Dampak Medan Elektrik Berpulsa Tegangan Tinggi Terhadap Membran Selluler

DAMPAK MEDAN ELEKTRIK BERPULSA

TEGANGAN TINGGI TERHADAP MEMBRAN SELLULER

DISERTASI

Oleh

KERISTA TARIGAN

058103004

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

DAMPAK MEDAN ELEKTRIK BERPULSA TEGANGAN

TINGGI TERHADAP MEMBRAN SELLULER

DISERTASI

Diajukansebagai salah satu syarat untuk memperoleh Gelar Doktor dalam Program Studi Kimia, Konsentrasi Fisikokimia pada

Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara

Oleh

KERISTA TARIGAN

058103004

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Judul Disertasi : DAMPAK MEDAN ELEKTRIK BERPULSA TEGANGAN TINGGI TERHADAP MEMBRAN SELLULER

Nama Mahasiswa : Kerista Tarigan

Nomor Pokok : 058103004

Program Studi : Doktor (S3) Kimia, Konsentrasi Fisikokimia

Menyetujui Komisi Pembimbing

(Prof. Basuki Wirjosentono, MS., Ph.D) Ketua

(Prof. Dr. Timbangen Sembiring, MSc.) (Prof. Dr. Herman Mawengkang) Anggota Anggota

Ketua Program Studi, Direktur,

(Prof. Basuki Wirjosentono, MS., Ph.D) (Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa, MSc.)

PROMOTOR

Prof. Basuki Wirjosentono, MS., Ph.D

Guru Besar Tetap Ilmu Kimia Polimer Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sumatera Utara

Co. PROMOTOR

Prof. Dr. Timbangen Sembiring, MSc.

Guru Besar Tetap Ilmu Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Co. PROMOTOR

Prof. Dr. Herman Mawengkang

Guru Besar Tetap Ilmu Matematika

TIM PNGUJI

Ketua : Profesor Basuki Wirjosentono, MS., Ph.D

Anggota : Profesor Dr. Timbangen Sembiring, MSc.

: Profesor Dr. Herman Mawengkang

: Profesor Dr. Ir. A. Rahim Matondang, MSIE

PERNYATAAN ORISINILITAS

Disertasi ini adalah hasil karya penulis sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah penulis nyatakan dengan benar.

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademik Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan dibawah ini:

Nama : Kerista Tarigan NIM : 058103004

Program Studi : Ilmu Kimia, Konsentrasi Fisikokimia Jenis Karya : Disertasi

demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-eksklusif ( Non- exclusive Royalty Free Right) atas disertasi saya yang berjudul:

DAMPAK MEDAN ELEKTRIK BERPULSA TEGANGAN TINGGI TERHADAP MEMBRAN SELLULER

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Non-eksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media/formatkan, mengelola dalam bentuk database, merawat dan mempublikasikan disertasi saya tanpa izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemilik hak cipta.

Demikianlah pernyataan ini saya perbuat dengan sebenarnya.

Dibuat di : Medan

Pada tanggal : Mei 2009

Yang menyatakan,

Abstrak

Penelitian ini menggunakan sphere gap, sebagai penyalur muatan elektrik, untuk menggantikan transistor yang mahal harganya dengan tujuan untuk membuat suatu pembangkit Medan Elektrik Berpulsa Tegangan Tinggi (MEBTT) dan untuk menyelidiki dampak MEBTT tersebut terhadap membran sel saraf Nematoda sebagai lipid bilayer. Berdasarkan hasil pengujian, tegangan operasional sphere gap pada kondisi frikuensi, f = 20 kHz, diameter elektroda bola standard, D = 5 cm dan jarak ke-dua elektroda bola, S = 0,5 cm, adalah rata-rata sebesar 18,50 kV, toleransi 5,95 %. Sedangkan efisiensi pembangkit MEBTT adalah 81,70 %, toleransi 2,5 %.

Kemudian, dampak dari penerapan metoda MEBTT terhadap lipid bilayer pada intensitas medan elektrik, E sebesar 37,33 kV/cm atau potensial transmembran 1,40 V. Pada kondisi tegangan elektroda Velek sebesar 6,70 kV (toleransi 8,06 %), sudut = 30°, dan dc =0,5μm telah terjadi kerusakan dan diperoleh penurunan kekuatan lipid bilayer, dielektrik membran, mencapai 10 kali dari nilai normalnya. Dengan demikian, molekul protein ( polar) telah terdepolarisasi sehingga menimbulkan kreasi pori hydrophilic (menimbulkan kebocoran) pada lipid bilayer. Namun tidak terjadi peningkatan suhu pada medianya, air, yang berarti yaitu hanya sebesar 32,31 Joule. Bila hasil tersebut di atas dibandingkan dengan hasil penelitian yang ada kaitannya dengan efek medan elektrik terhadap membran sel adalah sebesar 20- 80 kV/cm (Pizzichemi, 2007); 35-40 kV/cm (Somolinos et al., 2008; Zhao et al., 2008; Hanafi et al., 2008).

Kata kunci: sphere-gap, metode medan elektrik berpulsa, penonaktifan, lipid bilayer,

Absract

This research used sphere-gap as distributor of electric charge, to replace the expensive transistor to make a High Voltage Pulsed Electric Fields (HVPEF) generating and to observe the HVPEF effects on nerve cell membrane of Nematode as lipid bilayer. Based on the result testing, the operational voltage of sphere-gap in frequency condition, f = 20 kHz, standard ball electrode diameter,

D = 5 cm and second spacing between of ball electrode, S = 0.5 cm, was averagelly 18.50 kV, with tolerance 2.5 %. While the efficiency of HVPEF generating was 81,70 %, tolerance 2.50 %. Futhermore, the effects of applying the HVPEF generating methode on lipid bilayer in electric field intensity, E is 37.33 kV/cm or transmembrane potential reached 1.40 V. In condition of electrode voltage Velec 6.70 kV (tolerance 8.06 %), angle = 30 and = 0.5 µm, the destruction has occurred and there was a decrease in lipid bilayer strength, membrane dielectrict, achieving 10 folds of the normal value. Thus, protein molecule (polar) has been depolarized to result in pore hidrophilic (leakage) in lipid bilayer. However, there was no increase in medium temperature, water, it meant, it was just 32.31 µJ. If the result was compared to the result of existing research related to effect of electric field ob cell membrane, it was 20-80 kV/cm (Pizzichemi, 2007; 35-40kV/cm (Somolinos et a., 2008; Zhao et al., 2008; Hanafi et al., 2008).

c

d

KATA PENGANTAR

Pertama-tama penulis memanjatkan Puji dan syukur kepada Bapa di Sorga melalui Yesus Kristus, Yang Maha Pengasih dan Penyayang atas segala rahmat dan KaruniaNya sehingga disertasi ini dapat diselesaikan.

