PERUBAHAN DAYA TERMOLISTRIK RELATIF KARENA PENAMBAHAN CACAT KEKOSONGAN Erman Taer*, Warman Fatra**, Srihandayani*** *Jurusan Fisika FMIPA UNRI, Erman950 l @yahoo.com **Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik UNRI *** Jurusan Fisika FMIPA UNRI ABSTRAK Telah dilakukan penelitian tentang perubahan daya termolistrik relatif karena penambahan cacat kekosongan . Elemen termolistrik yang digunakan adalah tembaga d a n baja dengan panjang 500mm dan diameter 4mm. Penambahan cacat kekosongan diberikan pada logam baja, dilakukan dengan cara perlakuan panas kemudian didinginkan secara mendadak. Perlakuan panas dilakukan pada temperatur 900 ºC dan 950 ºC dengan waktu tunggu 30 menit, 60 menit dan 90 menit, media celup yang dipakai adalah air dan oli. Pengukuran daya termolistrik relatif dilakukan pada temperatur 30 ºC sampai 150 ºC. Perubahan daya termolistrik relatif terjadi karena perubahan daya termolistrik absolut pada baja . Karena penambahan cacat, terjadi pengurangan daya termolistrik absolut. Perubahan daya termolistrik relatif sambungan dipengaruhi oleh temperatur pemanasan, media celup dan lamanya waktu tunggu. Untuk media celup yang sejenis perubahan daya termolistrik relatif berbanding terbalik dengan waktu tunggu. Untuk temperatur perlakuan panas yang sama, perubahan dengan menggunakan media celup oli lebih besar. Kata Kunci: Daya Termolistrik, Cacat kekosongan dan Perlakuan panas.
Perubahan Daya Termolistrik Relatif Karena Penambahan Cacat Kekosongan Oleh Erman T aer1, Warman F atra2, Srihandayani1 1.Jurusan Fisika FMIPA UNRI,
[email protected] 2. Jurusan Teknik Mesin Fakultas T eknik UNRl Abstrak Telah dilakukan penelitian tentang perubahan daya termolistrik relatif karena penambahan cacat kekosongan. Elemen termolistrik yang digunakan adalah tembaga dan baja dengan panjang 500 mm dan diameter 4 mm. Penambahan cacat kekosongan diberikan pada logam baja, dilakukan dengan cara perlakuan panas, kemudian didinginkan secara mendadak. Perlakuan panas dilakukan pada temperatur 900 OC dan 950 OC dengan·waktu tunggu 30 menit, 60 menit dan 90 menit, media celup yang dipakai adalah air dan oli. Pengukuran daya termolistrik relatif (dilakukan pada temperatur 30 OC sampai 150 OC. Perubahan daya termolistrik relatif terjadi karena perubahaan daya termolistrik absolut pada baja. Karena perubahan cacat, terjadi pengurangan daya termolistrik absolut. Perubahan daya termolistrik relatif sambungan dipengaruhi oleh temperatur pemanasan, media celup dan lamanya waktu tunggu. Untuk media celup yang sejenis perubahan daya termolistrik relatif berbanding terbalik dengan waktu tunggu. Untuk temperatur perlakuan panas yang sama, perubahan dengan menggunakan media celup oli lebih besar. Kata Kunci : Daya_termolistrik, T arikan_fonon, Difusi_elektron. Pendahuluan Daya termolistrik muncul bila dua bahan berbeda (konduktor atau semikonduktor) disambungkan pada dua titik yang berbeda dan dipertahankan pada suhu yang berbeda pula. Daya termolistrik yang terukur merupakan daya termolistrik total yang terdiri dari komponen tarikan fonon dan difusi elektron. Komponenkomponen daya termolistrik dapat dipisahkan dari daya termolistrik total dengan menggunakan berbagai macam metode seperti yang telah dikerjakan oleh F.J Blatt 1964 dan Devromenn 1960, Daya termolistrik tarikan fonon lebih dominan dari daya termolistrik difusi elektron pada suhu rendah, sedangkan daya termolistrik d ifusi elektron lebih dominan pada suhu tinggi. Pada suhu tinggi tertentu daya termolistrik tarikan fonon dapat dianggap sama dengan nol. Daya termolistrik pada bahan logam akan mengalami perubahan bila pada bahan logam te.rsebut terjadi perubahan sistim seperti, kehadiran bahan ketidakrnumian, cacat dan lain·lain. Cacat pada logam dapat dikelompokkan menjadi cacat titik, garis, bidang dan batas permukaan. Cacat titik dapat dihasilkan karena kehadiran bahan ketidakmurnian. Salah satu bentuk cacat titik lainnya adalah kekosongan. Cacat berupa kekosongan dapat dihasilkan melalui perlakuan termal. Tinjauan T eori 1. Daya termolistrik pada logam Daya termolistrik total logam dapat diturunkan menggunakan model yang dikembangkan oleh Mott dan Jones, dimana pada suhu yang tidak terlalu tinggi daya termolistrik logam murni (So) terdiri dari dua komponen, yaitu : komponen difusi elektron (Soe) dan komponen tarikan fonon (Sog), atau So = Soe + Sog (1) Berikut akan dijelaskan secara singkat tentang daya termolistrik yang disebabkan oleh difusi elektron dan daya termolistrik yang disebabkan oleh tarikan fonon. 1.1. Perubahan Daya Termolistrik Difusi Elektron [3,4,6]
Komponen daya termolistrik difusi elektron disebabkan oleh deviasi sistim elektron dari kesetimbangan distribusi karena adanya gradien temperatur. Bila terjadi percampuran dua logam maka Soe akan mengalami perubahan, peru bahan Soe tergan tu n g pada sifat-sif at ham buran elektron dan struktur sistim pita elektronik. Komponen daya termolistrik difusi elektron untuk logam murni ditulis (AH. Wilson, 1953), (2) dimana, kB konstanta Boltzman, T tem peratur absolut, e muatan elektron, 0 resistivitas listrik, E energi konduksi elektron dan EF, energi F ermi.
