OSN-2021-02

Termistor PTC (Positive Temperature Coefficient)

OSN · 2021 · Termodinamika

Termistor PTC (positive temperature coefficient) adalah suatu tipe resistor yang resistansinya bertambah secara signifikan di atas suhu tertentu (curie point). Biasanya termistor PTC terbuat dari keramik polikristalin ter-doping, misalnya BaTiO3 (Barium Titanat), yang memiliki sifat ferroelektrik. Termistor PTC memiliki banyak kegunaan, tapi salah satu aplikasi yang sering dijumpai pada saat ini adalah sebagai pemanas yang memiliki karakteristik self-regulalting. Pada soal ini, kita menggunakan permodelan berikut: R (T) = {R_{0}, α (T - T c) R_{0} e T c, untuk T \leq T c, untuk T > T c di mana T c adalah suhu curie, R_{0} adalah resistansi pada suhu normal, dan α adalah suatu koefisien yang bergantung kepada material PTC. Ketika panas, termistor PTC ini mentransfer daya panas ke sekitarnya dalam bentuk: P dis = h A (T - T env ), di mana h adalah koefisien transfer panas, A adalah luas penampang termistor, dan T e n v adalah suhu medium di sekitarnya.

(a)
$Pada keadaan stabil (steady-state), termistor PTC memiliki hubungan suhu-tegangan (T vs. V) seperti pada grafik di bawah. Pada tegangan V A, gradien grafik tersebut berubah secara signifikan dari η_{1} = (d T / d V) V = V A - menjadi η_{2} = (d T / d V) V = V + . Cari nilai η_{1} dan η_{2}, dan nyatakan dalam variabel-variabel R_{0}, h, A, T c, T e n v, dan α! Cari juga A nilai numerik ξ = η_{1} / η_{2} jika diketahui α = 100, T c = 127^{\circ} C, dan T e n v = 27^{\circ} C!$
(b)
$Salah satu keunggulan dari pemanas PTC adalah suhunya yang tidak terlalu bergantung kepada tegangan yang disuplai. Cari perbedaan suhu steady-state Δ T antara tegangan V A dan 2 V A dengan pendekatan Δ T ≪ (T c - T e n v), dan nyatakan dalam T c, T e n v, dan α! Hitung juga nilai numeriknya!$
(c)
$Pemanas PTC ini sekarang kita gunakan untuk mendidihkan air untuk menyeduh teh dan kopi. Anggap elemen PTC memiliki temperatur konstan T c dan terendam sepenuhnya di air, dan ketel/cerek air tidak terosilasi sepenuhnya dan mendisipasikan panas ke sekitar dengan koefisien κ = 1 W K^{- 1} . Berapa luas penampang pemanas PTC minimum? Nyatakan jawaban Anda dalam κ, h, T c, T r, T m, dimana T r adalah suhu ruangan dan T m adalah suhu air mendidih. Hitung juga nilai numeriknya jika diketahui h = 1000 W m^{- 2} K, dan anggap T r = 27^{\circ} C dan T m = 102^{\circ} C untuk mempermudah kalkulasi!$
(d)
$Selain untuk memasak air, termistor PTC ini juga sering dipakai sebagai pembatas arus (current-limiting device). Pada soal ini, anggap α sangat besar sehingga η_{2} sangat kecil dan bisa dianggap nol. Gambarkan grafik arus tegangan (I vs V) pada pembatas arus ini dalam keadaan steady-state! Berapa arus maksimumnya? Nyatakan jawaban Anda dalam R_{0}, h, A, T c, dan T e n v .$

Halaman ini menampilkan pernyataan soal. Gunakan Bank Soal untuk memilih soal lain atau buka AI Tutor untuk membahas soal ini.

Tanya AI tutor Buka pembahasan di LabFisika Bank soal