Kevinesarai - 19110001 - S1 Farmasi A [PDF]

Citation preview

SPEKTRA



Jurnal Kajian Pendidikan Sains



MENENTUKAN TEGANGAN PERMUKAAN ZAT CAIR Eko Juliyanto, Janatur Rofingah)1, Arba Finda Sejati)1, Fatih Nuzulil Hakim)1 1) Program Studi Pendidikan Fisika Universitas Sains AlQuran [email protected]



ABSTRAK Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui cara menentukan tegangan permukaan zat cair dengan metode kenaikan kapiler. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimen. Data yang didapat, akan di analisis dengan menggunakan analisis data kuantitatif dan kualitatif. Metode eksperimen dimana menggunakan pipa kapiler sebagai alat untuk menentukan tegangan permukaan dengan metode kenaikan kapiler. Metode kenaikan kapiler yaitu mengukur tegangan permukaan dengan melihat ketinggian air atau cairan yang naik melalui suatu pipa kapiler.Tiga pipa kapiler dengan jari-jari yang berbeda dimasukkan ke dalam bejana yang berisi zat cair (pipa tidak menyentuh dasar bejana), kemudian zat cair tersebut akan naik melalui pipa sehingga dapat dilihat ketinggian zat cair dalam ketiga pipa tersebut. Analisis tersebut dilakukan dengan tiga massa jenis yang berbeda kemudian didapat nilai tegangan permukaan. Dari hasil percobaan tersebut dapat disimpulkan bahwa, tegangan permukaan zat cair terjadi karena perbedaan resultan gaya tarik molekul yang ada di permukaan zat cair atau karena ada gaya adhesi dan kohesi. Tegangan permukaan zat cair dengan menggunakan variasi jari-jari pipa kapiler dan massa jenis zat cair yang berbeda diperoleh kesalahan mutlak ∆ = 0,906.10-2 N/m dan kesalahan relatif yaitu 12,4% pada massa jenis air. Untuk massa jenis minyak goreng diperoleh kesalahan mutlak yaitu ∆ = 2,965.10-2 N/m dan kesalahan relatif yaitu 54,4%. Untuk massa jenis oli diperoleh kesalahan mutlak yaitu ∆ = 4,949.10-2 N/m dan kesalahan relatif yaitu 27,04%. Kata kunci : Tegangan Permukaan, Pipa Kapiler, Massa Jenis Zat Cair



PENDAHULUAN Ilmu fisika adalah ilmu pengetahuan yang didasarkan pada hasil pengamatan atau observasi mengenai gejala alam dan interaksinya. Bagi sebagian besar seorang pelajar menganggap fisika adalah pelajaran yang cukup sulit, karena sama halnya dengan pelajaran matematika. Di dalam pelajaran fisika kita harus tahu teori dan paham betul rumus-rumus yang telah diberikan oleh guru-guru kita, kalau tidak hafal pastinya kita tidak akan bisa mengerjakan soal dalam bentuk apapun.



Salah satu pokok bahasan dalam pembelajaran fisika adalah menentukan tegangan permukaan zat cair. Tegangan permukaan diartikan sebagai suatu kemampuan atau kecenderungan zat cair untuk selalu menuju ke keadaan yang luas permukaannya lebih kecil yaitu permukaan datar atau bulat seperti bola atau ringkasnya didefinisikan sebagai usaha yang membentuk luas permukaan baru. Banyak metode yang digunakan untuk menentukan tegangan permukaan. Namun, dengan metodemetode yang telah ada banyak pendidik



--- ( 176 ) ---



SPEKTRA



Jurnal Kajian Pendidikan Sains



yang kesulitan untuk memberikan pemahaman kepada siswanya tentang metode tersebut. Begitupula dengan penelitian-penelitian yang telah ada, belum cukup untuk menambah pemahaman siswa kareana penelitian tersebut masih sulit untuk dipraktekkan. Untuk itu, kita perlu menggunakan alat sederhana pada praktikum tegangan permukaan. Dengan menggunakan alat sederhana tersebut, kita dapat menentukan tegangan permukaan dengan menggunakan konsep kapilaritas yaitu peristiwa naik atau turunnya zat cair di dalam pipa kapiler (pipa sempit). Kapilaritas dipengaruhi oleh adanya gaya kohesi dan adhesi antara zat cair dengan dinding kapiler. Namun, dilapangan belum banyak ditemukan alat peraga sederhana untuk menentukan tegangan permukaan zat cair. KAJIAN TEORITIS 1. Definisi Tegangan Permukaan Tegangan dalam permukaan ini adalah gaya persatuan panjang yang harus diberikan sejajar pada permukaan untuk mengimbangi tarikan ke dalam. Gaya ini tegangan permukaan mempunyai satuan dyne/cm dalam satuan cgs. Hal ini analog dengan keadaan yang terjadi bila suatu objek yang menggantung dipinggir jurang pada seutas tali ditarik ke atas oleh seseorang memegang tali tersebut dan berjalan menjauhi seutas tali. Tegangan permukaan zat cair merupakan kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang, sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan elastic. Selain itu, tegangan permukaan juga diartikan sebagai suatu kemampuan atau kecenderungan zat cair untuk selalu menuju ke keadaan yang luas permukaannya lebih kecil yaitu permukaan datar atau bulat seperti bola



atau ringkasnya didefinisikan sebagai usaha yang membentuk luas permukaan baru. Dengan sifat tersebut zat cair mampu untuk menahan benda-benda kecil di permukaannya. Seperti silet, berat silet menyebabkan permukaan zat cair sedikit melengkung ke bawah tampak silet itu berada. Lengkungan itu memperluas permukaan zat cair namun zat cair dengan tegangan permukaannya berusaha mempertahankan luas permukaan-nya sekecil mungkin. Beberapa gejala tegangan permukaan yang sering kita jumpai adalah pada sebuah pipet (penetes obat cair) akan mengeluarkan fluida setetes demi setetes dan tidak mengalir, sebatang jarum yang diletakkan dipermukaan air tidak akan tenggelam dan lalat yang hinggap pada permukaan airpun tidak tenggelam. Tegangan permukaan zat cair pada pipa kapiler dipengaruhi oleh adhesi dan kohesi. Adhesi menyebabkan zat cair yang dekat dengan dinding naik. Sedangkan kohesi menyebabkan zat cair yang ada di tengah ikut naik. Naiknya zat cair dalam pipa diimbangi oleh berat air itu sendiri. Contoh peristiwa yang membuktikan adanya tegangan permukaan, antara lain, peristiwa jarum, silet, penjepit kertas, atau nyamuk yang dapat mengapung di permukaan air, butiran-butiran embun berbentuk bola pada sarang laba-laba, air yang menetes cenderung berbentuk bulat-bulat dan air berbentuk bola di permukaan daun talas (lihat gambar 2.1 dan 2.2)