Penulis mengucapkan terimakasih sebesar-besarnya kepada Pemerintah Republik Indonesia c.q. Menteri Pendidikan dan Kebudayaan melalui DIKTI yang telah memberikan kesempatan dan bantuan dana sehingga penulis dapat melaksanakan Program Sandwich di Universitas Auburn, USA.

Dengan selesainya disertasi ini, perkenankanlah penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:

Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Chairuddin P.Lubis, DTM&H., Sp.A(K) atas kesempatan dan fasilitas serta bantuan dana yang diberikan kepada kami untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan program Doktor.

Direktris Program Pascasarjana Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa, M.Sc atas kesempatan yang diberikan menjadi mahasiswa Program Doktor pada Program Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.

Terima kasih yang tak terhingga dan penghargaan yang setinggi-tingginya penulis ucapkan kepada Prof. Basuki Wirjosentono, MS., PhD, selaku pembimbing utama dan Ketua Program Studi Doktor Ilmu Kimia, yang penuh perhatian telah memeberikan dorongan, bimbingan dan saran yang sangat berharga selama menjalani pendidikan, penelitian dan penyelesaian disertasi ini.

Terima kasih yang tak terhingga dan penghargaan yang setinggi-tingginya juga penulis ucapkan kepada, Prof. Dr. Timbangen Sembiring, M.Sc., dan Prof. Dr. Herman Mawengkang sebagai anggota pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan arahan hingga selesainya Disertasi ini.

Sembiring, M.Sc., Prof. Dr. Herman Mawengkang, Prof. Dr. Harlem Marpaung, Prof. Dr. Ir. A.Rahim Matondang, MSIE dan Prof. Dr. Yunazar Manjang atas kesediaannya untuk menguji dan menilaipenulis. Terima kasih juga penulis ucapkan kepada, Bapak Ir. Bonggas L. Tobing, yang telah memberikan fasilitas dan arahan dalam pemakaian peralatan di Laboratorium Tegangan Tinggi, Fakultas Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara. Dan, Ibu Dr. Ir. T. Sabrina Djunita, MSc., yang telah memberikan fasilitas dan penyediaan Nematoda di Laboratorium Mikrobiologi, Fakultas Pertanian, Universitas Sumatera Utara. Serta, Teman – teman serta kolega penulis angkatan tahun 2005, yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu mengingat keterbatasan ruang penyampaian terima kasih ini, yang telah membantu baik secara langsung maupun tidak langsung dalam penyelesaian disertasi ini.

Ucapan terimakasih juga penulis sampaikan kepada Orang tua saya “Ayahanda Nampe Tarigan (Alm) & Ibunda Naik Br Sitepu”, dan juga, kepada Bapak Ibu dan Mertua yang penulis kasihi yang telah mendukung dalam doa, kasih dan nasehat yang tak ternilai sehingga terselesaikan penelitian disertasi ini. Demikian juga penulis sampaikan secara khusus kepada Istri yang tercinta Juliana Br Barus, ST, dan anak pertamapenulis, Stefiana Karina Br Tarigan dan anak Kedua, David Inganta Tarigan”, yang telah mendukung secara penuh baik moril dan spiritual kepada penulis dalam menyelesaian penulisan disertasi ini. Dan, Tidak lupa juga penulis ucapkan terimakasih kepada semua keluarga yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persastu atas dorongan dan nasehatnya.

Semoga seluruh daya upaya atas dukungan dan bantuan mereka yang tersebut diatas, mendapatkan berkat – berkat yang berlimpah dari Tuhanku Yesus Kristus, Amin.

Medan, Mei 2009 Penulis

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK i

ABSTRACT ii

KATA PENGANTAR iii

DAFTAR ISI v

DAFTAR TABEL vii

DAFTAR GAMBAR viii

DAFTAR LAMPIRAN x

DAFTAR LAMBANG xi

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Permasalahan Masalah 3

1.3 Tujuan 4

1.4 Manfaat Penelitian 4

1.5 Model Rangkaian Penelitian 4

1.6 Kebaruan Penelitian 5

BAB II Tinjauan Pustaka 6

2.1 Medan Elektrik dan Potensial 6

2.1.1 Intensitas Medan Elektrik 7

2.1.2 Potensial dan Medan Elektrik 7

2.1.3 Arus Konduksi 7

2.1.4 Potensial dan Momen Dipole 8

2.1.5 Dielektrik dan Polarisasi 10

2.2 Pembangkit Tegangan Tinggi 12

2.2.1 Sistem Pembangkit Tegangan Tinggi 12

2.2.2 Transformator Penaik Tegangan 13

2.2.3 Pembentuk Impulsa 15

2.2.4 Sphere Gap 17

2.2.5 Penyimpan Muatan 18

2.3 Potensial Nernst Pada Membran 21

2.3.1 Struktur Membran Sel dan Fungsi Sel 22 2.3.2 Tubuh Dan Membran Saraf Nematoda 25

2.3.3 Dielektrik Rupture 26

2.3.4 Elektro-Gravimetri dan Kapasitansi Membran Sel 28

2.3.5 Elektroporasi 29

BAB III BAHAN DAN METODE PENELITIAN 30

3.1 Tempat Penelitian 30

3.2 Komponen Dan Bahan 30

3.2.1 Komponen 30

3.2.3 Sampel 31

3.3 Modifikasi Pembangkit Medan Elektrik 32

3.4. Prosedur Penelitian 33

3.5. Metode Penelitian 34

3.5.1 Distribusi V dan E Dalam Ruang 34

3.5.2 Distribusi Potensial Dalam Ruang Sampel 34 3.5.3 Faktor Peningkatan Potensial Membran Sel 36

3.5.4 Variabel Pengamatan 37

3.5.4.1 Parameter 37

3.5.4.2 Parameter r 37

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 38

4.1 Data Pengujian Sphere Gap 38

4.1.1 Analisa Tegangan Break down Sphere Gap 39

4.2 Data Pengujian Pembangkit Impulsa 39

4.2.1 Analisis Data Pengujian Pembangkit Impulsa 41 4.3 Penentuan Potensial, Sudut dan Impulsa 42

4.3.1 Penentuan Potensial Velek dan Vsel 42

4.3.2 Penentuan Vin Terhadap Velek 44

4.3.3 Penentuan Sudut Terhadap Vin, Velek Dan Es 45 4.3.4 Bentuk Impulsa Vi, Velek Terhadap Terhadap Waktu 47

4.3.5 Penentuan Kondisi Rupture 48

4.4 Data Hasil Penelitian Objek 49

4.4.1 Data Dampak Peningkatan Tegangan 49 4.4.2 Data Foto Dampak Peningkatan Tegangan 50

4.5. Analisis Data Penelitian Objek 52

4.5.1. Analisis Tegangan Pada Media Air 54 4.5.2. Analisa Intensitas E Pada Media Air 55 4.5.3. Analisis Rupture Pada LipidBilayer 56

