. Daftar Harga Bahan... 89

6. Langkah Kerja Pembuatan Produk ... 76

7. Penentuan Percobaan Dan Kalibrasi ... 78

8. Data Pengukuran Menggunakan TEC 12706... 80

9. Analisis Data Hasil Pengukuran TEC 12706 ... 82

10. Kode Program(Script)Pada Arduino ... 90

11. Kisi-Kisi Uji Kelayakan Fisik ... 92

12. Instrument Uji Kelayakan Fisik ... 95

13. Hasil Uji Kelayakan Fisik ... 59

14. Analisis Hasil Uji Kelayakan Fisik ... 99

15. Rangkuman Hasil Uji Kelayakan Fisik... 102

16. Kisi-kisi Uji Ahli Desain... 106

17. Instrument Uji Ahli Desain ... 110

Tabel Halaman

1. Besaran pokok ... 25

2. Beberapa contoh besaran turunan ... 25

3. Beberapa contoh sifat termometrik bahan... 32

4. Hasil Uji Spesifikasi Alat... 57

5. Hasil Uji Kelayakan ... 72

MOTO

“Memahami ilmu ada tiga tahapan, memasuki tahap pertama manusia akan sombong, memasuki tahap kedua manusia akan rendah hati memasuki tahap

ketiga manusia akan merasa tidak ada apa-apanya”

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang selalu memberikan limpahan rahmat dan karunia-Nya. Dengan kerendahan hati, penulis mempersembahkan karya

sederhana ini kepada:

1. Ibu dan Bapak tersayang yang senantiasa dengan sepenuh hati

memberikan segala yang terbaik untuk penulis yang takkan mungkin bisa dibalas walau sampai akhir hayat. Mudah-mudahan kelak Allah SWT mudahkan penulis ini untuk memberikan kebahagiaan dan membuat kalian bangga, jauh lebih besar dari ini.

2. Kakak-kakakku yang selalu menyemangatiku Kak Suyono dan Kak Harianto

DAFTAR ISI

II. TINJAUAN PUSTAKA A. Penelitian dan Pengembangan... 7

H. Desain Alat Ukur Suhu Berbasis Termoelektrik ... 37

A. Desain Penelitian ... 45

B. Prosedur Pegembangan ... 46

C. Teknik Pengumpulan Data ... 54

D. Teknik Analisis Data ... 55

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil Pengembangan ... 60

B. Pembahasan ... 80

V. SIMPULAN DAN SARAN A. Simpulan ... 84

B. Saran ... 85

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Tulang Bawang pada tanggal 4 April 1992, sebagai anak bungsu dari empat bersaudara dari pasangan Bapak Subroto dan Ibu Katimah. Penulis mengawali pendidikan formal pada SD Negeri 2 Gedung Aji. Pada tahun 2004 penulis melanjutkan pendidikannya di SMP Negeri 5 Banjar Agung hingga tahun 2007. Selanjutnya penulis melanjutkan pendidikan di SMA Negeri 2 Menggala. Pada tahun 2011, penulis diterima dan terdaftar sebagai mahasiswa regular program studi Pendidikan Fisika, Jurusan Pendidikan MIPA, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan di Universitas Lampung melalui jalur SNMPTN tertulis.

SANWACANA

Bismillahirohmanirrohim.

Puji dan syukur penulis haturkan kehadirat Allah SWT, karena atas rahmat dan ridho-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Pengembangan Alat Ukur Suhu Berbasis Termoelektrik Untuk Materi Suhu dan Kalor”.Penulis menyadari bahwa terdapat banyak bantuan dari berbagai pihak sehingga skripsi ini dapat

terselesaikan. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada:

1. BapakDr. Muhammad Fuad, M.Hum.,selaku Dekan Fakultas Keguruan dan

Ilmu Pendidikan Universitas Lampung.

2. Bapak Dr. Caswita, M.Si., selaku Ketua Jurusan Pendidikan MIPA.

3. Bapak Drs. Eko Suyanto, M.Pd., selaku Ketua Program Studi Pendidikan Fisika dan serta Pembimbing I, yang banyak memberikan masukan dan kritik yang bersifat positif dan membangun.

keikhlasannya memberikan bimbingan, saran dan kritik kepada penulis dalam proses penyusunan skripsi ini.

6. Bapak dan Ibu Dosen serta Staf Program Studi Pendidikan Fisika dan Jurusan Pendidikan MIPA.

7. Bapak dan Ibu penulis tercinta, yang selalu memberikan doa, motivasi dan dukungan yang sangat besar bagi penulis dalam perjalanan hidup penulis dari masa kecil hingga saat ini.

8. Kakak-kakak seperjuangan dalam payung penelitian ini, Kak Wira dan Kak Effendi.

9. Sahabat-sahabat seperjuangan dan sekontrakan, Boy, Ruli, Ricko, Nung dan Yanuar, terimakasih atas kebersamaannya selama ini.

10. Teman-teman seperjuangan Pendidikan Fisika B 2011: Yeni, Uci, Nike, Sam, Lusi, Marlia, Gesty, Intan, A’yun, Ana, Sofya, Anshori, Jivi, Ardi, Hendri, Deny, Andika, terimakasih untuk kebersamaannya, semoga kesuksesan selalu menyertai kita.

11. Teman-teman Program Studi Pendidikan Fisika A 2011, terima kasih atas dukungannya. Semoga kebahagian dan kesuksesan selalu menyertai kita.

12. Sahabat seperjuangan KKN-KT Kotaagung Timur Kabupaten Tanggamus Dilah, Ika, Uya, Uci, Ivah, Eriska, Theesia, Ajeng dan Enggor semoga kekeluargaan kita tetap utuh sampai nanti.

Penulis berdoa semoga semua amal dan bantuan mendapat pahala serta balasan dari Allah SWT dan semoga skripsi ini bermanfaat. Amin.

Bandar Lampung, 18 Januari 2016 Penulis,

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Sains atau Ilmu Pengetahuan Alam (IPA), dikembangkan oleh manusia dengan tujuan untuk memahami gejala alam. Rasa keingintahuan para ilmuan mendorong untuk melakukan proses penyelidikan ilmiah hingga ditemukan suatu jawaban yang kemudian menjadi produk sains, seperti konsep, prinsip, teori dan hukum.

Fisika merupakan salah satu cabang dari ilmu pengetahuan alam yang dipelajari di sekolah. Menurut Sutrisno (2014: 43) fisika mengkaji perilaku, struktur dan interaksi benda secara empirik, oleh sebab itu dalam

Metode praktikum merupakan salah satu strategi dalam pembelajaran yang dapat memberikan pengalaman empirik kepada siswa. Menurut Wenning (2005: 7) metode praktikum menerapkan pembelajaran yang berpusat pada peserta didik, dengan peran guru lebih sebagai fasilitator daripada mengajar langsung. Dalam strategi pembelajaran yang berpusat pada peserta didik, guru menempatkan perhatian lebih banyak pada keterlibatan, inisiatif dan interaksi sosial peserta didik. Melalui praktikum peserta didik dapat mempelajari sains dan pengalaman langsung terhadap gejala-gejala alam, dapat melatih

keterampilan berpikir ilmiah, serta dapat menanamkan sikap ilmiah.

Keberhasilan penggunaan metode praktikum dalam pembelajaran dipengaruhi dengan tersedianya peralatan praktikum yang memadai. Peralatan praktikum untuk kepentingan pembelajaran fisika tersedia dalam bentuk Kotak

Instrumentasi Terpadu (KIT). KIT yang tersedia saat ini ada dalam berbagai jenis sesuai dengan kebutuhan, misalnya KIT mekanika, elektronika, optika, gelombang, dan lain-lain. Pada kenyataanya KIT yang lengkap tidak dimiliki oleh setiap sekolah, terutama untuk sekolah-sekolah yang terletak di daerah.

Suhu dan kalor adalah salah satu materi pokok yang dipelajari dalam

pembelajaran fisika. Seperti halnya dengan materi fisika lainya, materi tentang suhu dan kalor dikembangkan berdasarkan percobaan, maka dalam

3 tergantung pada alat pengukur suhu yang digunakan. Selama ini alat ukur suhu yang digunakan adalah termometer alkohol atau raksa.

