Apa itu Efek Seebeck?
Efek Seebeck adalah sebuah fenomena di mana perbedaan suhu antara dua konduktor listrik atau semikonduktor yang berbeda menghasilkan perbedaan tegangan listrik di antara keduanya.
Ketika panas diberikan ke salah satu konduktor atau semikonduktor tersebut, elektron yang menerima panas akan mengalir menuju material yang lebih dingin. Kalau keduanya dihubungkan dalam satu rangkaian listrik, maka arus searah (DC) akan mengalir melalui rangkaian itu.
Efek Seebeck: Temuan Utama
Efek Seebeck merujuk pada pembentukan potensial listrik yang terjadi karena adanya perbedaan suhu di antara berbagai konduktor atau semikonduktor.
Beberapa hal penting terkait efek ini antara lain:
- Tegangan yang dihasilkan biasanya sangat kecil, hanya beberapa mikrovolt (sejuta volt) per satu kelvin perbedaan suhu di sambungan konduktor atau semikonduktor.
- Kalau perbedaan suhunya cukup besar, beberapa perangkat berbasis efek Seebeck bisa menghasilkan beberapa milivolt (seperseribu volt).
- Beberapa perangkat bisa disusun seri untuk meningkatkan tegangan output, atau paralel untuk memperbesar arus maksimum yang dapat disuplai.
- Susunan besar dari perangkat ini dapat menghasilkan tenaga listrik kecil yang berguna, selama perbedaan suhu di antara sambungan tetap dijaga.
Penjelasan Efek Seebeck
Pada tahun 1821, fisikawan Jerman, Thomas Seebeck, menemukan bahwa ketika dua kawat dari logam berbeda dihubungkan di kedua ujungnya membentuk loop, dan kedua sambungan tersebut diberi suhu berbeda, maka akan timbul tegangan listrik di dalam rangkaian itu. Fenomena ini kemudian dinamakan Efek Seebeck.
Saat salah satu logam dipanaskan, elektron-elektron valensinya bergerak ke logam yang lebih dingin. Ini terjadi karena elektron cenderung berpindah ke area dengan energi (panas) yang lebih rendah. Kalau keduanya terhubung dalam rangkaian listrik, maka arus DC akan mengalir.
Namun, tegangan yang dihasilkan biasanya hanya beberapa mikrovolt per kelvin perbedaan suhu. Energi panas terus mengalir dari logam panas ke logam dingin sampai tercapai keseimbangan suhu.
Efek Seebeck ini bersifat reversibel. Artinya, kalau kita tukar posisi sambungan panas dan dingin, arah aliran elektron dan arus DC-nya juga akan berubah.
Efek Seebeck dan Termokopel
Pasangan kawat logam yang membentuk rangkaian listrik ini dikenal sebagai termokopel. Dalam skala lebih besar, berkat efek Seebeck, termokopel banyak dipakai untuk mengukur perbedaan suhu secara kasar. Termokopel juga digunakan untuk menggerakkan sakelar elektronik yang bisa menghidupkan atau mematikan sistem besar, seperti dalam teknologi pendingin termoelektrik.
Dalam eksperimennya, Seebeck menggunakan tembaga dan bismut. Beberapa kombinasi logam termokopel lain yang umum saat ini di antaranya:
- constantan dan tembaga
- constantan dan besi
- constantan dan chromel
- constantan dan alumel
Aplikasi Efek Seebeck
Efek Seebeck punya banyak aplikasi. Selain digunakan dalam termokopel untuk mengukur perbedaan suhu, fenomena ini juga diterapkan dalam berbagai bidang seperti:
- termopil (kumpulan termokopel yang disusun seri);
- generator termoelektrik yang berfungsi sebagai mesin panas;
- pembangkit listrik untuk mengubah panas buangan jadi tenaga tambahan;
- otomotif, dalam bentuk generator termoelektrik untuk meningkatkan efisiensi bahan bakar;
- sensor daya listrik frekuensi tinggi;
- pengujian degradasi material dan tingkat radiasi berbasis suhu;
- pengaktifan alarm atau sakelar keamanan otomatis.
Spin Seebeck Effect
Pada tahun 2008, para fisikawan menemukan Spin Seebeck Effect (SSE). Efek ini terjadi ketika perbedaan suhu dalam material feromagnet menghasilkan tegangan spin. Tegangan ini memungkinkan injeksi arus spin dari feromagnet ke logam non-magnetik dalam skala makroskopik hingga beberapa milimeter.
Dalam SSE, saat panas diberikan ke logam bermagnet, elektron-elektron akan mengatur diri sesuai arah spin-nya. Uniknya, tidak ada panas limbah yang dihasilkan dari proses ini.
Efek ini berpotensi menghasilkan microchip atau sakelar yang lebih kecil, lebih cepat, dan lebih hemat energi, termasuk untuk teknologi spintronics.
Perbandingan Efek Seebeck dan Efek Peltier
Pada tahun 1834, seorang pembuat jam asal Prancis, Jean Peltier, menemukan efek termoelektrik lain yang dinamakan Efek Peltier. Ia mengamati bahwa ketika arus listrik mengalir melalui sambungan dua logam berbeda, panas bisa diserap atau dilepaskan di sambungan itu, tergantung jenis logam dan arah arusnya.
Efek Seebeck dan Peltier sama-sama melibatkan rangkaian logam berbeda, panas, dan listrik, serta keduanya bersifat reversibel. Tapi ada perbedaan penting:
Efek Seebeck muncul karena perbedaan suhu di antara ujung-ujung termokopel, menghasilkan aliran listrik dari logam panas ke logam dingin.
Sementara itu, pada Efek Peltier, perbedaan suhu tercipta karena adanya aliran arus listrik di antara terminal-terminal. Misalnya, dalam termokopel tembaga-constantan, jika arus mengalir dari tembaga (+) ke constantan (-), maka panas akan diserap. Sebaliknya, jika arah arus dibalik (constantan ke tembaga), maka panas akan dilepaskan.