4.6. Analisis Pengaruh Faktor Diameter 58

4.7. Analisis Kapasitansi Sel Saraf Terhadap waktu 59 4.8. Penentuan Daya Serap Energi Membran Sel 60 4.9. Penentuan Kapasitansi dan Energi Ruang Sampel 60 4.10 Simulasi Komputasi Tegangan Terhadap Media 61 4.10.1. Simulasi Tegangan Elektroda Media Tanah 62 4.10.2. Simulasi Tegangan Elektroda Media Udara 62 4.11. Simulasi Tegangan Elektroda Velek Media Terhadap Sudut 63

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 65

5.1 Kesimpulan 65

5.2 Saran 66

Daftar Pustaka 67

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

2.1 Dielektrik Relatif Beberapa Material 24

4.1 Data Pengujian Tegangan Impulsa 58

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

1.1 Diagram Model Penelitian 5

2.1 Intensitas E Terhadap Muatan Titik 6

2.2 Kontour Garis Medan dan Momen Dipol 9

2.3 Polarisasi Pengaruh Medan Elektrik 10

2.4. Polarisasi Pada Slab Kapasitor 11

2.5 Diagram Pembangkit Impulsa 12

2.6 Skematik Tranformator Penaik Tegangan Dua Tingkat 13 2.7 Rangkaian Pembangkit Tegangan Tinggi Searah 15 2.8 Rangkaian Pembentuk Impulsa Dengan Jaringan RC 16

2.9 Bentuk Gelombang Impulsa, U(t) 17

2.10 Gambar Sphere Gap 17

2.11 Skema Kapasitor Plat Sejajar 19

2.12 Gambar Arah Medan Elektrik pada Plat Kapasitor 20

2.13 Rangkaian Setara Transmisi Pada Saraf. 21

2.14 Membran Plasma Model Mosaic Cair 23

2.15 Sistem Sara Nematoda 24

2.16 Bagian Tubuh Nematoda 25

2.17 Irisan Tubuh Saraf Nematoda 26

2.18 Rangkaian Setara Membran 28

3.1 Model Rangkaian Lengkap Penelitian 32

3.3 Model Ruang Sampel 35

3.4 Arah Medan Elektrik E Tarhadap 37

4.1 Peralatan Pembangkit Tegangan Impulsa RC 40

4.2 Hubungan Tegangan Input vs Output Impulsa 41

4.3 Bentuk Tegangan Impulsa U(t) Terhadap Waktu 41

4.4 Bentuk Gelombang Impulsa dari Osiloskop 42

4.5 Grafik Hubungan E Velek-vs- v dan Sudut 44

4.6 Grafik Hubungan Vin-vs-Velek 45

4.8 Grafik Hubungan Pengaruh Sudut Vin, Velek, Es. 47

4.9 Bentuk Tegangan Impulsa 47

4.10 Foto Mikroskop Dampak Pertubasi Medan 51

4.11 Reorient ion-ion 54

4.12 Grafik Tegangan Elektroda Wadah Air terhadap Sudut 56 4.13 Grafik Peningkatan Intensitas E Dielektrik 58

4.14 Grafik Tegangan Vsel Membran terhadap Impulsa t 59 4.15 Grafik Tegangan Wadah Tanah Terhadap Sudut dan 62

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul Halaman

1 Tabel Sela Elektroda Bola 71

2 Diagram Alir Proses Peningkatan Tegangan Elektroda 72 3 Struktur lipid bilayer dalam keadaan normal dan rusak 73

DAFTAR LAMBANG

LAMBANG

Cm Kapasitansi Membran Sel

D Densitas Fluksi, C/m^2

dc Arus Rata, direct current

Dn Densitas Fluksi Dalam Keadaan Normal

r

D Densitas Fluksi Dalam KeadaanRupture, Pecah

c

d Diameter sel

E Intensitas Medan Elektrik

r

E Medan Elektrik Dalam Keadaa Rupture

n

E Medan Elektrik Dalam Keadaan Normal

s

E Medan Elektrik Membran Sel

i

E Medan Elektrik Pada Isolator

air r,

ε Konstanta Dielektrik Relatif Air

r

ε Konstanta Dielektrik Relatif

ri

ε Dielektrik Membran Relatif Isolator

rk

ε Konstanta Dielektrik Relatif Kutikula

rs

ε Dielektrik Membran Relatif Sel

rt

ε Konstanta Dielektrik Relatif Tanah

rr

ε Konstanta Dielektrik Membran Dalam Keadaan Rupture

o

ro

ε Dielektrik Membran Relatif Otot

F Pemicu, firing

J Rapat Arus Konduksi

J Satuan Energi dalam Joule

kV Satuan Tegangan Dalam kilo Volt

k Kutikula

L Jarak Media Tanpa Sel Efisiensi

P Polarisasi

p Daya Dissipasi Dalam Satuan Watt

RC Jaringan Resistror-Capasitor

r Radius Sel

Konduktivitas, ukuran ketersediaan dan mobilitas elektron konduksi bahan s Sel

T Konstanta Waktu

t Waktu Dalam DEnsitas Muatan Konstanta Waktu sel

o Otot

U(t) Tegangan Output Rangkaian Pembentuk Pulsa Pada Jaringan RC

V Potensial Elektroda

Vi Tegangan Input Sumber, Generator

Vin Tegangan Input Sumber, Generator

W Energi Yang Tersimpan Dlam Kapasitor, Joule Vs Potensial Membran Sel

BAB I PENDAHULUAN

1.1.Latar belakang

Banyak metode yang telah diterapkan untuk mempelajari dan menyelidiki sistem membran sel, lipid bilayer, dari suatu mikroorganisme dengan memanfaatkan perturbasi. Metode perturbasi tersebut terbagi dalam metode konvensianal dan modern.

Metode konvensional adalah terdiri dari beberapa metode, antara lain yaitu: 1. Metode fisika: yang bersumber dari radiasi elektromagnetik seperti,

sinar ultraviolet (UV), sinar laser nitrogen (N2) (Tarigan, 1989), pemanasan dengan uap panas dan uap kering serta pendinginan dan sebagainya (Halmann, et al., 1997).

2. Metode Kimia: misalnya dengan ozonisasi, fumigasi dan sebagainya. 3. Metode Biologi: misalnya dengan memberikan mikroorganisme

penekan seperti nemathofagus dan sebagainya (Mustika, dkk., 2005 ; Westphal, 2005).