--- ( 177 ) ---



Gambar 2.1. Seekor serangga yang mengapung di atas permukaan air



SPEKTRA



Jurnal Kajian Pendidikan Sains



tegang. Keadaan ini tegangan permukaan.



dinamakan



1. Macam-macam Metoda yang digunakan dalam Tegangan Permukaan



Gambar 2.2. Penjepit kertas yang mengapung di permukaan air



Q



P



Gambar 2.3 Tegangan Permukaan Tegangan permukaan suatu cairan berhubungan dengan garis gaya tegang yang dimiliki permukaan cairan tersebut. Gaya tegang ini berasal dari gaya tarik kohesi (gaya tarik antara molekul sejenis) molekul-molekul cairan. Gambar 2.3 melukiskan gaya kohesi yang bekerja pada molekul P (di dalam cairan dan molekul Q (di permukaan). Molekul P mengalami gaya kohesi dengan molekul-molekul disekitarnya dari segala arah, sehingga molekul ini berada pada keseimbangan (resultan gaya nol). Namun, molekul Q tidak demikian. Molekul ini hanya mengalami kohesi dari partikel di bawah dan di sampingnya saja. Resultan gaya kohesi pada molekul ini ke arah bawah (tidak nol). Gaya-gaya resultan arah ke bawah akan membuat permukaan cairan sekecil-kecilnya. Akibatnya permukaan cairan menegang seperti selaput yang



Pengukuran tegangan permukaan dapat dilakukan dengan beberapa metode antaralain : a. Metode cincin de-Nouy Cara ini dapat digunakan untuk mengukur tegangan permukaan dan tegangan antar permukaan zat cair. Prinsip kerja alat ini berdasarkan pada kenyataan bahwa gaya yang dibutuhkan untuk melepaskan cincin yang tercelup pada zat cair sebanding dengan tegangan permukaan atau tegangan antar muka. Gaya yang dibutuhkan untuk melepaskan cincin dalam hal ini diberikan oleh kawat torsi yang dinyatakan dalam dyne. b. Metode kenaikan kapiler Ada beberapa metode penentuan tegangan muka diantaranya adalah metode kenaikan pipa kapiler. Metode kenaikan pipa kapiler merupakan metode bila suatu pipa kapiler dimasukkan kedalam cairan yang membasahi dinding maka cairan akan naik kedalam kapiler karena adanya tegangan muka. Kenaikan cairan sampai suhu tinggi tertentu sehingga terjadi keseimbangan antara gaya keatas dan kebawah. Gaya kebawah : F = πr2h ρ g Dimana, h : tinggi muka g : percepatan gravitasi ρ : berat jenis r : jari-jari kapiler Gaya keatas : F’ = 2 πr cos  Dimana :  adalah tegangan muka dan  adalah sudut kontak



--- ( 178 ) ---



SPEKTRA



Jurnal Kajian Pendidikan Sains



Pada kesetimbangan, gaya kebawah sama dengan gauya keatas maka : F’= F 2 πr cos  = πr2h ρ g Untuk air dan kebanyakan organik umumnya  = 0 atau dapat dianggap batas lapisan paralele dengan kapiler, sehingga harga cos  = 1 maka :



=½rhρg 2. Penyebab Terjadinya Tegangan Permukaan Tegangan permukaan terjadi karena permukaan zat cair cenderung untuk menegang, sehingga permukaannya tampak seperti selaput tipis. Hal ini dipengaruhi oleh adanya gaya kohesi antara molekul air. Pada zat cair yang adesiv berlaku bahwa besar gaya kohesinya lebih kecil dari pada gaya adesinya dan pada zat yang nonadesiv berlaku sebaliknya. Salah satu model peralatan yang sering digunakan untuk mengukur tegangan permukaan zat cair adalah pipa kapiler. Salah satu besaran yang berlaku pada sebuah pipa kapiler adalah sudut kontak, yaitu sudut yang dibentuk oleh permukaan zat cair yang dekat dengan dinding. Sudut kontak ini timbul akibat gaya tarikmenarik antara zat yang sama (gaya kohesi) dan gaya tarik-menarik antara molekul zat yang berbeda (adesi). Molekul biasanya saling tarikmenarik. Dibagian dalam cairan, setiap molekul cairan dikelilingi oleh molekulmolekul cairan di samping dan di bawah. Di bagian atas tidak ada molekul cairan lainnya karena molekul cairan tarik-menarik satu dengan yang lainnya, maka terdapat gaya total yang besarnya nol pada molekul yang berada di bagian dalam caian. Sebaliknya molekul cairan yang terletak di permukaan di tarik oleh molekul cairan yang berada di samping