Termometer alkohol dan raksa yang digunakan saat ini untuk pembelajaran materi pokok suhu dan kalor memiliki berbagai kelemahan, diantaranya pipa kapiler mudah pecah, raksa bersifat racun, sehingga berbahaya bagi

keselamatan peserta didik. Selain itu kelemahan terutama pada pembacaan skala karena masih berbentuk manual dengan pengamatan langsung, sehingga rentan terjadi kesalahan acak dalam pembacaan hasil dari pengukuran.

TEC 12706 sebagai salah satu produk termoelektrik yang tersedia di pasaran, memiliki kemampuan mengkonversi energi panas menjadi energi listrik atau sebaliknya. TEC 12706 terdiri dari sekumpulan semikonduktor tipe-p dan tipe-n yang dihubungkan dalam sebuah rangkaian tertutup, dibungkus dengan material keramik, berdimensi 40x40x5 mm3. TEC 12706 berfungsi sebagai pendingin di salah satu sisi dan sebagai pemanas sisi lainya apabila diberi aliran listrik arus searah, namun apabila alat ini di kedua sisinya diberi suhu yang berbeda, maka akan menghasilkan listrik arus searah. Pada saat

perbedaan suhunya semakin besar maka arus yang dihasilkan semakin besar pula. Arus listrik searah yang hasilkan dapat dikonversikan ke dalam besaran suhu dan ditampilkan dalam bentuk digital sehingga mudah untuk dibaca.

Berdasarkan pemaparan sebelumnya terlihat bahwa diperlukan alat ukur suhu yang aman, mudah digunakan, dan teliti yang dapat menjadi termometer alternatif untuk keperluan pembelajaran. TEC 12706 memiliki sifat

serta strukturnya relatif aman apabila digunakan oleh siswa, maka peneliti telah mengembangkan termometer digital dengan memanfaatkan TEC 12706 sebagai termometer alternatif yang dapat digunakan untuk keperluan

pembelajaran.

B. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah dikemukakan, maka rumusan masalah dalam penelitian ini adalah:

1. Bagaimanakah termometer berbasis termoelektrik disertai petunjuk penggunaan(user manual )untuk pembelajaran fisika materi suhu dan kalor?

2. Bagaimanakah kelayakan termometer berbasis termoelektrik dan petunjuk penggunaan(user manual)untuk pembelajaran fisika materi suhu dan kalor?

3. Bagaimanakah sesatan, ketelitian, rentang kerja termometer berbasis termoelektrik untuk pembelajaran fisika materi suhu dan kalor?

C. Tujuan Penelitian

Berdasarkan rumusan masalah di atas, maka tujuan penelitian ini adalah: 1. Mengembangkan termometer berbasis termoelektrik dan petunjuk

5 2. Mengetahui kelayakan termometer berbasis termoelektrik dan petunjuk

penggunaan(user manual)untuk pembelajaran fisika materi suhu dan kalor.

3. Mengetahui sensitivitas, sesatan, ketelitian, rentang ukur, termoelektrik untuk pembelajaran fisika materi suhu dan kalor.

D. Manfaat Penelitian

Manfaat penelitian yang diperoleh dari pengembangan ini yaitu produk yang dikembangkan dapat menjadi alat ukur suhu alternatif yang lebih teliti dan mudah digunakan, serta dapat membantu siswa dalam pembelajaran fisika materi suhu dan kalor.

E. Ruang Lingkup Penelitian

Agar tidak terjadi kesalahpahaman dan penafsiran yang berbeda-beda terhadap masalah yang akan dibahas dalam penelitian ini, maka ruang lingkup

penelitian ini adalah:

1. Pengembangan yang dimaksud beroerientasi untuk merancang suatu produk, yaitu protoipe alat ukur suhu alternatif berbasis termoelektrik disertai petunjuk penggunaan(user manual).

3. Bahan termoelektrik yang digunakan dalam penelitian ini adalah jenis TEC 12706 yang berfungsi sebagai sensor suhu.

4. Uji validasi adalah uji ahli desain dilakukan oleh ahli desain Pendidikan Fisika Universitas Lampung

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Penelitian dan Pengembangan

Dalam bidang pendidikan, penelitian dan pengembangan atau yang dikenal dengan istilahResearch and Development (R&D), merupakan model penelitian yang banyak digunakan dalam pengembangan pendidikan. Sugiyono (2010: 407) mengungkapkan bahwa:

Metode penelitian dan pengembangan merupakan metode peneltian yang digunakan untuk menghasilkan produk tertentu, dan menguji keefektifan produk tersebut.

Sedangkan menurut Gay (1990: 10) mengungkapkan bahwa: Penelitian dan Pengembangan merupakan suatu usaha untuk

mengembangkan suatu produk yang efektif untuk digunakan di sekolah, dan bukan untuk menguji teori.

Berdasarkan penjelasan tersebut dapat disimpulkan bahwa metode penelitian dan pengembangan merupakan metode penelitian yang digunakan untuk membuat atau menghasilkan produk tertentu kemudian produk tersebut divalidasi dan diuji keefektifannya.

Untuk keperluan penelitian dan pengembangan, seorang peneliti harus memenuhi langkah-langkah prosedural yang digambarkan dalam sebuah alur dari awal sampai akhir.

1. Prosedur pengembangan menurutBorg and Gall(1983: 784) a. Melakukan penelitian pendahuluan untuk mengumpulkan

informasi , identifikasi permasalahan yang dijumpai dalam pembelajaran.

b. Melakukan perencanaan (identifikasi dan definisi keterampilan, perumusan tujuan, penentuan urutan pembelajaran, uji ahli atau uji coba skala kecil).

c. Mengembangkan bentuk/jenis produk awal, meliputi; penyiapan materi pembelajaran, penyusunan buku pegangan, dan perangkat evaluasi.

d. Melakukan uji coba lapangan tahap awal. Dilakukan terhadap 2-3 sekolah mengunakan 6-10 subjek ahli. Pengumpulan

9 e. Melakukan terhadap produk utama, berdasarkan masukan dari hasil

uji lapangan awal.

f. Melakukan uji lapangan utama, dilakukan terhadap 3-5 sekolah, dengan 30-80 subjek. Tes/penilaian hasil belajar siswa dilakukan sebelum dan sesudah proses pembelajaran.

g. Melakukan revisi terhadap produk operasional, berdasarkan masukan dari hasil uji lapangan utama.

h. Melakukan uji lapangan operasional (dilakukan terhadap 10-30 sekolah, melibatkan 40-200 subyek), data dikumpulkan melalui wawancara, observasi, dan kuesioner.

i. Melakukan revisi terhadap produk akhir, berdasarkan saran dalam uji coba lapangan.

2. Prosedur pengembangan media instruksional menurut Suyanto (2009: 322) memuat tujuh langkah,yaitu:

a. Analisis kebutuhan

Analisis kebutuhan dapat dilakukan dengan cara melaukan observasi untuk mendapatkan informasi bahwa diperlukan adanya

pengembangan.

b. Identifikasi sumber daya untuk memenuhi kebutuhan

Identifikasi sumber daya untuk memenuhi kebutuhan telah dilakukan dengan menginventarisir segala sumber daya yang dimiliki, baik sumber daya guru maupun sumber daya sekolah yaitu perpustakaan dan laboratorium

c. Identifikasi spesifikasi produk

Identifikasi spesifikasi produk dilakukan untuk mengetahui

ketersediaan sumber daya yang mendukung pengembangan produk, dengan memperhatikan hasil analisis kebutuhan dan identifikasi sumber daya yang dimiliki.

d. Pengembangan produk

11 e. Uji internal (Uji kelayakan produk)

Uji kelayakan dilakukan oleh ahli, baik desain maupun ahli materi. Pada tahap ini saran dan masukan dari penguji mengenai produk dijadikan pedoman untuk melaukukan penyempurnaan produk, sebelum dilanjutkan ketahap berikutnya.

f. Uji eksternal (Uji kemanfaatan produk)

Uji eksternal dilakukan untuk mengetahui kemanfaatan produk dalam pembelajaran. Uji eksternal dikenakan pada siswa pada lembaga pendidikan lebih luas yang dijadikan sebagai objek observasi.

g. Produksi

Tahap tarakhir adalah produksi, dapat dilakukan apabila produk telah dinyatakan efektif melalui beberapa pengujian dan selanjutnya dapat diterapkan pada setiap lembaga pendidikan.