Namun, ketiga metode tersebut belum memberikan hasil yang optimal terutama terjadinya peningkatan panas pada prosesnya, bersifat racun, tidak terkendali dan sebagainya. Akan tetapi, perturbasi dengan metode tersebut masih sering digunakan karena peralatan yang lebih baik belum tersedia.

Sedangkan metode secara modern, yang mulai berkembang ahkir-akhir ini adalah dengan memanfaatkan gelombang elektromagnetik khususnya dari komponen medan elektrik yang dapat dikontrol sehingga memberikan hasil yang lebih efektif, efisien dan non-thermal bila dibandingkan dengan metoda konvensional. Telah diketahui bahwa, pengaruh medan elektrik pada suatu membran sel, lipid bilayer, dapat meningkatan gradient potensial bahkan dapat merusak molekul lipoprotein dan enzyme serta dapat mematikan mikroorganisme

elektroporasi, (Hamilton et al., 1967; Sale, et al., 1968; Fox, 2006), transmembran (Ho, et al., 1996) atau coulombic forces (MacInes, 2002; Fox, 2006). Umumnya, intensitas medan elektrik yang digunakan untuk sterilisasi misalnya, adalah berada pada kisaran 20 – 80 kV/cm ( Pizzichemi, 2007). Namun, penelitian yang telah dilakukan tersebut umumnya menggunakan peralatan yang sangat mahal dan masih menghasilkan pulsa tegangan tinggi yang bolak-balik. Umumnya penggunaan arus bolak-balik dapat menimbulkan efek panas pada media, hal ini dikenal sebagai efek Joule. Efek panas ini umumnya tidak di inginkan pada penelitian-penelitian sterilisasi seperti pada food product, biomedicical ( Fang, 2006; Zhao, et al., 2008; Somolinos, et al., 2008).

Selanjutnya, mengingat perkembangan kualitas hasil dunia industri yang semakin inovatif pada ahir-ahir ini terutama pada bidang peralatan dan produk hasil proses suatu olahan adalah steril, bebas pencemaran dan tanpa zat kimia. Dari sisi peralatan, salah satu komponen yang sangat vital dalam penyaluran muatan elektrik pada tegangan tinggi dan dengan proses waktu yang cepat adalah menggunakan komponen transistor sebagai switching.

Perkembangan transistor tegangan tinggi akhir-akhir ini telah menunjukkan suatu hasil yang memuaskan yaitu seperti thyristor type HTS 160-500SCR buatan Behlke (Somolinos,et al., 2007) dan TO 247 IGBT ( Gaudreau, et al.2006). Namun, komponen switching tersebut harganya sangat mahal, berkisar Rp. 200 juta, sebagai perbandingan, untuk satu set peralatan pembangkit Medan Elektrik Tegangan Tinggi Berpulsa (MEBTT) dapat mencapai $ 250,000., (Gaudreau, et al., 2006) atau setara dengan Rp. 2,7 milliar dan tidak ada di Indonesia. Kemudian, kegunaan peralatan pembangkit MEBTT sebagai penghasil muatan elektrik (Kermanshahi, et al., 2005), sangat dibutuhkan pada penelitian-penelitian di tingkat molekuler karena dapat mempengaruhi pada proses kimia-fisika terutama pada peningkatan konsentrasi re-orient ion-ion dan porosity pada membran sel, lipid bilayer.

tersedia di Fak. Teknik USU dengan menggunakan Sphere gap sebagai pengganti komponen switching yang sederhana dan murah bila dibandingkan dengan menggunakan switching transistor tegangan tinggi dari bahan semikonduktor yang sangat mahal.

Kemudian, sebagai objek pengujian performansi pembangkit medan elektrik berpulsa dengan Sphere gap pada penelitian ini adalah membran sel saraf nematoda. Pemilihan sampel ini dilakukan karena nematoda adalah salah satu mikroorganisma yang mempunyai membran sel saraf yang dapat dianggap sebagai

lipid bilayer, yang sangat pathogen, penyebab penyakit, penyebar virus dan bakteri pada tanaman (Mustika dkk., 2005) dengan gejala umum pada tanaman seperti bertubuh kerdil, tangkai daun kurus dan kurang berbulu (Supriatin, 2005;

Muliani, 2005). Dengan demikian nematoda yang pathogen adalah salah satu musuh alami tanaman yang sangat merugikan petani dan dapat berakibat fatal bila hasil tanaman tersebut dikonsumsi oleh manusia. Kerugian yang telah di laporkan akibat ganguan nematoda pada tanaman di seluruh dunia telah mencapai US$ 80 miliar/tahun (Price, 2000). Sedangkan tanaman yang umumnya terserang di Indonesia yang berdampak pada penurunan produksi panen (Setyo dkk., 2006)

adalah sayuran tomat, sebesar 27 %, kentang 15 %, buncis 20 %, jahe 65 % (

Mustika, 2004; Puskara, 2000).

1.2. Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang tersebut diatas maka penulis merumuskan masalah sebagai berikut.

1. Bagaimana cara untuk memodifikasi peralatan tegangan tinggi yang tersedia dapat menghasilkan medan elektrik berpulsa dengan memanfaatkan komponen sphere gap untuk menggantikan switching

transistor yang mahal dan bagaimana membuat rangkaian pembentuk pulsa yang singkat, mikro detik.

medan elektrik terhadap membran sel saraf nematode, lipid bilayer, yang terdiri dari molekul lipoprotein.

3. Bagaimana dampak perturbasi Medan Elektrik Berpulsa Tegangan Tinggi dengan variasi potensial elektroda terhadap membran sel saraf nematoda tersebut hingga mencapai tegangan kritisnya.

1.3.Tujuan

Sebagai tujuan pada penelitian ini adalah sebagai berikut.

1. Untuk mempelajari penggunaan sphere gap sebagai penganti

switching transistor yang mahal, penyalur muatan elektrik dalam bentuk impulsa.

2. Untuk membuat suatu sistem pembangkit medan elektrik tegangan tinggi berpulsa (MEBTT) sebagai sumber pembangkit medan elektrik yang kuat.

3. Untuk menggunakan MEBTT sebagai pemicu, stimulans pada peningkatan konsentrasi ion-ion, potensial pada membran sel saraf nematoda.

4. Untuk menyelidiki dampak peningkatan perubahan konsentrasi ion-ion, reorient, penyebab pore hydrophilic pada membran sel saraf nematode pada kondisi kritis.

1.4. Manfaat

Manfaat dari penelitian ini adalah dapat dipergunakan sebagai informasi baru tentang performansi pembangkit medan elektrik berpulsa menggunakan

sphere gap yang dapat menghasilkan intensitas medan elektrik yang kuat dan dengan proses yang efektif, non-thermal, singkat dan bebas zat kimia.

