LAPORAN RESMI PRAKTIKUM
FISIKA INDUSTRI
DISUSUN OLEH :
NAMA : ANDREAS KAWAR SEMBIRING B
NIM : 14/17112/THP
JURUSAN : TEKNOLOGI HASIL PERTANIAN
KELOMPOK : V
ACARA V : TERMOKOPEL
CO.ASS : NURLAILA FATMAWATI
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN STIPER
I. Acara : Termokopel
II. Tanggal : 09 Maret 2015
III. Tujuan
1. Untuk memahami timbulnya gerak energi listrik yang diakibatkan dari perbedaan suhu.
2. Membuat pengalih ragaman nilai tegangan keluaran termokopel kebesaran suhu.
3. Mengukur suhu benda
IV. Dasar Teori
Prinsip kerja termokopel berdasar pada sebuah fenomena fisika yang disebut thermoelectric effect. Thermoelectric effect merupakan efek yang berhubungan dengan konversi dari perbedaan temperatur menjadi tegangan listrik dan sebaliknya. Penemuan thermoelectric effect merupakan hasil dari eksperimen tiga ilmuwan yang berbeda, yaitu Thomas Johann Seebeck (1821) dari Jerman, Jean Charles Peltier (1834) berkebangsaan Prancis, dan W. Thompson (1851)yang melanjutkan penemuan Lord Kelvin tentang arus termal ( Tipler, 1998 )
Penemuan Termokopel pada awal 1820, Thomas Seebeck mencoba mencari relasi antara kelistrikan dan panas. Pada tahun 1821 ia menggabungkan dua kabel konektor dari metal yang berbeda membentuk sebuah loop rangkaian di mana ujung dari tiap kabel dari metal beda jenis dihubungkan. Ketika ada perbedaan temperatur antara kedua sambungan metal, ternyata rangkaian tersebut dapat membelokkan jarum kompas (terinduksi medan magnet). Kemudian, ia menyebutnya thermomagnetic effect. Kemudian seorang Fisikawan Denmark bernama Oersted mengoreksinya dengan menamakan efek tersebut thermoelectric effect, dan percobaannya menghasilkan tegangan berkisar mikrovolt per Kelvin. Efek ini secara khusus kemudian disebut Seebeck Effect.
Kemudian Peltier (1834) menemukan keberadaan panas pada
sambungan listrik yang terbuat dari dua metal berbeda. Efek ini
sambungan metal yang terbuat dari Efek tersebut dikemukakan oleh ahli fisika Thomson, Peltier dan Seebeck, dalam kaitan matematis.
VAB = (πAB)T2 - (πAB)T1 + A - B)
VAB = beda potensial antara kedua ujung kawat.
(πAB)T = tenaga gerak listrik Peltier pada suhu T
σAB = konduktivitas chromel (A) dan alumel (B)
Persamaan di atas memperlihatkan bahwa Vab akan bernilai besar
dan mudah diukur bila a b atau a b . dasar inilah yang
digunakan untuk memilih 2 jenis kawat guna membuat termokopel sebagai alat ukur suhu.
material A dan material B, dihasilkan panas dari metal A dan diserap oleh metal B searah dengan aliran arus listrik. Lalu, W. Thompson (1851) melengkapi penjelasan thermoelectric effect ini dengan menjelaskan keterkaitan pemanasan dan pendinginan konduktor arus listrik dengan gradient temperatur konduktor tersebut.
Fenomena di atas dapat terjadi karena saat salah satu ujung material konduktor dipanaskan sehingga temperaturnya lebih tinggi dibandingkan ujung yang lain, elektron di ujung sisi yang panas memiliki energi termal yang lebih tinggi dibandingkan elektron di ujung yang lebih dingin. Elektron dengan energi ini lebih besar ini kemudian “menyebar”, sampai di ujung ujung yang lebih dingin. Namun, kenetralan atom tetap terjaga, sehingga distribusi elektron ini membentuk muatan negative pada ujung dingin (keberadaan elektron yang banyak) dan muatan positif pada ujung yang panas (karena holes, kekosongan elektron pada atomnya). Maka sebagai konsekuensinya terbentuk tegangan elektrostatik yang berhubungan dengan redistribusi elektron akibat energi termal.