dan bawahnya. Akibatnya, pada permukaan cairan terdapat gaya total yang berarah ke bawah karena adanya gaya total yang arahnya ke bawah, maka cairan yang terletak di permukaan cenderung memperkecil luas permukaannya dengan menyusut sekuat mungkin. Hal ini yang menyebabkan lapisan cairan pada permukaan seolaholah tertutup oleh selaput elastis yang tipis. Martin mengemukaan istilah permukaan biasanya dipakai bila membicarakan suatu antarmuka gas/cair. Walaupun istilah ini akan dipakai dalam penentuan tegangan permukaan. Karena setiap artikel zat, apabila itu bakteri, sel, koloid, granul atau manusia, mepunyai suatu antarmuka pada batas sekelilingnya, maka pada topik ini memang penting. Tegangan permukaan adalah gaya persatuan panjang yang terdapat antarmuka dua fase cair yang tidak bercampur, sedangkan tegangan permukaan adalah gaya persatuan panjang bias juga digambarkan dengan suatu rangka kawat tiga sisi dimana suatu bidang datar bergerak diletakkan. Menurut Kosman, bahwa molekul-molekul zat aktif permukaan (surfaktan) mempunyai gugus polar dan non polar. Bila suatu zat surfaktan didispersikan dalam air pada konsentrasi yang rendah, maka molekul-molekul surfaktan akan terabsorbsi pada permukaan membentuk suatu lapisan monomolekuler. Bagian gugus polar akan mengarah ke udara. Hal ini mengakibatkan turunnya tegangan permukaan air. Pada konsentrasi yang lebih tinggi nolekul-molekul surfaktan masuk ke dalam air membentuk agregat yang dikenal sebagai misel. Konsentrasi pada saat misel ini mulai terbentuk disebut konsentrasi misel kritik (KMK). Pada saat KMK ini dicapai maka tegangan permukaan zat cair tidak banyak lagi dipengaruhi oleh perubahan



--- ( 179 ) ---



SPEKTRA



Jurnal Kajian Pendidikan Sains



konsentrasi misel kritik suatu surfaktan dapat ditentukan dengan metode tegangan permukaan. Cara sederhana untuk menentukan tegangan permukaan adalah dengan menggunakan kawat yang dibengkokkan berbenruk huruf U dan kawat kedua CD dengan panjang l yang dapat digerakkan sepanjang kawat U. 3. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Tegangan Permukaan Faktor-faktor yang mempengaruhi : a. Suhu Tegangan permukaan menurun dengan meningkatnya suhu, karena meningkatnya energy kinetik molekul. Pada umumnya nilai tegangan permukaan zat cair berkurang dengan adanya kenaikan suhu. Perhatikan nilai tegangan permukaan berbagai zat cair pada Tabel 2.1 berikut Tabel 2.1 Nilai Tegangan Permukaan Beberapa Zat Cair. Zat cair



Suhu o



( C)



Tegangan permukaan (N/m)



Raksa



20



0,440



Darah (seluruhnya)



37



0,058



Darah (plasma)



37



0,073



Alkohol



20



0,023



Air



0



0,076



Air



20



0,072



Air



100



0,059



Benzena



20



0,029



Larutan sabun



20



0,025



-193



0,016



Oksigen



b. Zat terlarut (solute) Keberadaan zat terlarut dalam suatu cairan akan mempengaruhi tegangan permukaan. Penambahan zat terlarut akan meningkatkan viskositas larutan, sehingga tegangan permukaan akan bertambah besar. Tetapi apabila zat yang berada dipermukaan cairan membentuk lapisan monomolecular, maka akan menurunkan tegangan permukaan, zat tersebut biasa disebut dengan surfaktan. c. Surfaktan Surfaktan (surface active agents), zat yang dapat mengaktifkan permukaan, karena cenderung untuk terkonsentrasi pada permukaan atau antar muka. Surfaktan mempunyai orientasi yang jelas sehingga cenderung pada rantai lurus. Sabun merupakan salah satu contoh dari surfaktan. d. Jenis Cairan Pada umumnya cairan yang memiliki gaya tarik antara molekulnya besar, seperti air, maka tegangan permukaannya juga besar. Sebaliknya pada cairan seperti bensin karena gaya tarik antara molekulnya kecil, maka tegangan permukaannya juga kecil. e. Konsentrasi Zat Terlarut Konsentrasi zat terlarut (solut) suatu larutan biner mempunyai pengaruh terhadap sifat-sifat larutan termasuk tegangan muka dan adsorbsi pada permukaan larutan. Telah diamati bahwa solut yang ditambahkan kedalam larutan akan menurunkan tegangan muka, karena mempunyai konsentrasi dipermukaan yang lebih besar daripada didalam larutan. Sebaliknya solut yang penambahannya kedalam larutan menaikkan tegangan muka mempunyai konsentrasi dipermukaan yang lebih kecil daripada didalam larutan.



--- ( 180 ) ---



SPEKTRA



Jurnal Kajian Pendidikan Sains



Massa Jenis adalah pengukuran massa setiap satuan volume benda. Semakin tinggi massa jenis suatu benda, maka semakin besar pula massa setiap volumenya. Massa jenis rata-rata setiap benda merupakan total massa dibagi dengan total volumenya. Sebuah benda yang memiliki massa jenis lebih tinggi (misal besi) akan memiliki volume yang lebih rendah daripada benda bermassa sama yang memiliki massa jenis lebih rendah (misalnya air). Massa jenis berfungsi untuk menentukan zat. Setiap zat memiliki massa jenis yang berbeda. Dan satu zat berapapun massanya berapapun volumenya akan memiliki massa jenis yang sama. Rumus untuk menentukan



4. Gejala Kapilaritas Kapilaritas adalah gejala naik atau turunnya zat cair di dalam pipakapiler (pipa sempit). Kapilaritas dipengaruhi oleh adanya gaya kohesi dan adhesi antara zat cair dengan dinding kapiler. Karena dalam pipa kapiler gaya adhesi antara partikel air dan kaca lebih besar daripada gaya kohesi antara partikelpartikel air, maka air akan naik dalam pipa kapiler. Sebaliknya raksa cenderung turun dalam pipa kapiler, jika gaya kohesinya lebih besar daripada gaya adhesinya. Kenaikan atau penurunan zat cair pada pipa kapiler disebabkan oleh adanya tegangan permukaan ( γ ) yang bekerja pada keliling persentuhan zat cair dengan pipa.



massa jenis adalah ρ =



m …(2.1) v



ρ = massa jenis - v = volume m = masssa Satuan massa jenis dalam ‘CGS (centi-gram-sekon)’ adalah : gram per sentimeter kubik (g/cm3). 1 g/cm3 = 1000 kg/m3. dengan :







a











b b. Menentukan Massa Jenis suatu



Gambar 2.4 (a) Jika sudut kontak kurang dari 90°, maka permukaan zat cair dalam pipa kapiler naik (b) jika sudut kontak lebih besar dari 90°, maka permukaan zat cair dalam pipa kapiler turun.