Manfaat lain adalah, dapat diterapkan sebagai sumber energi pemicu,

ekstraksi zat, rekayasa genetika, sistem pembangkit sinar laser, pelontar rudal dan sebagainya.

1.5. Model Rangkaian Penelitian

Model rancangan pengendalian pembangkit medan elektrik berpulsa pada penelitian ini adalah seperti set-up diagram blok pada gambar 1 berikut ini.

Generator DC Tegangan

Tinggi.

Pemicu Pelepasan muatan , F

Pembentuk Pulsa, RC Penyimpan

Muatan

F

Kendali Pengukuran

Ruang Sampel PLN

Gambar 1.1. Model Rangkaian Penelitian

1.6. Kebaruan Penelitian

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Medan Elektrik dan Potensial

2.1.1. Intensitas Medan Elektrik

Intensitas medan elektrikEr yang disebabkan oleh suatu muatan sumber Q1

seperti pada Gambar 2.1, didefenisikan sebagai gaya, per satuan muatan uji Q2,

yaitu: 1 F

E = F/Q1

â

Q1

+ Q2

Gambar 2.1. Intensitas medan elektrik, E terhadap muatan titik.

1 1 Q

F

Er = 2-1

Jika muatan elektrik, Q terdistribusi secara kontinu di sepanjang volum, permukaan, atau garis maka masing-masing elemen muatan berkontribusi terhadap E pada sebuah titik eksternal.

Untuk sebuah permukaan, kerapatan muatan adalah , sehingga muatan elemental adalah

) / ( 2 m C s ρ s sd

dQ= ρ dan diferensial E pada suatu titik p adalah,

r o s s p a r d dE ˆ

4πε 2

ρ

Medan elektrik total pada titik pengamatan p, dapat diperoleh dengan mengintegrasikan sepanjang permukaan s, yaitu:

∫

= v s o r s d r a E ₂ 4 ˆ

περ 2-3

2.1.2. Potensial dan Medan Elektrik

Sebuah muatan Q akan mengalami gaya F pada medan elektrik E adalah F=-QE. Sedangkan, kerja didefenisikan sebagai gaya yang bekerja pada suatu jarak tertentu, yaitu dW=F.dl=QE.dl Joule. Dimana untuk bidang Cartesian, berlaku:

dl=dx+dy+dz.

Hubungan medan elektrik dan potensial dapat diperoleh dari persamaan usaha dalam bentuk integral yaitu, = =−

∫

A

B

AB Edl

Q W

V J/C atau Volt, atau secara

umum, dapat ditulis:

∫

∫

=− − = b a b a dl E dl E

V . cosθ. 2-4

Tanda minus menyatakan bahwa gerakan muatan adalah melawan medan E

yang menghasilkan kerja yang positif. Medan elektrik, E dapat juga diperoleh dari hubungan diferensial potensial yang diketahui (Krauss, 1999), yaitu dengan

persamaan: E=-grad V. Sedangkan besaran E untuk bidang x,y adalah,

V dy x E ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ₊ ∂ ∂∂ −

= V/m. 2-5

Atau, untuk bidang Cartesian berlaku: grad V= x y az

dz dV a dy dV a dx dV + +

Kerapatan arus konduksi, J konduktor adalah material yang memiliki elektron-elektron yang dapat bergerak bebas dalam jumlah yang besar. Arus konduksi terjadi ketika suatu medan elektrik, E memberikan gaya pada elektron-elektron yang dapat bergerak bebas sehingga mengakibatkan terjadinya aliran muatan yang teratur di sepanjang material konduktor. Sedangkan, konduktivitas, suatu material merupakan ukuran dari ketersediaan dan mobilitas elektron konduksi dari dalam material.

Berdasarkan hubungan antara medan elektrik, E dan arus konduksi, diberikan melalui persamaan berikut ini.

J= E A/m² 2-6 Jika sebuah konduktor dengan luas area penampang melintang A dan panjang l dan memiliki beda potensial diantara kedua ujungnya adalah V maka persamaan (2-6) dapat dibuat menjadi persamaan berikut.

J= V/l 2-7 Dengan mengasumsikan bahwa, arus terdistribusi secara merata pada luasan

A, maka arus total adalah:

I=JA= AV/l 2-8 Dengan demikian, sesuai dengan hukum Ohm maka resistansi suatu kawat dengan luas penampang A didefenisikan sebagai,

R=l/ A 2-9

2.1.4. Potensial dan Momen Dipole

Bila kombinasi dua buah muatan Q yang berlainan tanda dipisahkan dengan suatu jarak L adalah merupkan suatu dipole elektrik, dan hasil kali antara muatan

(a) (b)

Gambar 2.2. Gambar kontour garis medan elektrik (a), dan (b) Momen dipole.

Potensial total akibat dari ke dua muatan pada suatu titik p adalah:

⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ − = + = 2 1 2 1 1 1

4 o r r

Q V V V πε dimana, θ θ cos 2 , cos 2 2 1 L r r dan L r r + = − =

Sehingga, potensial p pada jarak r dari dipole elektrik adalah,

2 . 4 or QLCos V

πε θ

= 2-10

Dengan asumsi, r >>L maka L2 dapat diabaikan dibandingkan _r2 .

Persamaan (2-10), bila difaktorisasi maka terdapat empat faktor dasar, yaitu medan dipole, sudut, jarak dan suatu konstanta, yaitu:

o r Cos QL V πε θ 4 1 . 1 . . ₂

2.1.5. Dielektrik dan Polarisasi

Telah diketahui bahwa, bila suatu bahan dielektrik dikenai suatu medan elektrik E, maka elektron-elektron akan mengalami gaya yang arahnya berlawanan dengan arah medan E. Medan elektrik adalah merupakan suatu beban yang dapat menekan bahan dielektrik sehingga dapat merubah sifat dielektrik menjadi sifat konduktor. Hal ini dapat terjadi apabila medan elektrik E, melampaui batas kritis ketahanan suatu bahan dielektrik yang mengakibatkan muatan-muatan didalam bahan dielektrik terjadi proses ionisasi berantai yang akhirnya dapat mengakibatkan tembus listrik, breakdown.

Meskipun tidak ada migrasi muatan ketika suatu bahan dielektrik (isolator) ditempatkan didalam medan elektrik, E namun umumnya terjadi sedikit pergeseran muatan positif dan muatan, awan, elektron (negatif) atau re-orient atau

Gambar 2.3. Polarisasi pengaruh medan elektrik, E.

[image:31.595.157.440.224.516.2]

Sedangkan, pengaruh medan elektrik pada suatu bahan dielektrik seperti pada slab kapasitor diperlihatkan seperti pada gambar 2.4 berikut.