untuk berpindah orbit. Perpindahan orbit ini adalah dari ujung yang dipanaskan menuju ujung yangtidak dipanaskan. Perpindahan elektron inilah yang mengakibatkan ujung yang dipanaskan memiliki polaritas yang lebih positif dibandingkan ujung yang tidak dipanaskan sehingga peristiwa ini menimbulkan tegangan. Hukum ini berlaku pada setiap logam yang memiliki ujung yang berbeda suhu ( Nugroho, 2009 )
Termopower (Thermoelectric Sensitivity, Seebeck Coefficient), hasil percobaan Seebeck menunjukkan bahwa jika yang digunakan sebagai konduktor adalah dua material yang sama, meskipun panjangnya berbeda, tidak dapat menghasilkan tegangan listrik. Ini adalah sebuah sifat yang unik dari fenomena yang ditemukannya. Namun, jika digunakan dua buah material yang berbeda dengan memvariasikan perbedaan temperatur di tiap ujungnya, thermoelectric effect dapat diamati. Ini menunjukkan tiap material memiliki suatu sifat sensitivitas terhadap panas yang disebut thermoelectric sensitivity, thermopower, atau Seebeck Coefficient (S). Secara matematis:
V12 = S x (TH - TC)
Dimana V12 adalah tegangan listrik antara ujung panas dengan ujung dingin. Efek Seebeck pada dua konduktor dengan koefisien Seebeck yang sama. Hal ini karena ∑ V = Sa x (TH - TC) - Sb x (TC - TH) = 0(karena Sa = Sb).
Nilai koefisien Seebeck (Sa) suatu konduktor tergantung pada struktur material bahannya. Berarti jika bahan berbeda maka memiliki Sa yang berbeda pula. Secara teoritis Sa nilainya konstan, akan tetapi pada kenyataannya nilanya berubah tergatntung pada suhu dan struktur molekul bahan.
Tx adalah temperature yang belum diketahui. Tc adalah temperature pada ujung voltmeter (diasumsikan sama untuk setiap kabel).Tv adalah temperature internal dari elemen dalam voltmeter. Sa adalah koefisien Seebeck dari termokopel untuk bagian yang terbuat dari material a. Sb adalah koefisien Seebeck dari termokopel untuk bagian yang terbuat dari material. Sc adalah koefisien Seebeck dari kabel yang digunakan untuk pengukuran tegangan. VTC adalah tegangan yang terukur dari termokopel dengan kondisi “open” (impedansi rangkaian tinggi dan arus minimal)
Dengan hukum Kirchoff untuk tegangan, jumlah dari seluruh tegangan dalam rangkaian loop tertutup adalah nol. Persamaan kirchoff untuk rangkaian di atas dapat ditulis sebagai:
[Sa x (TX - TC)] + [Sb x (TC – TV)] + VTC + [Sc x (TX- TC)] + ……… + [Sb x (TC – TX) = 0
Dengan penyederhanaan didapatkan: (Sa – Sb) x (TX - TC) = [VTC]
Dimana Sa dan Sb menentukan polaritas VTC, biasanya ditulis : (Sa - Sb) = Sab = -Sba.
Dalam standar industri, “ab” digunakan sebagai tipe termokopel standar yang artinya dibuat dari material A ( Tipler, 1998).
V. Alat dan Bahan A. Alat
1. Termokopel Chromel - Alumel : 1 Unit
2. Termometer Batang : 1 Unit
3. Multimeter Digital : 1 Unit
4. Pemanas Bunsen : 1 Unit
5. Statif : 1 Unit
6. Gelas Beker : 2 buah
7. Mancis : 1 buah
8. Dudukan Gelas Beker Dari Asbes : 1 Unit
9. Penyangga Kaki Tiga : 1 Unit
B. Bahan
1. Air : Secukupnya
2. Es batu : Secukupnya
VI.CARA KERJA
A. Teoritis
1) Menempatkan salah satu ujung (probe) termokopel chromel-alumel sebut saja sebagai ujung suhu referensi ( Tr ) pada gelas beker yang
berisi es mulai mencair dan disebut bersuhu 00 C tempat kan probe
termokopel yang lain kedalam gelas beker yang berisi air sebut saja sebagai ujung ukur.