3. Prosedur pengembangan menurut Sugiyono (2010: 407), dijelaskan sebagai berikut:

a. Potensi dan masalah

b. Mengumpulkan informasi

Setelah potensi dan masalah ditunjukan secara faktual, danup to date selanjutnya perlu dikumpulkan berbagai informasi yang dapat

digunakan sebagai bahan untuk perencanaan produk yang diharapkan dapat mengatasi masalah tersebut.

c. Desain produk

Produk yang dihasilkan dalam penelitian dan pengembangan bermacam-macam. Dalam bidang teknologi, orientasi produk teknologi yang dapat dimanfaatkan untuk kebutuhan manusia adlah produk yang berkualitas, ergonomis dan bermanfaat ganda.

d. Validasi desain

Merupakan suatu kegiatan untuk menilai apakah rancangan produk , dalam hal ini metode mengajar baru secara rasional akan lebih efektif dari yang lama atau tidak. Dikatakan secara rasional, karena validasi disini masih bersifat penilaian berdasarkan pemikiran rasional, belum berdasarkan fakta lapangan.

e. Perbaikan desain

Yang bertugas memperbaiki desain adalah peneliti yang akan menghasilkan produk yang lebih bagus.

f. Uji coba produk

13 g. Revisi produk

Setelah pengujian terhadap produk berhasil, dan mungkin ada revisi yang tidak terlalu penting selanjutnya produk yang berupa metode mengajar baru diterapkan dalam lingkup pendidikan yang luas.

h. Uji coba pemakaian

Pengujian efektifitas metode mengajar baru pada sampel yang terbatas tersebut menunjukan bahwa metode mengajar baru lebih efektif daripada metode lama.

i. Revisi produk

Dilakukan apabila dalam pemakaian dalam lembaga pendidikan terdpat kekurangan dan kelemahan. Dalam uji pemakaian sebaiknya pembuat produk selalu mengevaluasi bagaimana kinerja produk.

j. Pembuatan produk massal

Apabila produk baru tersebut telah dinyatakan efektif melalui berbagai pengujian, maka dapat diproduksi secara massal dan dapat diterapkan disetiap lembaga pendidikan.

B. Prorotipe

sangat penting, karena prototipe ini yang nantinya akan menjadi model dasar dan acuan dalam produksi yang lebih besar.

Sedangkan menurut Wikipedia (2014), dijelasakan:

Purwarupa (bahasa Inggris:prototype) atau arketipe adalah bentuk awal (contoh) atau standar ukuran dari sebuah entitas. Dalam bidang desain, sebuah prototipe dibuat sebelum dikembangkan atau justru dibuat khusus untuk pengembangan sebelum dibuat dalam skala sebenarnya atau sebelum diproduksi secara massal.

Berdasarkan pengertian diatas, dapat ditarik kesimpulan bahwa prototipe adalah model kerja dasar dari pengembangan sebuah produk. Sebelum produk dikembangkan lebih lanjut dan diproduksi secara massal.

Secara garis besar prototipe dibagi menjadi empat kategori dasar, yaitu:

1. Proof of Principle Prototype (Model)

Jenis prototipe ini digunakan untuk menguji beberapa aspek dari desain tanpa mencoba mensimulasikan persis tampilan visual. prototipe tersebut dapat digunakan untuk membuktikan pendekatan desain yang potensial seperti gerakan, mekanika, sensor, arsitektur.

2. Form Study Prototype (Model)

15 3. Visual Prototype (Model)

Visual Prototypeakan menangkap estetika warna dan tekstur permukaan dari produk yang dimaksudkan tetapi tidak akan benar-benar mewujudkan fungsi dari produk akhir.

4. Functional Prototype (Model)

Prototipe secara lebih luas praktis, berusaha untuk mensimulasikan rancangan akhir, estetika, bahan dan fungsi dari desain yang dimaksud. Prototipe fungsional dapat dikurangi dalam ukuran (skala bawah) untuk mengurangi biaya. Pembangunan prototipe skala penuh sepenuhnya bekerja dan tes akhir konsep, adalah pemeriksaan terakhir para insinyur cacat desain dan memungkinkan perbaikan menit terakhir akan dilakukan sebelum menjalankan produksi yang lebih besar.

Dalam pengembangan suatu pembuatan prototipe juga memberikan keuntungan tersendiri, diantarnya:

a. Dapat memberikan bukti konsep yang diperlukan untuk menarik dana b. Awal visibilitas prototipe memberikan pengguna gagasan tentang apa

sistem akhir seperti apa

c. Mendorong partisipasi aktif antara pengguna dan produsen d. Memungkinkan output yang lebih tinggi untuk pengguna e. Biaya yang efektif (biaya Pengembangan dikurangi) f. Meningkatkan kecepatan pengembangan sistem

C. Termoelektrik

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.

Penemuan Seebeck ini memberikan inspirasi pada Jean Charles Peltier untuk melihat kebalikan dari fenomena tersebut. Dia 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. Penemuan yang terjadi pada tahun 1934 ini kemudian dikenal dengan efek Peltier. Efek Seebeck dan Peltier inilah yang kemudian menjadi dasar pengembangan teknologi termoelektrik.

17 High-Tcpada awal tahun 1986 dari bahan keramik. Kedua, sejak awal 1980, teknologi material berkembang pesat dengan kemampuan menyusun material tersebut dalam level nano. Teknologi analisis dengan XPS, UPS, STM juga memudahkan analisis struktur material. Ketiga, pada awal tahun 1990, tuntutan dunia tentang teknologi yang ramah lingkungan sangat besar. Ini memberikan imbas kepada teknologi termoelektrik sebagai sumber energi alternatif (Sukur,2004: 4).

1. Bahan Termoelektrik

Menurut Sutjahja (2011: 2) bahan termoelektrik adalah bahan unik yang dapat mengkonversi energi panas menjadi energi listrik atau sebaliknya, tanpa menghasilkan gas beracun karbondioksida maupun polutan lain seperti elemen logam berat. Termoelektrik dipengaruhi oleh tiga efek, yaitu efek Seebeck, Thompson dan Peltier.

a. Efek Seebeck

Konsep Seebeck menggambarkan bahwa jika dua buah material logam yang tersambung berada di lingkungan dengan dua temperatur

tersebut. Fenomena tersebut kemudian dikenal dengan efek Seebeck. (Putra, 2009: 2).

b. Efek Peltier

jika listrik dialirkan pada dua buah logam yang direkatkan dalam sebuah rangkaian. Ketika arus listrik mengalir, 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. Penemuan yang terjadi pada tahun 1934 ini kemudian dikenal dengan efek Peltier. Sel peltier merupakan bahan semikonduktor yang bertipe-p dan bertipe-n. Yang bila diberi arus listrik akan menghasilkan beda potensial (Ramdini, 2014: 3).

c. Efek Thompson

Jika satu macam kawat dialiri arus listrik, dapat pula terjadi proses penyerapan listrik maupun pembangkitan panas listrik, jika di dalam kabel terdapat perbedaan suhu. Hal ini ditemukan oleh ilmuwan Inggris, Thomson pada tahun 1851. Kini dikenl sebagai efek Thomson (Ramdini, 2014: 3).

Seperti dikemukakan diatas, prinsip kerja bahan termoelektrik adalah berdasarkan efek Peltier, efek Seebeck dan efek Thomson. Hal ini

19 bagian-bagian yang bergerak atau bervibrasi, performa yang baik

berhubungan dengan kemampuannya untuk melokalisasispot pendinginan, bersifat ramah lingkungan, dan dapat dengan mudah digunakan dalam teknologi untuk menangkap panas atau untuk konversi energi.