5. Massa Jenis a. Pengertian Massa Jenis Massa jenis dapat diartikan sebagai kerapatan suatu zat, yaitu perbandingan antara massa zat dengan volumenya. Selain itu bahwa pada zat yang sama dengan wujud yang berbeda memiliki massa jenis yang sama, dan pada zat yang berbeda massa jenisnya berbeda pula.



Zat 1) Massa Jenis Zat Padat Ada dua macam bentuk zat padat yaitru beraturan dan tidak beraturan. Karena masing-masing bentuk memiliki karakter yang berbeda maka penentuan massa jenis zat beraturan berbeda dengan penentuan massa jenis zat padat tidak beraturan. a. Massa Jenis Zat Padat Beraturan Massa jenis zat padat beraturan dapat ditentukan dengan memasukkan nilai massa dan volume kedalam rumus massa jenis



--- ( 181 ) ---



yaitu ρ =



m . v



SPEKTRA



Jurnal Kajian Pendidikan Sains



b. Massa jenis Zat Padat tidak Beraturan Penentuan massa jenis zat padat tidak beraturan hempir sama dengan penentuan massa jenis zat padat beraturan. Perbedaannya hanya terletak pada cara menentuka volume zat padat. Volume zat padat beraturan dapat ditentukan dengan menggunakan rumus yang sederhana. 2) Massa jenis Zat Cair Penentuan massa jenis zat cair sangat mudah dilakukan. Dengan menggunakan neraca dan gelas ukur, massa jenis zat cair dapat ditentukan dengan menggunakan hydrometer. 3) Massa Jenis Gas Kita telah mengetahui bahwa gas memiliki volume yang berubahubah sesuai dengan wadahnya karena volume gas dapat berubah maka massa jenisnya juga berubah-ubah. Semakin besar volume suatu gas, massa jenisnya akan semakin kecil. Oleh sebah itu, massa jenis gas selalu diukur pada keadaan tertentu.



Kerangka Berfikir Peneliti melakukan percobaan tentang tegangan permukaan dengan metode kenaikan kapiler, dimana percobaan ini bertujuan untuk mengetahui nilai tegangan permukaan zat cair menggunakan pipa kapiler dengan memvariasikan jari-jari pipa dan massa jenis zat cair tersebut dengan menggunakan rumus  



ghrcos  2



Untuk mendapatkan kevalidan dari percobaan yang telah dilakukan, kami menggunakan analisis varians sehingga diperoleh kesalahan mutlak, kesalahan relatif, dan tingkat ketelitiannya. Sehingga kita dapat



mengetahui valid atau tidaknya percobaan yang telah dilakukan.



METODOLOGI PENELITIAN Penelitian dilakukan di Laboratorium Pendidikan Fisika Fakultas Ilmu Tarbiyah dan Keguruan Universitas Sains Al-Qur’an Jawa Tengah di Wonosobo, jalan raya Kalibeber Km 03 Wonosobo, dari tanggal 21 Desember 2015 s/d 27 Desember 2015. Penelitian ini termasuk penelitian eksperimen. Data yang didapat, akan di analisis dengan menggunakan analisis data kuantitatif dan kualitatif. Rancangan penelitian dalam penelitian ini disusun sesuai dengan variabel-variabel yang diteliti. Alat ini merupakan alat untuk menentukan nilai tegangan permukaan zat cair dengan menggunakan metode kenaikan kapiler. Saat tiga pipa kapiler dengan jari-jari yang berbeda dimasukkan kedalam bejana yang berisi air, maka air akan naik melalui ketiga pipa kapiler tersebut. Semakin kecil jari-jari pipa kapiler maka kenaikan air akan semakin tinggi, begitupula sebaliknya semakin besar jari-jari pipa kapiler maka kenaikan air akan semakin rendah.hal tersebut terjadi karena adanya gaya kohesi (gaya tarik menarik antar molekul sejenis). Selain jari-jari pipa kapiler, massa jenis zat cair juga mempengaruhi kenaikan zar cair dalam pipa. Semakin tinggi viskositas zat cair tersebut, maka semakin renah kenaikan zat cair pada pipa kapiler, sebaliknya semakin rendah viskositas zat cair maka akan semakin tinggi pula kenaikan zat cair tersebut dalam pipa kapiler. Selanjutnya dilakukan analisis statistika rumus varians untuk mendapatkan nilai kesalahan mutlak tegangan permukaan yang berasal dari jari-jari pipa kapiler dan massa jenis zat cair yang berbeda.



--- ( 182 ) ---



SPEKTRA



Rumus



Jurnal Kajian Pendidikan Sains



menentukan



kesalahan



mutlaknya adalah ∆ =



 d 2 dan n(n - 1)



dihitung kesalahan relatifnya sehingga didapat berapa % kesalahan relatif tegangan permukaannya. Apabila kesalahan relatif >10 % maka hasil percobaannya tidak valid begitu pula



sebaliknya apabila kesalahan relatif < 10 % maka hasil percobaannya valid. Nilai kesalahan relatif dapat dicari dengan mengunakan rumus KR =  x 100%, dan rumus tingkat  tabel ketelitian TK = 100% – KR. HASIL PENELITIAN PEMBAHASAN



1. Analisis nilai tegangan permukaan zat cair berdasarkan variasi jari-jari pipa kapiler dan massa jenis (air) yang digunakan. Tabel 4.1 Analisis nilai tegangan permukaan zat cair berdasarkan jarijari pipa kapiler dan massa jenis (air)yang digunakan. Pipa r (m) h (m) ρ g  (N/m) (kg/m3) (m/s2) 125 × 10-5 0,01 -5