2) Menghubungkan pangkal termokopel yang lain dengan voltmeter digital gunakan dalam sekala milivolt.
3) Memanaskan air digelas beker (Tu) dengan unit pemanas , berbahan bakar spirtus ,sampai mendidih.
4) Mencatat pembacaan suhu air thermometer setiap kenaikan suhu 5o C
dan saat itu pula dicatat tegangan keluaran termokopel oleh voltmeter. Jika perubahan suhu terlalu cepat anda dapat pula mencatat suhu dan tegangan keluaran termokopel setiap penurunan 5oC dari saat air mendidih dalam keadaan pemanas dimatikan.
5) Menghubungkan grafik konversi antara suhu ait (Tu) dengan tegangan keluaran termokopel (VAB)
B. Skematis
a.Termokopel chromel – alumel
1) Ditempatkan salah satu ujung (probe) termokopel chromel-alumel sebut saja sebagai ujung suhu referensi ( Tr ) pada gelas beker yang berisi es mulai mencair dan disebut
bersuhu 00 C tempat kan probe
3) Dipanaskan air digelas beker (Tu) dengan pemanas , berbahan bakar spirtus ,sampai mendidih.
4) Dicatat pembacaan suhu air thermometer setiap kenaikan suhu 5o C dan saat itu pula dicatat tegangan keluaran termokopel oleh voltmeter. Jika perubahan suhu terlalu cepat anda dapat pula mencatat suhu dan tegangan keluaran termokopel setiap penurunan 5oC dari saat air mendidih dalam keadaan pemanas dimatikan.
VII. HASIL PENGAMATAN
A. Hasilpengamatan.
1. Tabel hasil pengamatan padasaatpenaikansuhu .
No Suhu (Co) Tegangan (V)
1 30 0,1 x 10-3
2 35 10,8 x 10-3
3 40 1,0 x 10-3
4 45 1,2 x 10-3
5 50 1,8 x 10-3
6 55 2,1 x 10-3
7 60 2,2 x 10-3
8 65 2,2 x 10-3
9 70 2,5 x 10-3
∑ 525 16,6 x 10-3
2. Tabel hasil pengamatan padasaatpenurunansuhu.
No Suhu (Co) Tegangan (V)
1 75 2,7 x 10-3
2 70 2,5 x 10-3
3 65 2,3 x 10-3
4 60 2,0 x 10-3
5 55 1,9 x 10-3
6 50 1,5 x 10-3
7 45 1,4 x 10-3
8 40 1,2 x 10-3
9 35 0,9 x 10-3
10 30 0,8 x 10-3
B. Hasil Perhitungan.
1.Tabel hasil pengamatan pada saat kenaikan suhu
No Xn Xn-X Xn-X Xn-X 2
1. 0,1.10-3 -1,56.10-3 1,56.10-3 2,4336.10-6
2. 0,8.10-3 -0,86.10-3 0,86.10-3 0,7396.10-6
3. 1,0.10-3 -0,66.10-3 0,66.10-3 0,4356.10-6
4. 1,2.10-3 -0,46.10-3 0,46.10-3 0,2116.10-6
5. 1,8.10-3 -0,14.10-3 0,14.10-3 0,0196.10-6
6. 2,1.10-3 -0,44.10-3 0,44.10-3 0,1936.10-6
7. 2,2.10-3 -0,54.10-3 0,54.10-3 0,2916.10-6
8. 2,2.10-3 -0,54.10-3 0,54.10-3 0,2916.10-6
9. 2,5.10-3 -0,84.10-3 0,84.10-3 0,7056.10-6
10. 2,7.10-3 -1,04.10-3 1,04.10-3 0,0816.10-6
∑ 16,6.10-3 0 7,08.10-3 6,404.10-6
a. Nilai rata-rata (
= ∑Xn = 16,6 x 10-3= 1,66 x10-3 n 10
a = = 7,08 x10-3 = 0,708 x10-3
n 10
c. Deviasi standar (s)
s = = = 0,8435 x 10-3
d. Deviasi rata-rata relatif (A)
A = x 100 % = x 100 % = 42,652 %
e. Deviasi standar relatif (S)
S = x 100 % = x 100 % = 50,813 %
f. Hasil pengukuran ( + a)