(a) (b)

Sumber : www.energybandgap.com

Gambar 1. Prinsip kerja termoelektrik sebagai; (a) Generator daya, (b) Pompa panas

2. Produk Termoelektrik

Berdasarkan sifat-sifat yang dimiliki, dalam perkembanganya elemen termoelektrik terbagi menjadi dua jenis berdasarkan kegunaanya, yaitu sebagai pendingin yaituThermoelectric Cooler (TEC)dan sebagai pembangkit listrik atau generator,Thermoelectric Generator (TEG).

a. Thermoelectric cooler (TEC)

Pendingin termoelektrik (thermoelectric cooler) adalah komponen elektronika yang menggunakan efek Peltier untuk membuat aliran panas (heat flux) pada percabangan (junction) antara dua jenis material yang berbeda. Komponen ini bekerja sebagai pompa panas aktif dalam bentuk padat yang memindahkan panas dari satu sisi ke sisi permukaan lainnya yang berseberangan, dengan konsumsi energi elektrik

tergantung pada arah aliran arus listrik. Komponen ini dikenal dengan namapeltier device, peltier heat pump, solid state refrigerator, atau Thermoelectric Cooler (TEC).

sumber : www.ebay.in

21

Walaupun namanya adalah pendingin (cooler) sesuai dengan aplikasi utamanya. TEC dapat juga digunakan sebagai pemanas dengan cara membalik arah arus yang mengalir, dengan demikian TEC dapat digunakan sebagai alat pengontrol temperatur (bisa jadi pendingin atau sebaliknya pemanas).

Teknologi ini jauh lebih jarang digunakan dalam perangkat pendingin (refrigerator) komersial dibanding pendingin dengan sistem kompresi uap (vapor-compression refrigeration, misalnya AC berbasis freon) mengingat harganya yang relatif lebih mahal dan tingkat efisiensi yang rendah. Namun teknologi ini memiliki keunggulan tersendiri, yaitu tidak ada bagian yang bergerak secara fisik atau cairan yang disirkulasikan, ukuran yang kecil dan kompak, dan bentuk yang

fleksibel. Dengan karakteristik seperti itu, TEC kerap digunakan dalam peralatan bergerak atau peralatan yang ringkas di mana ukuran menjadi faktor penting, contohnya sebagai pendingin kaleng minuman di mobil, lemari dengan sistem pengatur suhu dan kelembaban, pendingin CPU di kotak komputer.

b. Thermoelectric Generator (TEG)

Thermoelectric generator atau TEG adalah suatu pembangkit listrik yang didasarkan pada efek sebeeck. Struktur TEG yang terdiri dari suatu susunan elemen tipe-n (material dengan kelebihan elektron) dan tipe-p (material dengan kekurangan elektron). Panas masuk pada satu sisi dan dibuang dari sisi yang lainya, menghasilkan suatu tegangan yang melewati sambuangan termoelektrik. Besarnya tegangan yang dihasilkan sebanding dengan gradien temperatur.

sumber : www.ebay.in

Gambar 3.Contoh salah satu jenisThermoelectric Generator(TEG)

Saat ini, aplikasi TEG telah banyak diterapkan di berbagai bidang, sebuah perusahaan Amerika(Hi-Z Technology, Inc.)telah berhasil mengembangkan delapan modul peltier(model HZ-14)yang

23 teknologi termoelektrik dariHi-Zmengalami kemajuan yang pesat karena saat ini teknologiHi-Zmampu mencapai nilaiZT (figure of merit) 3,2 walaupun diproduksi masih dalam skala kecil

(Nandy, 2009: 3).

TEC dapat juga digunakan sebagai pembangkit tenaga listrik tenaga panas /Thermoelectric Generator(TEG). Ketika terjadi perbedaan panas yang signifikan di antara kedua sisinya (contoh; satu sisi dipaparkan ke terik matahari dan sisi lainnya didinginkan dengan air), perbedaan tegangan akan tercipta di antara kedua sisi komponen ini. Kondisi ini dikenal

dengan sebutan efek Seebeck. Walaupun demikian, sebuah TEC yang baik hanya akan beroperasi sebagai TEG secara biasa saja, demikian juga sebaliknya. Ini disebabkan TEC dan TEG dirancang secara berbeda

dengan cara pengemasan yang berbeda sesuai tujuan utama pembuatannya.

D. Pengukuran

Fisika adalah ilmu pengetahuan eksperimental, dalam melakukan eksperimen kita melakukan pengukuran-pengukuran. Karena itu, pengukuran merupakan bagian yang sangat penting dalam proses membangun konsep-konsep fisika. Dalam pengukuran kita mengenal beberapa istilah penting, yaitu Besaran dan satuan. Besaran adalah sesuatu yang dapat dan dapat dinyatakan dalam nilai-nilai atau satuan-satuan. Sedangkan satuan adalah sesuatu yang

Menurut Endang Purwanti (2008: 4) menyatakan pengukuran adalah:

kegiatan atau upaya yang dilakukan untuk memberikan angka-angka pada suatu gejala atau peristiwa, atau benda, sehingga hasil pengukuran akan selalu berupa angka.

Jadi pengukuran dalam fisika dapat diartikan sebagai suatu kegiatan membandingkan suatu besaran yang diukur dengan besaran lain yang ditetapkan sebagai satuan atau patokan. Besaran yang digunakan sebagai patokan dalam pengukuran haruslah bersifat tetap dan berlaku umum agar hasil pengukuran yang dihasilkan valid. Saat ini telah ada besaran standar dalam pengukuran yang berlaku secara internasional,yaitu Sistem

Internasional (SI). Dalam Sistem Internasional (SI) terdapat tujuh buah besaran utama yang dinamakan besaran pokok.

No Besaran Pokok Satuan Simbol

1. Panjang Meter m

2. Massa Kilogram Kg

3. Waktu Sekon s

4. Suhu Kelvin K

5. Arus listrik Ampere A

6. Jumlah zat Mol mol

7. Intesitas cahaya Candela Cd

Tabel 1.Besaran Pokok

25

No Besaran Turunan Satuan Simbol

1. Gaya Newton N

2. Tekanan Pascal Pa

3. Energi Joule J

4. Luas meter2 m2

5. Volume meter3 m3

Tabel 2.Beberapa contoh besaran turunan

Dalam melakukan dan meyajikan hasil pegukuran harus memperhatikan ketidakpastian pengukuran, kesalahan pengukuran dan aturan angka penting agar hasil pengukuran yang diperoleh akurat.

1. Ketidakpastian Pengukuran

Pengukuran yang akurat merupakan bagian yang penting dalam fisika. Tetapi tidak ada pengukuran yang benar-benar tepat. Ada ketidakpastian yang berhubungan dengan setiap pengukuran (Giancoli, 2010: 8).

Ketidakpastian merupakan perkiraan dari nilai keterbatasan alat ukur yang digunakan, semakin kecil nilai ketidakpastian maka semakin akurat/teliti hasil pengukuran tersebut.

Menurut Giancoli (2010: 8) menyatakan:

Ketidakpastian muncul dari sumber yang berbeda-beda, yaitu; kesalahan dalam pengukuran, keterbatasan ketepatan setiap alat

pengukuran, ketidakmampuan membaca sebuah instrumen diluar batas terkecil yang ditunjukan.

X = xt± t

keterangan: xt = nilai terbaik

∆t = nilai ketidakpastian

Sedangkan nilai ketidakpastian sendiri ditentukan dari setengah dari nilai skala terkecil.

2. Kesalahan Pengukuran

Terdapat dua jenis kesalahan dalam pengukuran, kesalahan acak dan kesalahan sistematis.

a. Kesalahan acak

Kesalahan acak adalah kesalahan dalam pengukuran yeng terjadi akibat faktor-faktor dari luar alat ukur yang digunakan. Misalnya: 1) Gerak Brown molekul udara menyebabkan jarum penunjuk skala

alat ukur terpengaruh.

2) Frekuensi Tegangan listrik, perubahan pada tegangan PLN, baterai, atau aki landasan yang lergetar.