P erubahan daya termolistrik difusi elektron yang disebabkan oleh kehadiran cacat, ditulis sebagai berikut:
se = se - · soe
(3)
Dengan m enggunakan hukum Wiedemann-Franz persamaan (3) dapat ditulis menjadi : (4)
Dimana Sie daya termolistrik disebabkan oleh kehadiran cacat. Analog dengan persamaan (2) Sie ditulis m enjadi
1.2. Peru bahan Daya T ermolistrik T arik an Fon on [3,4,6] Perubahan daya termolistrik tarikan fonon
ditulis
seperti
berikut
ini (6)
Persamaan (6) m enunjukkan perubahan komponen daya termolistrik tarikan fonon karena kehadiran cacat pada logam murni. E ksperimen 1.Penambahan Cacat Kekoson gan Penambahan cacat kekosongan dilakukan pada elemen termolistrik baja dengan cara perlakuan pan as pada temperatur 900 OC dan 950 OC dengan waktu tunggu 30 menit, 60 menit dan 90 menit dan kemudian didinginkan secara mendadak dengan m edia celup air dan oli. 2.Penguk uran daya termolistrik relatif Pengukuran daya termolistrik dilakukan pada temperatur 30 OC sampai 150 OC dengan sambungan elemen termolistrik tembaga dan baja. Dari hasil eksperimen dapat d itentukan daya termolistrik relatif baja dan tembaga. Penentuan perubahan daya termolistrik relatif baja dan tembaga yang diberi penambahan cacat kekosongan dilakuakan dengan cara pengurangan daya termolistrik relatif tembaga dan baja yang telah diberi penam bahan cacat kekosongan terhadap daya termolistrik relatif tembaga baja tanpa diberi penambahan cacat kekosongan. Hasil dan Analisa 1. Hasil Dari hasil yang diperoleh pada pengukuran dapat dihitung daya termolistrik relatif untuk bahan logam pada temperatur tinggi yaitu pada temperatur 30 OC sarnpai 150 OC. Pengukuran daya termolistrik relatif sambungan tembaga dan baja tanpa dislokasi dapat dilihat pada gambar 1. P engukuran daya termolistrik untuk sambungan tembaga dan baja yang telah diberi penambahan dislokasi pada temperatur 900 °C, m edia celup air dan oli, dapat dilihat pada gambar 2 dan gambar 3, sedangkan pengukuran daya termolistrik untuk sambungan tembaga dan baja yang diberi penambahan dislokasi pada temperatur 950 °C, media celup air dan oli, dapat dilihat pada gambar 4 dan gambar 5 dibawah ini. 2. Analisa Dari hasil yang telah diperoleh dapat ditentukan perubahan daya termolistrik relatif karena penambahan dislokasi dengan cara mengurangkan nilai daya termolistrik relatif yang telah diberi penambahan dislokasi dengan daya termolistrik sebelum diberi penambahan dislokasi. Dari hasil pengurangan daya termolistrik relatif itu dapat dilihat pada gambar 6 sampai 9 dibawah ini. Penambahan daya termolistrik relatif terjadi karena perubahan daya termolistrik absolut pada baja. Karena penambahan cacat, terjadi pengurangan daya termolislrik absolut. Perubahan daya termolistrik relatif sambungan dipengaruhi oleh temperatur pemanasan, media celup dan lamanya waktu tunggu. Untuk media celup ymg sejenis perubahan daya termolistrik relatif berbanding terbalik dengan waktu tunggu. Untuk temperatur perlaknan panas yang sama, perubahan dengan menggunakan m edia celup oli lebih besar.
Kesimpulan Dari penelitian yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan sebagai betikut, dengan perlakuan panas pada temperatur 900 OC dan 950 OC pada logam baja telah terjadi penambahan cacat kekosongan. Penambahan daya termolistrik relatif yang terjadi pada sambungan elemen termolistrik baja dan tembaga terjadi karena penambahan cacat kesosongan secara perlakuan panas, perubahan yang terjadi dipengaruhi oleh temperatur pemanasan, lamanya pemanasan dan media celup yang digunakan. Daftar Pustaka 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Pollock Dainiel. D, “T hermocouples Theory and Properties”, CBC Press, New York, 1 991. Harman. T.C, Honig. J..M, “Thermoelectric and Thermomagnetic Effect and Applications”, McGraw Hill, New York, 1967. R.P. Huebener, "Thermoelectricity in Metals and and Alloys, Solid State Physics Advance in Research and Applications”, Vol 27, Academic Press, New York, 1972. R.P. Huebener, “Thermoelectric Power of Alumunium and Dilute Alumunium Alloyss”, Physical Rev, Vol 171, hal; 634, 1968. R.P. Huebener, “Thermoelectric Power of L attice Vacancies in Gold”, Physical Rev. Vol 135; hal A 1281, 1964. G. Grimvall, “Thermopgysical Properties of Materials Enlarged and Revisied edition”, Elsevier,1999. I. Weinberg, “Phonon Drag Th ermopower in Dilute Copper Alloy”, Physical Rev, Vol 146, hal; 468, 1965.