Gambar 2.4. Polarisasi pada slab kapasitor

Bila bahan dielektrik di dalam suatu volum seperti pada slab kapasitor seperti pada gambar 2.4, dengan n adalah jumlah dipole dan Q = nq adalah muatan semua dipole, serta QL’ adalah net momen dipole dalam volum maka polarisasi, P atau momen dipole per unit volum adalah:

v QL qL v n

P= '= ' 2-12 Sedangkan, volum segi empat dengan volum permukaan adalah A dan tebal adalah L’ , sedangkan v =AL’, maka persamaan (2-12) menjadi:

s

A Q AL QL

P= = / =ρ

' '

Sehingga dimensi muatan persatuan luas adalah sama dengan densitas fluk elektrik D.

Dengan demikian fluks elektrik, D pada bahagian slab atas pada suatu kapasitor seperti gambar 2.4, adalah:

E

D₀ =ε₀ 2-14 Dimana : Do = densitas fluk elektrik dalam ruang vakum (udara), Cm−2

= permittivitas dalam ruang vakum = 8.85 pF/m.

E = V/d = intensitas medan elektrik, V/m. V = tegangan elektroda = Velek

s

ρ = adalah densitas muatan permukaan dari muatan polarisasi yang muncul pada permukaan slab.

Persamaan (2-14), berlaku untuk bahan dielektrik linier, isotropic. Sedangkan, D pada bahagian bawah slab dengan bahan dielektrik, terjadi polarisasi di dalam medan elektrik yang menyebabkan densitas muatan permukaan

s

ρ muncul pada kedua permukaan pada slab dielektrik. Jadi densitas fluk elektrik pada bahan elektrik menjadi:

s

E

D₀ =ε₀ +ρ 2-15 Sedangkan dari persamaan (2-13), ρ_s =P, maka persamaan (2-15) berlaku untuk nonisotropic (non homogen), dengan P adalah polarisasi (bahan dielektrik). Atau secara umum dapat ditulis:

P E E D

D= _d =ε =ε_o + 2-16

2.2. Pembangkit Tegangan Tinggi

2.2.1. Sistem Pembangkit Pulsa Tegangan Tinggi

Pembangkit tegangan impulsa pada dasarnya dapat dibuat dengan gabungan beberapa komponen yang terdiri dari suatu trafo penaik tegangan, dioda penyearah, kapasitor dan suatu jaringan pembentuk pulsa impulsa. Untuk simplifikasi pembangkit tegangan tinggi berpulsa ditunjukkan seperti Gambar 2.5 berikut ini.

Trafo Tegangan Tinggi.

Dioda Penyearah

PLN Pembentuk

[image:33.595.161.457.242.284.2]

Impuls

Gambar 2.5. Diagram Pembangkit Pulsa.

2.2.2. Transformator Penaik Teganagn

Transformator atau trafo, adalah suatu komponen elektronik passif yang pada dasarnya terdiri dari rangkaian empat ujung yaitu sepasang ujung disebut primer dan ujung yang lain disebut sekunder. Berdasarkan bahan pengisi teras inti, trafo dapat dibedakan atas tiga jenis yaitu, inti udara, besi dan ferrit. Akan tetapi, untuk trafo daya digunakan teras dari bahan inti besi lunak yang berfungsi sebagai pengkonsentrasi fluk magnetik dari arus kumparan primer ke kumparan sekunder. Fungsi utama transformator adalah untuk mengubah tegangan bolak-balik pada primer menjadi tegangan bolak balik pada sekunder dengan konsep imbas fluks magnetik yang tegangannya dapat dinaikkan atau diturunkan.

Berdasarkan hukum induksi Faraday, nilai fluksi magnetik yang berubah dengan waktu t maka akan timbul tegangan gerak listrik sebesar:

V= N t ∂

∂φ _2-17

Test Trafo 1 4 5 6 8 Ototrafo Jala PLN

Gabar 2.6. Skematik transformator penaik tegangan dua tingkat.

Berdasarkan persamaan (2-17), maka tegangan pada kumparan primer dengan jumlah lilitan N₁adalah :

t N V

∂ ∂

= 1 φ

1 dan untuk kumparan sekunder adalah: t N V ∂ ∂

= 2 φ

2 . Dengan demikian, hubungan tegangan dan jumlah lilitan dapat dinyatakan sebagai berikut.

2 1 2 1 N N V V = = ∂ ∂ ι

φ _2-18

Untuk transformator penaik tegangan maka syarat yang harus dipenuhi adalah jumlah lilitan N2>N1. Dan jika didefenisikan, n =N1/N2, maka tegangan sekunder adalah:

V1=nV2 2-19 Jika rugi-rugi daya transformator akibat daya joule yang lesap pada konduktor oleh arus primer dan sekunder ataupun arus pusar pada teras diabaikan, umumnya terdiri dari lempeng-lempeng besi yang diisolasi satu dengan yang lainnya, maka daya pada kumparan primer adalah P1=V1I1 yang sama besar dengan pada sekunder adalah:

P2=V2I2 2-20

Sehingga, dari persamaan (2-19) dan (2-20) diperoleh besar arus pada adalah sebesar: 2 I _{1 1} 2 1

2 I nI

V V

I = = 2-21

Namun, untuk tegangan tinggi searah, biasanya trafo uji disulang dari ototrafo dengan sumber tegangan bolak-balik 220V/50Hz seperti pada gambar (2.5) diatas. Dengan demikian, trafo uji tersebut dapat membangkitkan tegangan tinggi hingga mencapai ratusan kilovolt, namun tergantung kepada besar tegangan output dari ototrafonya (Arismunandar, et al., 1994; Kind, 1978). Bila tegangan output trafo uji adalah V2 dengan jumlah belitan N2 dan tegangan ototrafo atau pada sekunder trafo uji adalah V1 dengan jumlah belitan N1 maka besar tegangan

V2(Kind, 1978), adalah:

k n V V

− =

1 1

2 2-22 dimana, k adalah konstanta kapasitansi belitan trafo uji.

Akan tetapi, tegangan sekunder tersebut masih dalam bentuk gelombang sinusoidal sehingga harus dilewatkan melalui suatu dioda agar menjadi gelombang berpulsa.

Dioda yang digunakan untuk tegangan tinggi umumnya adalah jenis penyearah Villard, Greinacher atau Cockroft-walton, Zimmermann-Wittka

(Gallager,1983, Bonggas, 2003). Penyearah-penyearah tersebut merupakan pelipat tegangan, namun yang lebih searah tegangan outputnya dari ke-empat jenis tersebut adalah penyearah Greienacher. Disamping itu dioda tersebut diatas, dapat juga digunakan dioda semikonduktor seperti dari bahan selenium yang digunakan seperti pada tabung vakum tinggi. Bahan selenium digunakan karena sangat sesuai dengan keberadaan kapasitansi lapisan deplesi yang tinggi sehingga memungkinkan penyususnan dioda dengan banyak elemen untuk menahan tegangan balik puncak, peak inverse voltage, hingga 600kV (Kind, 1978).