2. Analisis nilai tegangan permukaan zat cair berdasarkan variasi jari-jari pipa kapiler dan massa jenis (minyak goreng) yang digunakan. Tabel 4.2 Analisis nilai tegangan permukaan zat cair berdasarkan variasi jari-jari pipa kapiler dan massa jenis (minyak goreng) yang digunakan Pipa r (m) h (m) ρm g  (N/m) (kg/m3) (m/s2) 1 125 × 10-5 0,004 820 9,8 0,02009 2 175 × 10-5 0,0015 820 9,8 0,01055 3 200 × 10-5 0,001 820 9,8 0,00804



Berdasarkan tabel diatas, semakin besar jari-jari pipa kapiler, maka kenaikan zat cair dalam pipa akan semakin rendah. Jadi, nilai tegangan permukaan pada minyak goreng akan semakin kecil.



DAN



Percobaan menentukan tegangan permukaan dengan metode kenaikan pipa kapiler menggunakan variasi jarijari pipa (125 × 10-5 m, 175 × 10-5 m, dan 200 × 10-5 m) dan variasi massa jenis zat cair (air ρ=1000kg/m3, minyak goreng ρ=820 kg/m3, dan oli ρ=880 kg/m3)



1



akan semakin rendah. Jadi, nilai tegangan permukaan pada air akan semakin kecil



1000



9,8



0,06125



2



175 × 10



0,007



1000



9,8



0,060025



3



200 × 10-5 0,006



1000



9,8



0,0588



Berdasarkan tabel diatas, semakin besar jari-jari pipa kapiler, maka kenaikan zat cair dalam pipa



3. Analisis nilai tegangan permukaan zat cair berdasarkan variasi jari-jari pipa kapiler dan massa jenis (oli) yang digunakan. Tabel 4.3 Analisis nilai tegangan permukaan zat cair berdasarkan variasi jari-jari pipa kapiler dan massa jenis (oli) yang digunakan. Pipa r (m) h (m) ρ oli g  (N/m) (kg/m3) (m/s2) 1



125 × 10-5 0,003



880



9,8



0,01617



2



175 × 10



-5



0,0015



880



9,8



0,01132



3



200 × 10-5 0,001



880



9,8



0,00862



Berdasarkan tabel diatas, semakin besar jari-jari pipa kapiler, maka kenaikan zat cair dalam pipa akan semakin rendah. Jadi, nilai tegangan permukaan pada oli akan semakin kecil Pada analisis kualitatif, berdasarkan data percobaan pada tabel diatas dilakukan perhitungan dengan menggunakan analisis statistika rumus



--- ( 183 ) ---



SPEKTRA



Jurnal Kajian Pendidikan Sains



varians untuk menentukan kesalahan mutlak, kesalahan relatif dalam membandingkan nilai tegangan permukaan tabel dan perhitungan sebagai berikut. Pada perhitungan tegangan permukaan untuk air dan kebanyakan organik umumnya  = 0 atau dapat dianggap batas lapisan paralele dengan kapiler sehingga harga cos  = 1 maka: =½rhρg



∑



1



2



3



∑



125.10 -5



175.10 -5



200.10 -5



500.10 -5



hitung (N/m)



tabel (N/m)



1.10-2 6,125.10-2



7,28.10-2 11,55.10-3



7.10-3 6,0025.10-2



7,28.10-2 12,78.10-3



6.10



-3



5,88.10



-2



7,28.10



-2



14.10



-3



23.10-3 18,0075.10-2 21,84.10-2 38,33.10-3



6,5.10-3



3,868.10-2 16,35.10-2



16,67.10-4



1,083. 10-3



1,289.10-2



No



5



16,33.10-



r (m)



1



125.10-5



2



175.10-5



3



200.10-5



∑



500.10-5



5



-5



49,27.105



16,67.10-4 16,67. 7,67. 6,0025.10-2 10-4 10-3



-



7,28.10-2



12,77. 10 16,42. 10 2



5,45.10-2 46,46.10-3



500.10-5



13,34.10-



19,6.10



0,804.10-2



21,59.10 -4



124,82.10- 52,75.10 3



-5



5,45.10-2 31,22. 10-2 17,58.10 -5



Table 4.6 Perhitungan Tegangan Permukaan yang dihasilkan dengan variasi jari-jari pipa kapiler dan massa jenis oli.



δ2



|δ|=h-t



1.10-3



Pada percobaan dengan menggunakan zat cair (berupa minyak goreng) dihasilkan tegangan permukaan sebesar 1 0,02009 N/m, 2 0,01055 N/m, 3 0,00804 N/m, sehingga diperoleh kesalahan relatif 54,4% dan tingkat ketelitian yang dihasilkan 45,6%.



Table 4.4 Perhitungan Tegangan Permukaan yang dihasilkan dengan variasi jari-jari pipa kapiler dan massa jenis air. No r (m) h (m)



200.10-5



3



5



Pada percobaan dengan menggunakan zat cair (berupa air) dihasilkan tegangan permukaan sebesar 1 0,06125 N/m, 2 0,060025 N/m, 3 0,0588 N/m, sehingga diperoleh kesalahan relatif 12,4 % dan tingkat ketelitian yang dihasilkan 87,6%.



-



Pada percobaan dengan menggunakan zat cair (berupa oli) dihasilkan tegangan permukaan sebesar 1 0,01617 N/m, 2 0,01132 N/m, 3 0,00862 N/m, sehingga diperoleh kesalahan relatif 27,04% dan tingkat ketelitian yang dihasilkan 72,96%.



Tabel 4.5 Perhitungan Tegangan Permukaan yang dihasilkan dengan variasi jari-jari pipa kapiler dan massa jenis minyak goreng.