3) Adanya nilai skala terkecil dari alat ukur. 4) Keterbatasan dari Pengamat Sendiri.

Kesalahan acak dapat dihindarkan, tetapi bisa dikurangi dengan

27

b. Kesalahan sistematis

Kesalahan sistematis dapt terjadi karena hal-hal sebagai berikut: 1) Kesalahan kalibrasi alat ukur.

2) Kesalahan dalam memberi skala pada waktu alat ukur sedang dibuat sehingga tiap kali alat itu digunakan, ketidakpastian selalu muncul dalam tiap pengukuran.

3) Kesalahan titik nol skala alat ukur tidak berhimpit dengan titik nol jarum penunjuk alat ukur.

4) Kesalahan komponen Alat sering terjadi pada pegas. Biasanya terjadi bila pegas sudah sering dipakai gesekan

5) Kesalahan yang timbul akibat gesekan pada bagian-bagian alat yang bergerak.

6) Kesalahan posisi mata dalam membaca skala alat ukur.

3. Angka Penting

Angka penting ialah semua angka yang diperoleh dari hasil pengukuran yang terdiri dari angka eksak dan satu angka terakhir yang ditaksir (diragukan). Adapun aturan-aturan angka penting yaitu:

a. semua angka bukan nol adalah angka penting.

b. angka nol yang terletak di antara dua angka bukan nol termasuk angka penting.

d. angka-angka nol yang digunakan hanya untuk tempat titik decimal adalah bukan angka penting.

e. bilangan-bilangan puluhan, ratusan, ribuan dan seterusnya yang memiliki angka-angka nol pada deretan akhir harus dituliskan dalam notasi ilmiah agar jelas apakah angka-angka nol tersebut termasuk angka penting atau bukan.

E. Sistem Pengukuran

Secara umum sistem pengukuran menurut Beckwith (1981: 681) dapat dibagi menjadi tiga tahap, yaitu:

1. Tahap detektor (transduser)

2. Tahap pengkondisian sinyal (intermediate) 3. Tahap pembacaan

Tahap pertama data dari obyek dibaca oleh sensor, kemudian dikondisikan pada tahapintermediatedan akhirnya data tersebut memasuki tahap akhir seperti tampilan hasil, kendali dan sebagainya.

29 1. Tahap sensor (transduser)

Fungsi utama tahap ini adalah mendeteksi atau merasakan adanya perubahan besaran fisik pada obyek yang diukur. Tahap ini harus kebal terhadap pengaruh lain yang tidak dikehendaki, misalnya sensor gaya tidak boleh terpengaruh oleh percepatan atau sensor percepatan linier, tidak boleh berubah oleh perubahan percepatan sudut. Tetapi hal tersebut tidak pernah didapati secara ideal, perubahan-perubahan kecil oleh variabel lain tersebut masih dapat diterima selama masih berada dalam batasan-batasan yang diizinkan.

2. Tahap pengondisian sinyal (intermediate)

Tahap ini adalah tahap pengondisian sinyal yang dihasilkan pada tahap pertama agar dapat dinyatakan ke tahap terakhir. Perlakuan yang dilakukan pada tahap ini biasanya penyaringan, penguatan dan transformasi sinyal. Fungsi umum tahap ini adalah meningkatkan kemampuan sinyal ke level yang mampu mengaktifkan tahap akhir. Peralatan pada tahap ini harus dirancang sedemikian rupa agar sesuai dengan kondisi antara tahap pertama dan tahap terakhir.

3. Tahap pembacaan(display)

a. gerakan relatif, misalnya jarum penunjuk skala atau gerakan gelombang pada osiloskop.

b. digital, bentuk ini mempresentasikan angka-angka, misalnya odometer mobil, termometer digital dan sebagainya.

Secara umum sebuah instrumen ukur memiliki karakteristik berdasarkan spesifikasi yang dimiliki, seperti ketelitian, rentang ukur, sensitivitas dan sesatan.

1. Ketelitian(accuracy)

Ketelitian adalah kemampuan dari alat ukur untuk memberkan indikasi pendekatan terhadap harga sebenarnya terhadap objek yang diukur. Ketelitian dari sebuah alat ukur ditentukan dengan cara kalibrasi pada kondisi tertentu dan dapat diekspresikan dalam bentukplus-minusatau presentasi dalam skala tertentu atau pada titik pengukuran yang spesifik. 2. Rentang ukur(range)

31 3. Sensitivitas(sensitivity)

Sensitivitas adalah rasio antara perubahan padaoutputterhadap perubahan input. Pada alat ukur yang linier, sensitivitas adalah tetap. Dalam beberapa hal harga sensitivitas yang besar menyatakan pula keunggulan dari alat ukur yang bersangkutan. Alat ukur yang sangat sensitif biasanya sangat mahal, sementara belum tentu bermanfaat untuk maksud yang diinginkan, oleh karena sebaiknya memilih alat ukur dengan nilai sensitivitas yang sesuai dengan kebutuhan.

4. Sesatan

Sesatan dari sebuah alat ukur merupakan nilai yang menunjukan besar pergeseran maksimum dari skala yang harus ditunjuk. Semakin kecil nilai sesatan suatu alat ukur makan semakin baik alat ukur tersebut.

F. Termometrik

Sifat fisika yang mengalami perubahan karena suhu benda berubah dinamakan sifat termometrik (thermometric property). Beberapa contoh sifat termometrik benda diantaranya volume (dalam hal ini kaitannya dengan pemuaian zat, baik itu zat padat, zat cair, atau gas), tekanan (zat cair dan gas), hambatan listrik, gaya gerak listrik, dan intensitas cahaya.

dengan melakukan kalibrasi atau peneraan tertentu terhadap sifat termometrik yang teramati dan terukur, maka nilai suhu benda dapat dinyatakan secara kuantitatif.

Tidak semua sifat termometrik benda yang dapat dimanfaatkan dalam pembuatan termometer. Sifat termometrik yang dapat digunakan dalam pembuatan termometer harus merupakan sifat termometrik yang teratur. Artinya, perubahan sifat termometrik terhadap perubahan suhu harus bersifat tetap atau linier, sehingga peneraan skala termometer dapat dibuat lebih mudah dan termometer tersebut nantinya dapat digunakan untuk mengukur suhu secara teliti.

Berdasarkan sifat termometrik yang dimiliki suatu benda, jenis-jenis termometer diantaranya termometer zat cair, termometer gas, termometer hambatan, termokopel, pirometer, termometer bimetal, dan sebagainya. Sedangkan berdasarkan hasil tampilan pengukurannya, termometer dibagi menjadi termometer analog dan termometer digital. Beberapa sifat

termometrik yang dimanfaatkan dalam pembuatan termometer diperlihatkan pada tabel 3.

No. Jenis termometer Sifat termometrik 1 Air raksa dalam

pipa

Volume zat 2 Gas volume konstan Tekanan gas 3 Hambatan platina Hambatan listrik 4 Termokopel Gaya gerak listrik

5 Pyrometer Termokopel

33 Termometer zat cair yang sering kita jumpai umumnya menggunakan raksa atau alkohol. Pada dasarnya raksa dan alkohol digunakan sebagai zat pengisi termometer karena keduanya memiliki sejumlah kelebihan

dibandingkan dengan zat cair lainnya. Beberapa kelebihan raksa diantaranya:

1. Raksa tidak membasahi dinding kaca tabung termometer, sehingga pengukuran suhu dapat dilakukan secara lebih akurat.

2. Raksa cepat mengambil panas dari benda yang akan diukur suhunya, sehingga mudah dicapai keadaan kesetimbangan termal.

3. Pemuaian raksa terjadi secara teratur.

4. Raksa mempunyai warna yang mengkilat, sehingga menjadi mudah diamati.

5. Termometer raksa mempunyai jangkauan ukur yang lebar, yaitu sekitar 356,9 °C.

1. Alkohol tidak berwarna sehingga untuk penggunaan dalam tabung termometer harus diberi warna agar mudah dilihat.

2. Alkohol membasahi dinding tabung termometer, sehingga tidak dapat menunjukkan hasil pengukuran yang teliti.

3. Pemuaian alkohol kurang teratur.

4. Titik didih alkohol rendah (sekitar 78 °C), sehingga tidak dapat digunakan untuk mengukur suhu yang tinggi.

G. Pembelajaran Fisika

Hukum dan teori-teori sains sebagai produk dari serangkaian aktifitas manusia yang disebut sebagai penyelidikan ilmiah (scientific inquiry). Proses untuk menghasilkan pengetahuan sains sangat tergantung pada pengamatan teliti terhadap suatu fenomena, dan teori yang mendasari pengamatan tersebut. Seiring dengan perkembangannya, proses yang terdapat dalam penyelidikan ilmiah dikemas lebih sistematis berupa keterampilan-keterampilan yang harus dimiliki seseorang untuk melakukan penyelidikan secara ilmiah, keterampilan ini disebut sebagai Keterampilan Proses Sains (KPS). Metode untuk

melakukan penyelidikan ilmiah yang menggunakan Keterampilan Proses Sains tersebut dikenal sebagai Metode Ilmiah (Scientific Method).