[image:36.595.193.438.118.215.2]

Test Trafo 1 4 5 6 8 Ototrafo Rp D U o ( t= 0) Cs

Gambar 2.7. Rangkaian Pembangkit tegangan tinggi searah.

2.2.3. Pembentuk Impulsa

Jaringan pembentuk pulsa impuls umumnya dapat dibangun dengan berbagai jaringan, diantaranya adalah jaringan RC, RLC, LC dan sebagainya, yang berfungsi sebagai filter lolos rendah, low pass filter. Dalam penelitian ini, rangkaian pembentuk tegangan pulsa dibuat dengan menggunakan jaringan RC. Hal ini dipilih karena yang diinginkan hanya tegangan yang besar, arus yang kecil dan waktu pengisian dan pengosongan yang sangat singkat.

[image:36.595.128.437.449.562.2]

Salah satu model jaringan RC pembangkit tegangan berpulsa adalah seperti Gambar 2.8, berikut ini.

Re ie Rd Cb id U o ( t= 0) U(t ) Cs F

Gambar 2.8. Rangkaian pembentuk Pulsa dengan jaringan RC

Dengan andaian bahwa, bila dalam keadaan awal u(t=o)=0, dan ketika F dipicu, maka tegangan pulsa U(t) akan muncul pada kapasitor beban Cb. Sehingga menurut hukum tegangan Kirchoff yang sesuai dengan rangkaian gambar 2.8, maka akan memenuhi persamaan berikut :

∫

+ = = +

− 1 (i i )dt i R i R U(t)

C

Uo _{e d e e d d}

s

dimana,

dt t du C i_d = _b ( )

Bila persamaan (2-23) diselesaikan dengan menerapkan transformasi Laplace

dan dengan beberapa pendekatan maka U(t) diperoleh (Tarigan, 2007) sebesar: )

( )

( / 1 / 2

2 1

2

1 t T t T

b d

o _{e e}

T T T T C R U t

U − − −

−

= 2-24

dimana, b s b s d b s e C C C C R T C C R T + = + = 2

1 ( )

2-25

2 1 danT

T adalah konstanta waktu pengisian dan pengosongan, adalah tegangan sumber. Bentuk gelombang impulsa dari rangkaian Gambar 2.8 ditunjukkan seperti pada Gambar 2.9, berikut ini. Sedangkan efisiensi medan generator dapat dihitung dengan pendekatan (Kind, 1978), adalah sebesar:

o U b s s C C C + ≈

[image:37.595.132.500.415.638.2]

η 2-26

Gambar 2.9. Bentuk gelombang impulsa U(t).

[image:38.595.158.511.251.412.2]

Komponen yang sangat vital dalam pembangkit tegangan tinggi berpulsa yang sesuai dengan rangkaian pembentuk pulsa seperti pada Gambar 2.8 sebagai pelepas muatan elektrik adalah shere gap yang mempunyai sela picu, triggering device. Alat ini terdiri atas dua elektroda, yaitu elektroda tegangan tinggi berbentuk bola dan elektroda berbentuk setengah bola seperti ditinjukkan pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10. Gambar Shere gap dengan sela picu

Elektroda setengah bola mempunyai lubang silinder yang didalamnya dimasukkan satu tabung gelas yang diselubungi logam. Di dalam tabung gelas terdapat satu jarum logam yang dihubungkan dengan alat picu. Jarum logam dengan elektroda tanah mempunyai sela anular yang jaraknya sekitar 1mm.

[image:39.595.236.421.640.722.2]

Untuk menentukan besar tegangan pada sela picu, shere gap pada kedua elektroda dengan diameter dan jarak tertentu seperti pada Gambar 2.10 maka dapat dilakukan dengan berbagai cara, diantaranya adalah dengan cara melihat Tabel dan dengan cara praktek.

Secara praktek, maka hubungan antara tegangan elektroda bola, U dan tegangan pemicu, Us adalah sebagai berikut, ( Kind, 1978; Tobing, 2003):

s

U T p U

+ =

273 386 .

0 2-27

dimana, p adalah tekanan udara dalam mmHg dan T adalah temperatur udara dalam °C.

Diameter elektroda bola terdiri atas beberapa ukuran standar, dalam ukuran cm. Sedangkan dengan melihat table, maka dalamkondisi udara standar, yaitu temperature udara 20 °C, tekanan udara 760 mmHg, dan kelembapan mutlak 11 gr/m3, maka tegangan tembus sela bola standar untuk berbagai jarak sela bola adalah tetap. Hal ini diberikan pada Tabel seperti pada Lampiran 1.

2.2.5. Penyimpan Muatan

Umumnya penyimpan muatan elektrik dapat dilakukan pada berbagai komponen, diantaranya adalah akkumulator, induktor dan kapasitor. Salah satu komponen penyimpan energi yang handal yang sekaligus mudah untuk melepaskan energinya adalah kapasitor.

Kapasitor pada dasarnya terdiri dari dua buah plat konduktor sejajar, slab

Gambar 2.11. Skema kapasitor plat sejajar

[image:40.595.148.461.301.413.2]

Kemampuan suatu bahan material untuk menyimpan sejumlah muatan elektrik dikenal sebagai kapasitansi. Untuk meningkatkan kapasitansi dari suatu kapasitor dapat dilakukan dengan beberapa metoda, salah satunya adalah dengan metoda penambahan material dielektrik diantara kedua plat kapasitor. Beberapa material dielektrik untuk peningkatan kapasitansi kapasitor adalah seperti pada Table 2.1 berikut ini.

Tabel 2.1. Dielektrik dari beberapa jenis material

No Material Dielektrik, r

1 Udara 1,0

2 Membran Sel 2.0 (Singh,2001)

3 Tanah 2,8

4 Tanah Liat (kering) 3,4

5 Otot (hewan) 10 (Kraus,1999)

6 Gelas 7.5

7 Air 80

Material dielektrik akan terpolarisasi bila berada pada suatu medan elektrik,

E, dan akan menghasilkan kerapatan fluksi magnetik D yang lebih besar bila dibandingkan dengan kondisi dalam ruang hampa.

Efek polarisasi akan terjadi akibat pengaturan ikatan pasangan muatan positif dan negatif didalam bahan dielektrik adalah dikenal sebagai momen dipole. Meningkatnya kerapatan fluksi yang diakibatkan oleh polarisasi material

isotropik, linier, muncul sebagai permittivitas bahan yang merelasikan:

D= E 2-28 dimana = o r. r adalah dielektrik relatif dan o permitivitas atau dielektrik dalam ruang hampa yang besarnya adalah 8,854. 10−12 F/m.