No



r (m)



h (m)



hitung (N/m)



tabel |δ|=h-t (N/m)



δ2



1



125.10-5



4.10-3



2,009.10-2



5,45.10-2 34,41.10-3



11,84.10



2



175.10-5



1,5.10-3



1,055.10-2



5,45.10-2 43,95.10-3



19,32.10



hitung tabel |δ|=h-t δ2 (N/m) (N/m) 1,617.1 1,83.10 0,45369.10 3.10-3 2,13.10-3 -2 -5 0-2 1,132.1 1,83.10 4,872.101,5.10-3 6,98.10-3 -2 -2 5 0 0,862.1 1,83.10 9,3702.1 1.10-3 9,68.10-3 -2 0-2 0-5 3,611.1 10,98.1 14,6969.10 5,5.10-3 18,79.10-3 -5 0-2 0-2 1,83. 0,602.1 3,66.10 -2 4,899. 6,26. 10 -2 10-3 0-2 10-5 h (m)



-4



-4



--- ( 184 ) ---



SPEKTRA



Jurnal Kajian Pendidikan Sains



KESIMPULAN DAN REKOMENDASI Kesimpulan Sesuai dengan tujuan penelitian, hasil penelitian, dan pembahasan pada bab sebelumnya. Dari hasil analisis data percobaan dapat disimpulkan bahwa : 1. Tegangan permukaan suatu zat cair terjadi karena perbedaan resultan gaya tarik molekul yang ada di permukaan zat cair atau karena ada gaya kohesi dan adhesi. Dalam hal ini gaya adhesi antara partikel air dan kaca lebih besar dari pada gaya kohesi antara partikel-partikel air, maka air akan naik dalam pipa kapiler 2. Tegangan permukaan zat cair dengan menggunakan variasi jari-jari pipa kapiler dan massa jenis zat cair yang berbeda diperoleh kesalahan mutlak 0,906.10-2 N/m dengan KR 12,4% dan TK 87,6%. Kesalahan mutlak pada zat cair (minyak goreng) sebesar 2,965.10-2 N/m dengan KR 54,4% dan TK 45,6%. Kesalahan mutlak pada zat cair (oli) sebesar 4,949.10-3 N/m dengan KR 27,04% dan TK 72,96%. Ketiga percobaan tersebut diperoleh kesalahan relative >10%, oleh karena itu percobaan dinyatakan tidak valid. Penyebab percobaan tidak valid yaitu saat percobaan dilakukan, faktor-faktor yang mempengaruhi tegangan permukaan yaitu suhu, zat terlarut, surfaktan, jenis cairan dan konsentrasi zat terlarut tidak di ukur satu persatu secara rinci.



Saran 1. Sebelum melaksanakan percobaan dengan menggunakan alat peraga maka perlu dipahami terlebih dahulu cara kerja alat tersebut. 2. Sebaiknya ketika melakukan percobaan tegangan permukaan



3.



4.



5.



6.



7.



hendaknya memperhatikan ketelitian dalam pengukuran. Sebelum melakukan percobaan, hendaknya peneliti mengecek kembali alat dan bahan yang akan digunakan agar tidak terjadi kegagalan dalam penelitian. Sebaiknya dalam melakukan perhitungan analisis data, hendaknya peneliti mengulang kembali perhitungannya agar tidak terjadi kesalahan dalam perhitungan. Untuk Mahasiswa, sebelum membuat alat laboratorium fisika, perlu diperhatikan bagaimana fungsi dan manfaat alat yang akan dibuat dalam kehidupan sehari-hari dan teliti dalam melakukan percobaan dari alat yang dibuat. Untuk pembuatan alat, sebaiknya ditambah variasi yang lebih banyak pada data, agar terdapat banyak perbedaan yang dapat dianalisis. Untuk dosen pembimbing diharapkan lebih intensif dalam pembimbingan Laboratorium Fisika ini agar hasilnya lebih maksimal.



DAFTAR PUSTAKA Dina



Piaroh. 2012. Percobaan Pengukuran Konstanta Pegas. http://piarohdina.blogspot.co.id/2 012/11/laporan-fisika-percobaanpengukuran.html



Finda Arba Sejati. 2014. Laporan Praktikum Fisika Dasar II. Wonosobo : FITK FISIKA UNSIQ Ishaq Mohammad. 2007. Fisika Dasar Edisi 2. Yogyakarta : Graha Ilmu Naga S Dali. 1995. Mekanika Teoritik Titik Zat dan Benda Tegar. Jakarta : Penerbit Gunadarma



--- ( 185 ) ---



SPEKTRA



Jurnal Kajian Pendidikan Sains



Novarina Ina. 2014. Tegangan Permukaan. http://inanovarina.blogspot.co.id /2014/12/teganganpermukaan.html



Siswanto dan Sukaryadi. 2009. Kompetensi Fisika untuk SMA/MA Kelas IX. Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional



Nurachmandani Setya. 2009. Fisika Untuk SMA/MA kelas IX. Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional



Wahyu Dewi. 2016 Penentuan Tegangan Permukaan Cairan dengan Metode Kapilaritas. http://dewiwahyumaterifarmasikit a.blogspot.co.id/



Sendana Endra. 2014. Penentuan Tegangan Permukaan. http://ndrasendana.blogspot.co.id/ 2014/10/penentuan-tegangan permukaan.html



Wikipedia. http://id.wikipedia.org/wiki/Massa _jenis.html



--- ( 186 ) ---



PENENTUAN KUALITAS SABUN CUCI MELALUI TEGANGAN PERMUKAAN BERBANTUAN TRACKING DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE LOGGER PRO KEVINE SARAI 19110001 S1 FARMASI (A) SEMESTER 2



I. PENDAHULUAN • Tegangan Permukaan merupakan sebuah fenomena pada fluida yang mengakibatkan suatu kecenderungan sebuah fluida untuk menegang sehingga permukaannya tampak seperti tertutup sebuah membran elastis • Kemampuan zat cair yang ingin selalu meregang mengakibatkan permukaan terlihat seperti diselimuti oleh sebuah selaput yang elastis • Hal ini disebabkan adanya gaya tarik-menarik antar partikel sejenis didalam zat cair sampai ke permukaan. Di dalam cairan, tiap molekul ditarik oleh molekul lain yang sejenis di dekatnya dengan gaya yang sama ke segala arah. Akibatnya tidak terdapat sisa (resultan) gaya yang bekerja pada masing-masing molekul