35 1. Fasilitator, untuk mengembangkan kemampuan merencanakan,

mengembangkan, menggunakan, dan mengelola.

2. Motivator, untuk mengembangkan kemampuan menunujukan fenomena aktual dan konseptual, merangsang dan mengarahkan keingintahuan siswa, dan memelihara keingintahuan siswa.

Pembelajaran sains seyogyanya lebih menekankan pada proses , siswa aktif selama pembelajaran untuk membangun pengetahuannya melalui serangkaian kegiatan agar pembelajaran menjadi bermakna bagi siswa. Dalam

pembelajaran sains, siswa berperan seolah-olah sebagai ilmuan, menggunakan metode ilmiah untuk mencari jawaban terhadap suatu permasalahan yang sedang dipelajari. Peran siswa seolah-olah sebagai ilmuan dalam pembelajaran sains mengandung arti bahwa dalam pembelajaran sains menggunakan

pendekatan Keterampilan Proses Sains (KPS).

Menurut Siahaan dan suyana (2010: 3), keterampilan proses sains digolongkan menjadi dua, yaitu:

1. Keterampilan dasar(Basic Skills)

Mengamati(observing),mengklasifikasi (classifying), mengukur (measuring), menyimpulkan(inferring), meramalkan(predicting), dan mengkomunikasikan(communicating).

2. Keterampilan terintegrasi(Integrated Skills)

Membuat model(Making Models),mendefinisikan secara operasional (Defining Operationally), mengumpulkan data(Collecting Data), menginterpretasikan data(Interpreting Data), Mengidentifikasi dan mengontrol variabel(Identifying and Controlling Variables), merumuskan hipotesis(Formulating Hypotheses),melakukan percobaan(Experimenting).

Gejala-gejala tersebut diamati melalui panca indera, terutama untuk gejala alam yang bersifat makroskopis (Yahdi, 1994: 200).

Seperti dikutip dalam pernyataan Sutrisno (2014: 43), bahwa:

Fisika dipandang sebagai ilmu yang empirik, maka pembelajaran fisika sedapat mungkin dimulai dengan atau melibatkan pengamatan gejala atau fenomena alam yang berkaitan dengan materi pembelajaran fisika.

Selanjutnya secara garis besar pembelajaran Fisika seperti yang diungkapkan oleh Abu Hamid (1998: 12), adalah sebagai berikut:

1. Proses belajar Fisika bersifat untuk menentukan konsep, prinsip, teori, dan hukum-hukum alam, serta untuk dapat menimbulkan reaksi, atau jawaban yang dapat dipahami dan diterima secara objektif, jujur dan rasional. 2. Pada hakikatnya mengajar Fisika merupakan suatu usaha untuk memilih

strategi mendidik dan mengajar yang sesuai dengan materi yang akan disampaikan, dan upaya untuk menyediakan kondisi-kondisi dan situasi belajar Fisika yang kondusif, agar murid secara fisik dan psikologis dapat melakukan proses eksplorasi untuk menemukan konsep, prinsip, teori, dan hukum-hukum alam serta menerapkannya dalam kehidupan sehari-hari. 3. Pada hakikatnya hasil belajar Fisika merupakan kesadaran murid untuk

memperoleh konsep dan jaringan konsep Fisika melalui eksplorasi dan eksperimentasi, serta kesadaran murid untuk menerapkan pengetahuannya untuk memecahkan masalah yang dihadapi dalam kehidupannya sehari-hari.

37 fisika dengan metode praktikum atau percobaan adalah tepat. Karena dengan praktikum dapat menghasilkan keterampilan proses, sikap ilmiah dan produk ilmiah.

H. Desain Alat Ukur Suhu Berbasis Termoelektrik

Gambar 5. Desain prototipe alat ukur suhu berbasis termoelektrik Keterangan:

1. Penampil(display)

Penampil yang digunakan adalahLiquid Chrystal Display (LCD)16x2. Dipilih LCD karena LCD memiliki beberapa keunggulan, yaitu

memiliki karakter lebih banyak, praktis dalam pembuatan program dan membutuhkan daya yang rendah untuk mengaktifkanya. LCD 16x2 terdiri dari dua bagian utama, yang pertama merupakan panel LCD sebagai media penampil informasi dalam bentuk karakter yang

merepresentasikan suhu yang diukur. Bagian kedua merupakan bagian sistem yang dibentuk dengan mikrokontroler yang ditempelkan pada panel belakang LCD.

sumber :www.bagusprehan.com Gambar 6.Diagram konfigurasi LCD 16x2

2. Mikrokontroler

39

Sumber : http://arduino.berlios.de Gambar 7.Penampang Arduino USB

mikrokontroler Arduino USB memiliki bagian yang dapat dijelaskan sebagai berikut:

a. Pin input/output digital

Berfungsi sebagaiinputatauoutput,dapat diatur oleh program. Khusus untuk 6 buah pin 3, 5, 6, 9, 10 dan 11, dapat juga berfungsi sebagai pin analogoutputdimana teganganoutput-nya dapat diatur. Nilai sebuah pinoutputanalog dapat diprogram antara 0–255, dimana hal itu mewakili nilai tegangan 0 volt–5 volt.

b. USB

c. Sambungan SV1

Sambungan ataujumperuntuk memilih sumber daya papan, apakah dari sumber eksternal atau menggunakan USB. Sambungan ini tidak diperlukan lagi pada papan Arduino versi terakhir karena pemilihan sumber daya eksternal atau USB dilakukan secara otomatis.

d. Q1(quartz crystal oscillatory)

Jika mikrokontroler dianggap sebagai sebuah otak, maka kristal adalah jantung-nya karena komponen ini menghasilkan detak-detak yang dikirim kepada mikrokontroler agar melakukan sebuah

operasi untuk setiap detiknya. Kristal ini dipilih yang berdetak 16 juta kali per detik (16 MHz).

e. Reset

Untuk mereset papan sehingga program akan mulai lagi dari awal. Perhatikan bahwa tombol reset ini bukan untuk menghapus

program atau mengosongkanmicrocontroller.

f. IC1(microcontroller Atmega)

Komponen utama dari papan Arduino, di dalamnya terdapat CPU, ROM dan RAM.

g. X1 (sumber daya eksternal)

41 h. Pin Input Analog

Pin ini sangat berguna untuk membaca tegangan yang dihasilkan oleh sensor analog, seperti sensor suhu. Program dapat membaca nilai sebuah pin input antara 0–1023, dimana hal itu

mewakili nilai tegangan 0 volt–5 volt.

Cara kerja mikrokontroler Arduino USB dengan cara menerima sinyal analog dari TEC 12706 berupa tegangan. Selanjutnya mikrokontroler memproses hingga menjadi sinyal digital yang ditampilkan pada LCD 16x2.

3. Cashing

Cashing terbuat dari bahan isolator, berfungsi sebagai pelindung modul termoelektrik, sebagai sekat agar tidak ada kebocoran panas yang terserap modul termoelektrik selain panas yang masuk melalui probe, serta menambah unsur estetika pada tampilan akhir produk.