+ a = 1,66x 10-3+ 0,708x 10-3= 2,368 x 10-3
- a = 1,66x 10-3– + 0,708x 10-3= 0,952 x 10-3
g. Ketelitian
2. Tabel hasil pengamatan padasaat penurunansuhu .
No Xn Xn-X Xn-X Xn-X 2
1. 2,7.10-3 0,98.10-3 0,98.10-3 0,9604.10-6
2. 2,5.10-3 0,78.10-3 0,78.10-3 0,6884.10-6
3. 2,3.10-3 0,58.10-3 0,58.10-3 0,3364.10-6
4. 2,0.10-3 0,28.10-3 0,28.10-3 0,0784.10-6
5. 1,9.10-3 0,18.10-3 0,18.10-3 0,0324.10-6
6. 1,5.10-3 -0,22.10-3 0,22.10-3 0,484.10-6
7. 1,4.10-3 -0,32.10-3 0,32.10-3 0,1024.10-6
8. 1,2.10-3 -0,52.10-3 0,52.10-3 0,2704.10-6
9. 0,9.10-3 -0,82.10-3 0,82.10-3 0,6724.10-6
10. 0,8.10-3 -0,92.10-3 0,92.10-3 0,8464.10-6
∑ 17,2.10-3 0 5,6.10-3 3,956.10-6
a. Nilai rata-rata ( ):
= = = 1,72 x 10 -3
b. Deviasi rata-rata (a):
c. Deviasi standar (s)
s = = = 0,6629 x 10-3
d. Deviasi rata-rata relatif (A)
A = x 100 % = x 100 % = 32,5501 %
e. Deviasi standar relatif (S)
S = x 100 % = x 100 % = 38,,5501 %
f. Hasil pengukuran( + a) :
+ a = 1,72x10-3+ 0,56 x10-3 = 2,28 x10-3
– a = 1,72x10-3– 0,56 x10-3 = 1,6 x10-3g Ketelitian
VIII. Pembahasan
Termokopel secara sederhana merupakan perpaduan antara dua logam yang berbeda jenis, yang persambungan (kopel) kedua logam diberikan pengkondisian suhu yang berbeda (panas dan dingin). Setting alat untuk melakukan kalibrasi termokopel yaitu, misal kita sebut saja logam X dan logam Y merupakan bahan logam pada termokopel. Ujung logam X dan Y disambung dan ujung-ujung yang lain dihubungkan ke alat ukur listrik dan dimasukkan ke dalam kondisi suhu dingin (X, dan untuk ujung yang dikopel ditempatkan pada kondisi suhu panas (Y).
Termokopel dapat mengukur temperatur dalam jangkauan suhu yang cukup luas dengan batas kesalahan pengukuran kurang dari 1⁰ C. Termokopel terdiri dari 2 jenis kawat logam konduktor yang digabung pada ujungnya sebagai ujung pengukuran. Konduktor ini kemudian akan mengalami gradiasi suhu dan dari perbedaan suhu antara ujung termokopel/ujung pengukuran dengan ujung kedua kawat logam konduktor yang terpisah akan menghasilkan tegangan listrik.
Bila salah satu ujung termokopel ditempatkan pada gelas beker yang berisi es yang sedang mencair dan ujung yang lainnya ditempatkan pada gelas beker yang berisi air mendidih atau air panas yang dipanaskan dengan unit pemanas berbahan bakar spritus, maka termokopel akan menghasilkan suatu tegangan yang dapat dilihat nilainya dengan menggunakan multimeter digital.