II. LANDASAN TEORI A.



Tegangan permukaan Tegangan permukaan merupakan ungkapan gaya persatuan panjang yang bekerja pada arah tegak lurus terhadap sembarang garis atau irisan yang bekerja pada permukaan cairan yang cenderung menarik permukaan cairan untuk menutup (a)



(b)



(c)



Gambar 1. (a) gaya tegangan permukaan ; (b) analisis gaya tegangan permukaan ;(c) vektor gaya dua bentuk komponen γ sin θ dan γ cos θ Gambar 1a mengilustrasikan tegangan permukaan zat cair yang didalamnya terdapat gaya kohesi dan adhesi yang saling beinteraksi yang dijabarkan sebagai berikut:



Fkohesi = mg = Vg = r 2 hg



• Sedangkan untuk gaya adhesi berada pada komponen vertikal dengan tegangan permukaan γ



cos θ



seperti pada gambar (1c).



Fadhesi = 2r cos 



•



θ sudut kontak dan terjadi kesetimbangan



Fadhesi = Fkohesi



sehingga :



r 2 hg = 2r cos  Sehingga diperoleh pesamaan tegangan permukaan menjadi:







=



rh g 2 cos 



dengan: γ = tegangan permukaan (Nm-1) θ = sudut kontak ρ = massa jenis (kg/m3) g = percepatan gravitasi (m/s2) r = jari-jari lubang pipa (m) h = ketinggian kenaikan permukaan cairan dalam pipa (m)



atau



penurunan



Tegangan permukaan terjadi karena permukaan zat cair cenderung untuk menegang, sehingga permukaannya tampak seperti selaput tipis. Hal ini dipengaruhi oleh adanya gaya kohesi antara molekul air. Pada zat cair yang adesiv berlaku bahwa besar gaya kohesinya lebih kecil dari pada gaya adesinya dan pada zat yang non adesiv berlaku sebaliknya. Salah satu model peralatan yang sering digunakan untuk mengukur tegangan permukaan zat cair adalah pipa kapiler.



B.



Software logger pro



Logger Pro merupakan suatu program yang dapat digunakan untuk mengupulkan data dan menganalisi data yangdiperoleh dari interface pendukung seperti vernier lab quest. Lab quest mini dan data manual yang dimasukkan melalui keyboard, dipindahkan dari clipboard yang tersimpan di komputer. Logger pro merupakan program yang memberikan sebuah kemudahan dalam proses menganalisis dan mengumpulkan data secara cepat dan mudah. Software ini mempunyai keunggulan yang mampu manganalisis data seperti regresu linear, kurva, fitting data dll.



Perangkat lunak logger pro juga merupakan media yang efektif dalam mempelajari sains. Dengan menggunakan software logger pro dapat mempermudah untuk mempelajari fungsi simbol, grafik dan lainnya. Dengan



menggunakan media ini, itu akan menghemat waktu dan uang dan membuat belajar menjadi lebih efektif. Teknologi analisis video mengubah cara mengajar dan belajar matematika dan sains logger pro sekarang menjadi bagian dari connected science system . Hal ini menjadikan sofware ini dapat berbagi data secara nirkabel dari logger pro ke iPad, tablet android, sebagian besar



smartphone, dan bahkan komputer lainnya .



C.



Detergent Detergen adalah campuran berbagai bahan, yang digunakan untuk membantu pembersihan dan terbuat dari bahan-bahan turunan minyak bumi. Dibanding dengan sabun, detergen mempunyai keunggulan antara lain mempunyai daya cuci yang lebih baik serta tidak terpengaruh oleh kesadahan air. Detergen memiliki beberapa surfakan seperti yang di tampilan pada Tabel 1.



Tabel 1. Jenis detergen dan komposisi unsur No



Jenis detergen



Komposisi dan unsur



1



Soklin detergen



20% sodium akilbenzena surfonate



2



Jazz1



17% sodium akilbenzena surfonate



3



All in one



21% sodium akilbenzena surfonate



4



Attack



19% surfaktan utama, 40% natrium karbonat, enzim dan 5% pelembut



5



Rinso



20% natrium karbonat dan 16% surfaktan utama



III. METODE PENELITIAN • Alat dan Bahan Alat dan bahan yang di gunakan yaitu gelas, pegaduk, pipakaca, 1 set statif, kamera cannon, software logger pro, sabun cuci dan air • Prosedur eksperimen Prosedur eksperimen pada penelitian ini di mulai dari: • Tahap persiapan, tahap persiapan meliputi mengaktifkan software logger pro pada komputer, memasang lensa macro pada kamera melarutkan sabun detergen menggunakan air, merangkai alat seperti



Gambar 2. mengukur diameter luar dari pipa kapiler, mengukur massa dan volume dai larutan yang digunakanuntuk memperoleh nilai massa jenis larutan, memasukkan pipa kapiler kedalam air, kemudian diangkat dengan mensisahkan sedikit bagian pipa dibawah permukaan, merekam bentuk permukaan air didalam pipa kapiler dengan menggunakan kamera



• Teknik tracking Tahapan teknik tracking yaitu mengaktifkan software logger pro, mengklik tombol insert, kemudian pada kotak dialog dipilih insert picture with analysis, menentukan tombol set scale untuk menentukan skala gambar, mengkilik photo distance, mengklik tombol set origin, mengklik tombol add point dilanjutkan dengan mulai merunut tampilan bentuk permukaan air dengan cara klik berulang ulang dari ujung paling kanan kiri permukaan air sampai ujung paling kanan mengikuti pola yang terbentuk oleh permukaan air , sehingga terbentuk deretan titik panjang pola permukaan air, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.