4. Heatsink(pendingin)

Heatsinkberfungsi sebagai pengontrol suhu pada salah satu sisi modul agar selalu tetap dan stabil. Pendingin dipilih dari bahan alumunium bersirip.

5. Modul Termoelektrik

Modul termolektrik merupakan komponen utama pada alat ini, karena berfungsi sebagai sensor suhu dengan menghasilkan sinyal berupa tegangan DC. Modul termoelektrik yang digunakan sebagai sensor adalah TEC 12706.

6. Probe sensor

43 I. Mengukur Suhu Menggunakan Prototipe Alat Ukur Suhu Berbasis

Termoelektrik

(a) (b)

Gambar 9.(a) Cara mengukur suhu zat zair; dan (b) Cara mengukur suhu benda menggunakan alat ukur suhu berbasis termoelektrik Alat ukur suhu berbasis termoelektrik dapat digunakan untuk melakukan pengukuran suhu terhadap zat cair dan zat padat. Prosedur dalam

melakukan pengukuran suhu, yaitu: 1. Mengukur suhu zat cair

a. Siapkan alat ukur suhu berbasis termoelektrik.

b. Celupkan bagian probe kedalam zat cair yang akan diukur suhunya.

c. Tunggu beberapa saat, sampai hasil pengukuran yang terbaca pada displaystabil dan menunjukan angka yang tetap.

2. Mengukur suhu benda

a. Siapkan alat ukur suhu berbasis termoelektrik.

b. menempelkan bagian probe pada benda yang akan diukur suhunya. c. Tunggu beberapa saat, sampai hasil pengukuran yang terbaca pada

III. METODE PENELITIAN

A. Desain Penelitian

Desain pengembangan ini menggunakan pendekatan penelitian pengembangan (research and development/ R & D). Berdasarkan tujuan dari penelitian dan pengembangan yang dilakukan yaitu untuk menghasilkan prototipe alat ukur suhu berbasis termoelektrik disertai petunjuk penggunaan(user manual)pada materi suhu dan kalor. Maka metode penelitian yang digunakan mengacu pada prosedur pengembangan media intruksional pembelajaran menurut

Suyanto (2009: 322). Metode penelitian tersebut berupa enam prosedur pengembangan produk dan uji produk, yaitu:

1. Analisis kebutuhan

2. Identifikasi sumber daya untuk memenuhi kebutuhan 3. Identifikasi spesifikasi produk

4. Pengembangan produk 5. Uji produk

B. Prosedur Pengembangan

Dengan mengadopsi model di atas, maka prosedur pengembangan yang digunakan yaitu:

Gambar 10.Model Pengembangan Media Instruksional diadaptasi dari prosedur pengembangan produk dan uji produk menurut Suyanto (2009: 322)

Tahap II

Identifikasi Sumber daya Tahap III

Identifikasi Spesifikasi Produk Tahap IV

Pengembangan Produk Tahap V

Uji Produk

Tahap I

Analisis kebutuhan Tahap VI

47

1. Analisis Kebutuhan

Analisis kebutuhan telah dilakukan dengan cara observasi yaitu studi pustaka dan lapangan untuk mendapatkan informasi bahwa diperlukan adanya

pengembangan produk alat ukur suhu untuk keperluan pembelajaran fisika. Permasalahan yang ditemukan adalah bahwa ada keterbatasan alat ukur suhu yang digunakan untuk pembelajaran fisika materi suhu dan kalor.

2. Identifikasi Sumber Daya

Dalam memenuhi analisis kebutuhan yang telah diungkapkan sebelumnya, dilakukan dengan menginventaris sumber daya yang dimiliki. Berdasarkan identifikasi ditemukan adalah bahwa adanya keterbatasan alat ukur suhu yang digunakan untuk pembelajaran fisika materi suhu dan kalor. Pengembangan produk yang berdasarkan prinsip termoelektrik masih sangat terbatas terutama aplikasi untuk keperluan pembelajaran. Oleh karena itu peneliti

mengembangkan suatu produk prototipe alat ukur suhu untuk keperluan pembelajaran fisika dengan memanfaatkan potensi dari bahan termoelektrik tipe TEC 12706.

3. Identifikasi Spesifikasi Produk

4. Pengembangan Produk

Pengembangan produk termometer termoelektrik beserta petunjuk

penggunaan(user manual)dilakukan melalui dua tahap pengembangan, yaitu pengembangan termometer termoelektrik dan pengembangan petunjuk penggunaan(user manual).

a. Pengembangan Termometer Termoelektrik

Pengembangan termometer termoelektrik dengan TEC 12706 meliputi desainprobesensor, desainintermediate, desain mikrokontroler, desain display, dan penentuan percobaan serta kalibrasi pengembangan dilakukan berdasarkan pada bagan seperti gambar 11.

49 1. DesainProbeSensor

Sensor yang terbuat dari silinder tembaga dipilin pada salah satu ujungnya hingga membentuk persegi dengan ukuran 40x40 mm2., dan salah satu ujungnya dibuat memanjang. Pada bagian yang terpilin pipih akan di tempelkan pada salah satu sisi bagian TEC 12706. Sedangkan ujung lainya yang berbentuk silinder memanjang digunakan sebagai bagian yang akan bersentuhkan langsung dengan objek yang akan diukur suhunya.

Gambar 12.Desain bagian sensor

2. DesainIntermediate

Gambar 13.Desain bagianintermediate

3. Desain mikrokontroler

Pada bagian mikrokontroler adalah Arduino Uno R. Arduino akan

menerima sinyal analog berupa tegangan DC yang dihasilkan TEC 12706, selanjutnya mengkoversi menjadi sinyal digital yang dapat ditampilkan pada LCD. Pada pengembangan bagian mikrokontroler ini memiliki dua bagian utama yaitu desain bagianhardwaredan desainsoftware. Pada bagianhardwarememuat bagian-bagian konektor antar komponen yaitu, sensor dandisplay.

Gambar 14.Desain rangkaian mikrokontroler Arduino dan TEC 12706 Heatsink

51

Bagiansoftwaremerupakan tempat pengembang melakukancodingdan downloadprogram pada Arduino melaluipersonal computer (PC).

Melalui jendela proram Arduino ini dilakukan prosesediting programagar pada layar LCD dapat menampilkan hasil pengukuran suhu dengan 4 satuan secara langsung yaitu, Celsius, Reamur, Fahrenheit dan Kelvin.

Gambar 15.Lembar kerja tempat melakukandownload program pada Arduino

4. Desaindisplay

Gambar 16.Desain rangkaian padadisplay

5. Penentuan Percobaan dan Kalibrasi

Pada langkah ini setelah alat ukur suhu dibuat maka selanjutnya dilakukan percobaan menggunakan alat tersebut untuk menguji spesifikasi alat dan kalibrasi alat. Hasil data dari percobaan yang dilakukan kemudian digunakan untuk mengidentifikasi pengujian spesifikasi alat.

53

F

k

=

Sumber: www.batan.go.id (2015)

DimanaDs_{adalah nilai dari alat ukur standar yang digunakan sebagai}

komparator danDu_{adalah nilai yang ditampilkan alat.}

b. Desain penggunaan alat(user manual)

petunjuk penggunaan alat(user manual)sebagai kelengkapan alat ukur suhu berisi tentang pengenalan alat, spesifikasi beserta contoh penggunaan dalam praktikum. Bagian-bagian petunjuk penggunaan alat(user manual) terdiri dari. 6) Contoh Penggunaan Alat

5. Uji Produk

Tahap lima adalah tahap uji produk. Uji produk ini merupakan uji kelayakan produk yang berupa alat ukur suhu berbasis termoelektrik disertai petunjuk penggunaan alat(user manual)yang telah dikembangkan (prototipe I). Kelayakan alat peraga alat ukur suhu berbasis termoelektrik diuji

percobaan diuji kesamaannya secara teori. Selain itu juga dilakukan uji keterpenuhan spesifikasi produk. Sedangkan petunjuk penggunaan alat(user manual) diuji kelayakannya oleh ahli desain. Setelah mengalami uji

spesifikasi dan uji kualitas produk, maka prototipe I telah mendapat saran-saran perbaikan dari ahli desain dan telah dihasilkan prototipe II.

