Efek termoelektrik

Efek termoelektrik adalah suatu fenomena fisika dalam bentuk perubahan energi listrik menjadi energi kalor atau sebaliknya. Pemanfataan dari termoelektrik adalah sebagai prinsip utama dalam pembuatan modul pembangkit listrik atau modul pada alat pendinginan maupun pemanas. Berdasarkan fenomena yang dihasilkan, kegunaan efek termoelektrik dibagi menjadi generator termoelektrik dan pendingin termoelektrik. Bentuk modul termoelektrik berbentuk segi empat dengan ketebalan tertentu. Efek termoelektrik mengubah tegangan listrik arus searah untuk menghasilkan perbedaan temperatur. Sebaliknya, perbedaan temperatur akibat efek termoelektrik dapat digunakan untuk menghasilkan tegangan listrik arus searah. Keluaran modul termoelektrik terbagi menjadi dua sisi yang temperatur yang tinggi (panas) dan temperatur yang rendah (dingin).

Sejarah

Penemuan efek termoelektrik pada tegangan listrik diawali oleh penemuan efek Seebeck. Alessandro Volta merupakan ilmuwan pertama yang menemukan efek Seebeck pada tahun 1787 M. Penamaan efek Seebeck disematkan kepada Thomas Johann Seebeck karena ia yang menemukan ulang efek ini secara mandiri pada tahun 1821 M. Pengamatan yang tampak ialah pembelokan jarum kompas akibat adanya dua jenis bahan penghantar listrik dengan suhu yang berbeda pada suatu rangkaian listrik tertutup. Arus listrik dihasilkan karena adanya perbedaan tingkat energi elektron yang menghasilkan gaya gerak proton. Keberadaan medan magnet yang menggerakkan jarum kompas diakibatkan oleh adanya arus listrik. Seebeck menamai fenomena ini sebagai efek termomagnetik karena mengira penyebab bergeraknya jarum kompas adalah medan magnet. Istilah efek termoelektrik baru digunakan setelah Hans Christian Ørsted meralat istilah termomagnetik dan menggantinya dengan istilah termoelektrik.

Kekuatan

Umumnya, suatu partikel dapat memiliki efek termoelektrik yang lebih kuat ketika berada dalam skala nanometer dibandingkan dengan skala mikrometer. Efek termoelektrik lebih kuat lagi pada partike-partikel nano dengan bahan logam atau semikonduktor. Kuatnya efek termoelektrik pada logam dan semikonduktor diamati pada perbedaan warna emisi. Dalam perbandingannya, semikonduktor memiliki efek termoelektrik yang lebih kuat ketika ketika berdekatan dengan molekul cairan atau gas.

Jenis bahan

Polimer

Polimer menjadi salah satu bahan yang mampu menghasilkan efek termoelektrik. Kemampuannya cukup tinggi karena polimer memiliki sifat kondukitivitas termal yang sangat rendah. Polimer sangat jarang digunakan dalam peralatan listrik yang memanfaatkan efek termoelektrik karena memiliki konduktivitas listrik dan koefisien Seebeck yang rendah.

Pemanfaaatan

Pendingin termoelektrik

Efek termoelektrik dimanfaatkan untuk menghasilkan kondisi dingin pada pendingin termoelektrik. Prinsip kerja yang diperlukan ialah pengubahan energi listrik menjadi panas. Jenis efek termoelektrik yang secara khusus diterapkan pada pendingin termoelektrik yaitu efek Peltier. Pendingin termoelektrik hanya mempunyai dua bagianyaitu bagian yang menyerap panas dan bagian yang membuang panas. Bagian penyerap panas berperan sebagai pendingin sedangkan bagian pembuang panas berperan sebagai pompa kalor. Pendingin termoelektrik sama sekali tidak menggunakan kompresor, kondensor, katup ekspansi, maupun evaporator. Hal ini membuat jenis pendingin termoelektrik sangat berbeda dengan mesin pendingin konvensional lainnya.

Penemu dari prinsip kerja pendingin termeoelektrik adalah Jean Charles Athanase Peltier. Ia menemukan fenomena ini pada tahun 1834 M. Oleh karena itu, pendingin termoelektrik juga dinamain dengan nama pendingin Peltier. Peltier mengamati adanya efek pemanasan dan pendinginan yang terjadi secara bersamaan ketika dua buah penghantar listrik dialiri arus listrik dengan sifat semikonduktor yang berbeda jenis.

Sistem hibrida

Panas yang dihasilkan oleh motor bakar hanya menjadi limbah energi ketika sistem hibrida tidak mampu menyerapnya. Berkembangnya teknologi termoelektrik khususnya efek Seebeck telah menciptakan teknologi generator termoelektrik yang dapat memanfaatkan panas tersebut. Bahan semikonduktor yang memiliki dua sumber suhu dengan nilai yang berbeda dapat menghantarkan arus listrik. Gaya gerak listrik akan timbul karena suhu emisi gas buang yang dihasilkan oleh motor bakar pada kendaraan bermotor berada dalam rentang 200-300^oC dengan suhu dalam rentang 30-35^oC. Motor listrik akan berfungsi selama perbedaan suhu tetap ada atau energi listrik disimpan di dalam baterai listrik. Penghematan konsumsi bahan bakar pada kendaraan hibrida dapat dilakukan dengan mekanisme ini. Keuntungan lain dari penerapan teknologi termoelektrik adalah memperkecil ukuran motor sehingga membuatnya menjadi lebih ringan. Pengurangan emisi gas buang ke lingkungan membuat pemakaian generator termoelektrik pada kendaraan hibrida menjadi lebih ramah lingkungan.

Referensi

Catatan kaki

1. Mirmanto, Syahrul dan Wirawan 2021, hlm. 2.
2. Trigonggo 2019, hlm. 102.
3. Trigonggo 2019, hlm. 102-103.
4. Floriidha, F., dan Pristya, A. U. (2016). Nanoteknologi di Bidang Kesehatan. Malang: UB Press. ISBN 978-602-203-969-3.  Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)
5. Mirmanto, Syahrul dan Wirawan 2021, hlm. 48.
6. Mirmanto, Syahrul dan Wirawan 2021, hlm. 34.
7. Mirmanto, Syahrul dan Wirawan 2021, hlm. 33.
8. Mirmanto, Syahrul dan Wirawan 2021, hlm. 19.
9. Mirmanto, Syahrul dan Wirawan 2021, hlm. 20.

Daftar pustaka

• Mirmanto, Syahrul dan Wirawan, M. (2021). Teori Dasar dan Aplikasi Pendingin Termoelektrik (Pendingin Tanpa Freon). Sleman: Deepublish. ISBN 978-623-02-3320-3.  Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)
• Trigonggo (2019). Sumber Tegangan Listrik: Sejarah, Prinsip Kerja, dan Penerapannya. Yogyakarta: Universitas Islam Negeri Sunan Kalijaga.  Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)