Gambar 2. Desain rangkaian penelitian Keterangan gambar : 1. Pipa kapiler 2. Mistar 3. Klem penjepit 4. Statif 5. Air/larutan sabun 6. Kamera



Gambar 3. Hasil tracking tegangan permukaan air dengan menggunakan software logger pro



•



Menentukan sudut kontak



Penentuan sudut kontak dilakukan sebegai berikut: menyususn persamaan kuadrat dengan memasukkan koefisien dan konstanta yang diperoleh dari proses fitting data dengan persamaan :



y = Ax 2 + Bx + C menurunkan persamaan menjadi :



y' =



dy = m = 2 Ax + B dx



• Menentukan tegangan permukaan Persamaan yang digunakan untuk menentukan tegangan permukaan menggunakan persamaan



dengan m adalah gradien garis singgung pada titik x, memasukkan nilai xyang paling kanan dari data hasil tracking permukaan. Gradien garis singgung m merupakan perbandingan dari dy/dx yang merupaka nilai dari tan α, sehingga besar sudut α dapat dicari dengan menggunakan tangen dari , sudut kontak (θ) dapat dicari dengan mengunakan persaman θ=90̊ - α dengan θ adalah sudut kontak dan α adalah sudut kemiringan garis singgung seperti yang di tampilkan pada Gambar 4.



Gambar 4. Sudut kontak



IV. HASIL DAN PEMBAHASAN • Pada praktikum ini percobaan yang dilakukan adalah penentuan tegangan permukaan dengan metode kenaikan kapiler. Suatu cairan yang berada di sebuah gelas piala akan naik melalui pipa kapiler sampai ketinggian tertentu yang disebabkan karena adanya gaya adhesi antara molekul cairan dan dinding kapiler yang lebih besar daripada gaya kohesi antara molekul-molekul cairan seperti air. Molekul-molekul tersbut membentuk pola interaksi yang sangat kuat sehingga diperlukan sebuah bahan untuk mengurangi interaksi tersebut. Salah satu bahan tersebut yaitu detergen. Berikut data nilai hasil pengukuran tegangan permukaan berbagai merek detergen seperti yang ditampilkan oleh Tabel .



Tabel 2. Massa jenis, sudut kontak dan tegangan permukaan Sabun



ρ (kg/m3)



γ (N.m-1)



θ



All In One



0.058



41.7



0.054



Jazz1



0.058



43.0



0.056



Attack



0.058



47.2



0.058



Soklin Detergen



0.058



46.3



0.063



Rinso



0.058



48.5



0.064



Dari Tabel 1 terlihat bahwa nilai tegangan permukaan terendah dimiliki oleh merek sabun All in one sebesar 0.054 Nm-1 dan nilai tegangan permukaan tertinggi yaitu terdapat pada merek sabun rinso yaitu sebesar 0.064 Nm-1. Hal ini dikarenakan detergent mengandung zat surfaktan



dapat menggurangi tegangan permukaan air . Dengan menambahkan detergent atau sabun ke dalam air dapat mengurangi gaya interaksi antar molekul air . Molekul molekul bergerak ke dalam cairan dengan konsentrasi yang lebih tinggi ke dalam molekul zat terlarut yang mengakibatkan tegangan permukaan menjadi berkurang Seperti penelitian yang dilakukan oleh Aryono mengenai penentuan nilai tegangan permukaan antara air dan sabun dengan variasi suhu diperoleh nilai tegangan permukaan sabun berkisar antara 0.053 Nm-1 sampai dengan 0.067 Nm-1. Hal ini tidaklah jauh berbeda dengan hasil analisis yang peroleh seperti yang di tampilkan pada Tabel 2. Beberapa perbedaan kemungkinan besar diakibatkan oleh jenis pipa kapiler yang digunakan, ukuran diameter pipa kapiler, kenaikan cairan dan jenis merek sabun yang digunakan. Nilai tegangan permukaan larutan detergen yang berbeda dikarenakan setiap deterjen memiliki nilai surfaktan yang berbeda-beda seperti sabun all ini one menggunakan surfaktan sodium alkilbenzena sulfanate yang lebih banyak seperti yang di tampilkan pada Tabel 1 yang mempunyai kemampuan untuk menurunkan tegangan permukaan. Berdasarkan beberapa referensi menyatakan bahwa semakin rendah nilai tegangan permukaan larutan detergen maka semakin baik larutan detergen tersebut dalam membersihkan atau kemampuan daya permbersihnya semakin tinggi.



V. KESIMPULAN • Berdasarkan uraian pembahasan diatas telah diperoleh nilai tegangan permukaan berbagai jenis merek sabun cuci yaitu sabun all in one nilai tegangan permukaan 0.054 Nm-1, jazz1 0.056 Nm-1, attack 0.058 Nm-1, soklin detergen 0.063 Nm-1, dan rinso 0.064 Nm-1. Sabun all in one memiliki nilai tegangan permukaan yang kecil (γ) sehingga mempunyai kemampuan untuk membersihkan lebih baik dibandingkan dengan merek sabun cuci lainnya.



VII. DAFTAR PUSTAKA • R. Widya, Penggunaan teknik tracking pada perangkat lunak logger pro untuk menentukan tegangan permukaan pada variasi suhu. Skripsi, Universitas Ahmad Dahlan Yogyakarta, 2012. • T. Karbowiak, E. Debeaufort and A.Voilley, Importance of surface tension characterization for food, pharmaceutical and packaging products: a review, Critical Reviews in Food Science and Nutrition, vol. 5, no. 45, 2013, pp. 391–407. • T. C. Kaufman, A. Angel and R.V.Remigy, A novel method for detergent concentration determination, Biophysical Journal, vol. 90, 2006, pp. 310-315. •



Bhagya, To study the effect of detergent on surface tension of water by observing capilary rise, 2016. Website: http://www.learncbse.in/to-study-the-effectof-detergent-on-surface-tension-of-water-by-observing-capillary-rise/, diakses tanggal 27 Mei 2018.



•



Anonymous, Detergents, soaps and surface tension, 2018. Website:http://www.rsc.org/learnchemistry/resource/res00001719/detergents-soaps-andsurface-tension?cmpid =CMP00 005233, diakses tanggal 1 Juli 2018.