Dari pengamatan tersebut suhu naik adalah suhu awal 300C
tegangannya sebesar 0,1 x 10-3 Volt ,pada suhu 350C tegangannya sebesar
0,8 x 10-3 , pada suhu 400C tegangan sebesar 1,0 x 10-3,pada suhu 450C
tegangannya sebesar 1,2 x 10-3, pada suhu 50 0C 1,8 x 10-3,pada suhu ke
10-3pada suhu ke 650C tegangan sebesar 2,2 x 10 -3 pada suhu ke 700C
tegangan sebesar 2,5 x 10-3 dan pada akhir 750C adalah 16,6 x 10-3. Pada
penurunan suhu hal yang sama juga terjadi. Suhu awalnya pada 750C
adalah 2,7 x 10-3 Volt pada suhu ke 700C tegangan sebesar 2,5 x 10-3 pada
suhu 650C tegangan sebesar 2,3 x 10-3 pada suhu ke 600C tegangan sebesar
2,0 x 10-3 pada suhu 550C tegangan sebesar 1,9 x 10-3 pada suhu ke 500C
tegangan sebesar 1,5 x 10-3 pada suhu 450C tegangan sebesar 1,4 x 10-3
pada suhu 400C adalah 1,2 x 10-3 V pada suhu 35 0C tegangan sebesar 0,9 x
10-3dan pada akhirnya suhu 300C tegangan sebesar 0,8 x 10-3.. Perubahan
voltase pun sama antara kenaikan dan penurunan suhu.
Dari pengamatan kenaikan suhu, didapat hasil yan meliputi harga rata rata yaitu 3,03 x 10-3, deviasi rata – rata yaitu 0,88 x 10-3 , deviasi
standar yaitu 1,09 x 10-3, deviasi fraksional yaitu 35,97 %, deviasi rerata
yaitu 29,04 %, ketelitian yaitu 70,96 %. Dari pengamatan penurunan suhu,
didapat hasil yang meliputi harga rata- rata yaitu 2,8 x 10-3 deviasi rata –
rata yaitu 0,96 x 10-3, deviasi standar yaitu 1,15 x 10-3, deviasi fraksional
yaitu 41,07 %, deviasi rerata 34,29 %,Ketelitian yaitu 65,71 %..
XI. Kesimpulan
Dari praktikum termokopel yang telah dilaksanakan, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Termokopel adalah sensor suhu yang banyak digunakan untuk mengubah perbedaan suhu dalam benda menjadi perubahan tegangan listrik (voltase).
2. Termokopel bisa di manfaatkan menjadi pembangkit listrik tenaga panas radio isotop, digunakan sebagai pengaman pada alat alat pemanas,digunakan untuk termopile radiasi.
3. Termokopel secara sederhana merupakan perpaduan antara dua logam yang berbeda jenis, yang persambungan (kopel) kedua logam diberikan pengkondisian suhu yang berbeda (panas dan dingin).
4. Dari pengamatan kenaikan suhu, didapat hasil yan meliputi harga rata rata yaitu 3,03 x 10-3, deviasi rata – rata yaitu 0,88 x 10-3 , deviasi standar
yaitu 1,09 x 10-3, deviasi fraksional yaitu 35,97 %, deviasi rerata yaitu
29,04 %, ketelitian yaitu 70,96 %.
5. Dari pengamatan penurunan suhu, didapat hasil yang meliputi harga rata- rata yaitu 2,8 x 10-3 deviasi rata – rata yaitu 0,96 x 10-3, deviasi standar yaitu 1,15 x 10-3, deviasi fraksional yaitu 41,07 %, deviasi rerata
34,29 %,Ketelitian yaitu 65,71 %.
6. Dari grafik dapat dilihat bahwa setiap kenaikan suhu yang terjadi mengakibatkan kenaikan tegangan. Tetapi, setiap penurunan suhu, akan mengakibatkan menurunnya nilai tegangan.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim, 2015. Buku Petunjuk Praktikum Fisika Dasar. Institut Pertanian
Stiper.Yogyakarta.
Nugroho Djoko, 2009 . Mandiri Fisika Untuk SMA Kelas 3 . Erlangga. Jakarta.
Purwadi dkk, 2000. Panduan Praktikum Fisika Dasar FMIPA UGM.
Yogyakarta.
Mengetahui Yogyakarta,15 Maret 2015
