Termometer termokopel dibuat berdasarkan pada: (1) adanya gaya gerak listrik (ggl) Seebeck, (2) adanya ggl Peltier, dan (3) adanya ggl Thomson pada sambungan dua logam yang berbeda jenisnya, serta (4) adanya perubahan temperatur pada sambungan dua logam. Ini berarti termometer termokopel dibuat berdasarkan pada hasil percobaan Seebeck, Peltier, dan Thomson.
Pada tahun 1826 Thomas Johann Seebeck menemukan bahwa ggl dapat ditimbulkan dengan cara-cara termal. Jika logam A disambungkan dengan logam B dan kedua sambungan berbeda temperaturnya, maka akan timbul ggl termal atau ggl Seebeck yang disebabkan karena adanya kerapatan elektron bebas dalam logam yang berbeda temperaturnya.
Apabila dua logam A dan B yang berlainan jenisnya disambungkan dan kedua sambungan itu berbeda temperaturnya, maka elektron-elektronnya berdifusi dari logam A ke logam B atau sebaliknya. Kedua sambungan berfungsi sebagai sumber ggl dan jika ada arus listrik dari logam yang satu ke logam lainnya, maka ada tenaga yang dibebaskan atau diabsorbsikan. Perpindahan tenaga ini berbentuk aliran kalor di antara sambungan dan sekelilingnya. Kalor ini disebut kalor Peltier (Jean C.A. Peltier adalah penemu kalor yang mengalir di antara dua sambungan logam yang berbeda jenisnya dan berlainan temperaturnya dan beliau adalah seorang ahli Ilmu Alam bangsa Perancis).
Eksperimen menunjukkan, bahwa kalor Peltier yang dipindahkan pada setiap sambungan berbanding dengan jumlah muatan listrik yang melewati sambungan dan membalik arahnya apabila arus listrik juga membalik arahnya. Jumlah tenaga panas (dalam joule) yang diabsorbsikan atau dibebaskan pada sambungan logam-logam A dan B per jumlah muatan listrik (dalam coulomb) yang dipindahkan disebut ggl Peltier (πAB). Jadi
Ternyata bahwa ggl Peltier (πAB) tidak hanya bergantung pada sifat kedua logam, tetapi juga pada temperatur sambungan dan tidak bergantung pada sambungan lain yang mungkin ada.
Sir William Thomson (Lord Kelvin) menemukan, bahwa kepadatan elektron bebas akan berlainan dari titik ke titik dalam suatu kawat yang ujung-ujungnya mempunyai temperatur yang berbeda. Jadi, setiap bagian dari kawat yang temperaturnya berbeda atau tidak seragam (heterogen) merupakan sumber ggl.
Apabila arus listrik mengalir dalam kawat yang temperaturnya tidak seragam, maka pada semua titik dalam kawat, kalor akan dibebaskan atau diabsorbsikan, dan kalor ini disebut sebagai kalor Thomson. Kalor Thomson sebanding dengan jumlah muatan listrik yang melewati bagian kawat dan sebanding dengan perbedaan temperatur antara ujung-ujung bagian kawat.
Apabila suatu bagian kawat yang pendek (A) mempunyai perbedaan temperatur (dt), maka jumlah kalor yang dibebaskan atau diabsorbsikan (dalam joule) dalam bagian kawat per jumlah muatan listrik yang dipindahkan (dalam coulomb) disebut sebagai ggl Thomson (τA dt). Jadi ggl Thomson dapat dituliskan dalam persamaan berikut.
Jumlah ggl Thomson dalam kawat yang ujung-ujungnya mempunyai temperatur t1 dan t2 adalah:
Eksperimen menunjukkan, bahwa kalor Thomson dapat dibalik dan tergantung dari sifat kawat serta temperatur rata-rata dari bagian kawat yang temperaturnya heterogen.
Pada hakikatnya, ggl Seebeck (εAB) pada termokopel adalah perpaduan dua ggl Peltier dan dua ggl Thomson yang persamaannya biasa disebut sebagai persamaan dasar termokopel yang ditulis sebagai berikut.
dengan t = temperatur sambungan percobaan (test junction) dan tR = temperatur sambungan penunjukan (reference junction) yang dibuat tetap.
Jadi, dapat dinyatakan, bahwa Thermometric Property dari termometer termokopel adalah adanya ggl karena perubahan temperatur, sehingga ε = ε ( T ). Seperti apa bentuk persamaannya ? Adapun skematis termometer termokopel seperti gambar berikut.
Benda yang akan diukur temperaturnya disentuhkan pada sambungan logam I dan logam II dan disebut sebagai sambungan percobaan dengan temperatur t. Andaikan logam I disebut logam A, logam II disebut sebagai logam B, dan logam tembaga disebut sebagai logam C; maka ada tiga sambungan, yaitu: (1) sambungan AB, (2) sambungan BC, dan (3) sambungan CA. Sambungan BC dan sambungan CA ada dalam wadah yang temperaturnya dijaga tetap yang disebut sebagai temperatur acuan atau sambungan penunjukkan dengan temperatur tR. Jika persamaan dasar termokopel diterapkan dalam kasus ini, maka diperoleh persamaan dasar termometer termokopel berikut.
Persamaan diatas berlaku pada termometer termokopel seperti gambar karena ggl Thomson pada logam C (logam tembaga) tidak ada serta sambungan BC dan CA temperaturnya sama, yaitu tR. Dengan demikian, persamaan diatas dapat diubah menjadi persamaan berikut.
Pada hakikatnya persamaan 2.20 merupakan harga ggl termokopel dari logam-logam A dan B saja dengan temperatur sambungan t dan tR, sehingga εABC = εAB = εAC - εBC; apabila temperatur ujung-ujung logam tembaga (logam C) sama.
Jika M adalah suatu logam dan L ialah logam timah hitam, percobaan-percobaan menunjukkan, bahwa ggl termal εML tergantung pada temperatur t dari sambungan percobaan dan tR temperatur acuan. Apabila tR = 00 C, maka harga εML dapat ditulis sebagai berikut.
0 komentar:
Posting Komentar