6. Produksi

Tahap tujuh adalah tahap produksi. Tahap ini merupakan tahap akhir

penelitian pengembangan. Pada tahap ini dilakukan produksi setelah dilakukan serangkaian perbaikan dan pengujian. Produksi dilakukan dengan membuat prototipe alat ukur suhu berbasis termoelektrik beserta petunjuk penggunaan alat(user manual)berdasarkan desain alat peraga yang telah mengalami perbaikan setelah melalui pengujian-pengujian. Produksi yang dilakukan berupa prototipe, bukan produksi masal.

C. Teknik Pengumpulan Data

Teknik pengumpulan data dalam penelitian ini adalah dengan menggunakan metode observasi dan angket.

1. Observasi

Observasi yang dimaksud adalah observasi lapangan maupun studi pustaka mengenai hal yang berkiatan dengan termoelektrik. Untuk menemukan konsep-konsep atau landasan-landasan teoritis yang

55 Melalui studi literatur juga untuk mengetahui langkah-langkah yang paling tepat untuk mengembangkan produk dan memberikan gambaran hasil-hasil penelitian terdahulu yang berkaitan dengan bahan

termoelektrik, yang bisa sebagai bahan perbandingan untuk

mengembangkan produk ini. Selain studi literatur, studi lapangan atau dengan kata lain disebut sebagai pengukuran kebutuhan dan penelitian dalam skala kecil.

2.

Metode Angket

Instrumen angket uji ahli digunakan untuk mengumpulkan data tentang kelayakan produk berdasarkan kesesuaian desain dan fisik pada produk yang telah dikembangkan. Instrumen angket diberikan kepada ahli desain untuk mengumpulkan data kelayakan produk. Sedangkan untuk

mengumpulkan data keterpenuhan spesifikasi produk, angket uji spesifikasi produk yaitu prototipe alat ukur suhu berbasis termoelektrik disertai dengan petunjuk penggunaan(user manual).

D. Teknik Analisis Data

1. Uji Validasi Ahli

Angket uji validasi ahli digunakan untuk menguji kesesuaian isi pada produk, yaitu prototipe alat ukur suhu berbasis termoelektrik besertauser manual. Instrumen penilaian uji ahli desain dan kelayakan fisik, memiliki 2 pilihan jawaban sesuai konten pertanyaan, yaitu “ya” dan “tidak”. Revisi dilakukan

pada konten yang diberikan jawaban tidak. Analisis angket uji validasi ahli berisi masukan, komentar, kritik dan saran yang diperoleh dari angket

2. Uji keterpenuhan spesifikasi produk

Angket uji spesifikasi produk digunakan untuk menguji apa spesifikasi produk alat ukur suhu berbasis termoelektrik telah terpenuhi sesuai dengan telah diidentifikasi sebelumnya. Uji yang kenakan yaitu untuk mengetahui sensitivitas, sesatan, ketelitian, rentang ukur dari alat ukur suhu berbasis termoelektrik.

a. Uji ketelitian alat ukur

57 sebenarnya/pembanding, kemudian memasukan hasil pengukuran tersebut kedalam persamaan berikut.

Ketelitian(

e

_h)= x100%

Sumber: Roberts (2012: 1)

b. Uji sesatan

Untuk mengetahui sesatan dalam pengukuran menggunakan produk alat ukur suhu berbasis termoelektrik dilakukan dengan memasukan nilai-nilai hasil pengukuran berulang pada persamaan berikut.

Sesatan= ( )

Sumber: Nyeneng (2011: 6)

Dengan;

x = hasil pengukuran X= harga rata-rata n =jumlah pengukuran

c. Uji sensistivitas alat ukur

Uji sensitivitas untuk mengetahui perbandingan hasil keluaran/istrumen pengukuran terhadap perubahan variabel masukan atau faktor kalibrasi. Harga yang diperoleh dengan melakukan plot pada grafik, kemiringan dari garis lurus adalah nilai sensitivitas. Uji dilakukan dengan cara melakukan pengukuran suhu air dengan menggunakan alat ukur berbasis

y= mx + c

Sumber: Roberts (2012: 1)

d. Uji rentang ukur

Uji rentang dilakukan untuk mengetahui batasan minimal dan maksimal suhu yang dapat terukur dengan produk termometer termoelektrik yang dikembangkan. Berdasarkan spesifikasi TEC 12706 yang

59

sumber:Koestoer (2004:63)

A. Simpulan

Simpulan dari pengembangan ini adalah:

1. Dihasilkan sebuah produk berupa termometer berbahan termoelektrik dan disertai petunjuk pengunaan(user manual)yang dapat digunakan untuk mengukur suhu cairan atau fluida dalam percobaan di kelas terutama untuk pembelajaran materi suhu dan kalor.

2. Produk termometer berbahan termoelektrik dan disertai petunjuk

pengunaan layak digunakan sebagai alat ukur suhu dalam membelajarkan fisika materi suhu dan kalor dengan skor 3,8 pada uji kelayakan fisik dan skor 3,3 pada uji ahli desain.

85

B. Saran

Saran dari pengembangan ini adalah:

1. Hendaknya membaca petunjuk penggunaan yang tersedia dengan seksama baik cara penggunaan, perawatan dan penyimpanan alat sebelum

menggunakan termometer termoeletrik.

Betha, Sudirman, Karo-Karo, dan Mashuri. 2000. Konduksi Panas Komposit Polimer Polipropilena-pasir.Jurnal. Surabaya: ITS.

Dimyati&Mudjiono.2002.Belajar dan Pembelajaran. Jakarta: Rineka Cipta. Dona, Roberts. 2012.Error In measurement. [Online]

http://www.regentsprep.org. [24stof February]

Giancoli, Douglas C. 2001.Fisika Jilid 1 edisi 5. Jakarta: Erlangga.

Hamid, Ahmad Abu. 2007.Kalor dan Termodinamika. Yogyakarta: UNY. Kemendikbud. 2011.Pedoman Pembuatan Alat Peraga Fisika untuk SMA.

Jakarta: Kemendikbud.

Koestoer, Raldi A. 2004.Pengukuran Teknik. Jakarta: UI

Kreith, F. 2005.Principle Heat Transfer. Harper & Row Publisher. Levy, George. 2013. Thermoelectric Effect Under Adiabatic Conditions.

Jurnal. London : Entropy Journal.

Nyeneng, I Dewa Putu. 2011.Pengelolaan Laboratorium IPA. Bandarlampung: Universitas Lampung.

Putra, Nandy, Raldi Artono Koestoer, M. Aditya, Ardian Roekettino, dan Bayu Trianto. 2009. Potensi Pembangkit Daya Termoelektrik Untuk

Kendaraan Hybrid. Jurnal. Jakarta: Universitas Indonesia.

87

Siahaan, Parsaoran dan Iyon Suyana. 2010.Hakikat Sains Dan Pembelajaranya (Disampaikan Dalam Pelatihan Guru Mipa Papua Barat Tahun

2010).Bandung: UPI.

Sugiyono. 2011.Metode Penelitian Kuantitatif, Kualitatif dan R & D. Bandung: Alfabheta.

Suherman . 2015.kalibrasi alat ukur. www. (Online), (www.batan.go.id). diakses 20 April 2015.

Sukur, Edi. 2004.Melirik Teknologi Termoelektrik sebagai Sumber Energi Alternatif. (Online), (http://www.energi.lipi.go.id),diakses 8 Desember 2014.

Sutjahja, M. Inge. 2010. Penelitian Bahan Termoelektrik Bagi Aplikasi Konversi Energy dimasa Datang.Jurnal. Bandung : ITB.

Suyanto, Eko. 2009.Pengembangan Contoh Lembar Kerja Fisika Siswa dengan Latar Penuntasan Bekal Awal Ajar Tugas Studi Pustaka dan Keterampilan Proses untuk SMA Negeri 3 Bandar Lampung.

Bandarlampung: Unila

Van den Akker J. 2006.Educational Design Research. London and New York: Routledge.