Dengan pemberian beda tegangan V diantara kedua bahan konduktif maka akan berakibat munculnya muatan +Q pada salah satu konduktor dan muatan –Q

pada konduktor yang lain dengan besar kapasitansinya adalah:

d A Ed

EA Ed

DA V Q

EA DA A

Q= ρ_s = =ε C 2-30 Dengan: A adalah luas plat, m²; s adalah densitas muatan permukaan, Cm ; D adalah densitas flux elektrik, Cm ; E, medan elektrik, V/m ; , permittivitas atau dielektrik medium, F/m.

2

− −2

[image:41.595.155.442.226.433.2]

Hal ini dapat digambarkan seperti Gambar 2.12 berikut ini. D

Gambar 2.12. Gambar arah medan elektrik pada plat kapasitor.

Pertambahan energy, W yang tersimpan didalam kapasitor akibat peningkatan potensial adalah perkalian antara besar potensial yang diberikan dan pertambahan muatan, sehingga :

qdq C Vdq

dW = = 1 J 2-31 atau total energi adalah :

= =

∫

= = = = = Q Ah E EAEh QV CV C Q qdq C W 0 2 2 2 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 1 ε

ε Joule 2-32

Sedangkan energi densitasnya, w, adalah:

W=½ E² J/m³ 2-33

2.3. Potensial Nernst Pada Membran sel

Lipoprotein ( Lipid/ lemak dan protein) dan karbohidrat yang bersifat

semipermeabel sehingga memungkinkan ion-ion atau molekul dapat masuk atau keluar dari membran tersebut.

Adanya ion-ion positif di luar sel dan ion-ion negative didalam sel, yaitu , Cl¯, A¯ dan sebagainya (Gabi, et al.,2007) maka akan menimbulkan suatu beda potensial.

+ + +

+ _{K Ca}

Na , ,

Beda potensial kimia akibat perbedaan konsentrasi ion-ion telah dirumuskan oleh Nernst yaitu :

mV membrane luar sisi di ion i Konsentras membrane dalam sisi di ion i Konsentras mV Potensial Gradien ) ( ) ( log 1 , 61 ) ( =

Sedangkan, secara quantitatif persamaan potensial dalam keadaan normal,

resting dalam sel menurut Goldman-Hodgkin-Katz adalah sesuai dengan potensial

Nernst termasuk konsentrasi anion-anionnya (Gab,i et al.,2007).

Kemudian, proses terjadinya reaksi kimia pada suatu membran saraf akan mengakibatkan timbulnya perbedaan potensial diantara lapisan membran digambarkan seperti Gambar 2.13 ( Kraus, 1999) di halaman berikut ini.

Gambar 2.13. Rangkaian setara Transmisi Pada Saraf.

sebesar -90 mV dan untuk sel cairan tubuh adalah sebesar -74 mV dan sebagainya, sedangkan potensial aksi, depolarisasi normal +40 mV.

2.3.1. Struktur Membran Dan Fungsi sel

Sel adalah unit fungsional dan struktural dalam dalam mahluk hidup. Sebagai unit fungsional, di dalam sel berlangsung semua reaksi kimia dan berbagai proses metabolisma dan sebagai unit struktural, sel merupakan bagian dari komponen penyusun jaringan makluk hidup.

Para ahli biologi membedakan sel menjadi dua kelompok utama, yaitu sel prokariotik, sel yang tidak memiliki membran inti, dan sel eukariotik, sel yang memiliki membran inti. Umumnya ukuran diameter sel eukariotik adalah mikroskopis yaitu dengan rentangan 1 – 10 m.

Pada umumnya sebuah sel terdiri dari tiga bahagian utama, yaitu membran plasma, sitoplasma (berupa cairan, bahan kimia/ tempat berlangsungnya metabolisma didalam sel) dan organel.

a. Struktur Membran Sellular

Gambar 2.14. Membran Plasma Model Mosaic Cair.

Berdasarkan model ini, sebuah membran plasma terdiri dari lapisan ganda yang tersusun oleh fospoLipid ( fungsi: pengeluaran hormon) dan lemak. Lapisan tersebut dapat ditembus, semipermeabel, sehingga memungkinkan molekul-molekul tertentu seperti , gliserol dan hidrokarbon dapat masuk dan keluar dari sel. Sedangkan glukosa dan ion-ion tidak dapat menembus membran karena ukurannya atau ditolak oleh permukaan membran.

2 2 2O,CO ,O H

Pada struktur model mosaic cair, kepala dari tiap-tiap molekul fosfoLipid

ditarik air sehingga disebut hydrofilik (suka air). Sementara, ekor atau ujung yang lainnya ditolak air sehingga disebut hydrofobik (menolak air).

Komponen membran plasma yang berupa protein mampu bergerak dari satu sisi ke sisi lain yang berperan sebagai katalis yang membantu aktivitas kimiawi protoplasma dan protein juga berperan sebagai pengangkutan molekul. Molekul-molekul yang lain yang telah ditemukan para pakar di dalam membran sel adalah berupa kolesterol dan karbohidrat. Kolesterol memainkan peran sebagai penstabil membran sedangkan karbohidrat memainkan peran dalam interaksi dari sel ke sel dan dalam pengaturan pengikatan terhadap molekul-molekul.

Berdasarkan Histology, ilmu yang mempelajari tentang jaringan, seperti pada tumbuhan tingkat tinggi, manusia dan hewan tingkat tinggi (Vertebrata) tersusun dari berbagai macam jaringan, antara lain adalah jaringan epitel,

penyokong, otot dan saraf.

[image:45.595.153.447.238.535.2]

Jaringan saraf, seperti pada Gambar 2.15. berikut ini, tersusun dari sel saraf ( neuron).

Gambar 2.15. Sistem saraf nematoda

Setiap sel saraf terdiri dari atas badan sel yang berisi inti sel ( nucleus, berisi DNA dan protein dengan struktur kromoson yang merupakan informasi genetika yang disebut gen) dan serabut saraf ( dendrid). Serabut saraf berfungsi sebagai penghubung sel saraf yang satu dengan sel saraf yang lainnya. Jaringan saraf umumnya berfungsi untuk menerima dan menyalurkan rangsangan. Sedangkan sel saraf (neuron) adalah sel pembentuk dan penghantar informasi dari satu bagian organ ke organ yang lain melalui impulsa saraf.

2.3.2. Tubuh Dan Membran Saraf Nematoda

Umumnya, tubuh pada hewan seperti nematoda, mempunyai sistem saraf pusat, ganglion, dan saraf tepi yang merupakan suatu membran sel. Bentuk tubuh nematode secara umum adalah seperti pada Gambar 2.16 berikut.

Gambar 2.16. Bagian tubuh Nematode.

Sistem saraf pusat terdiri dari dua ganglion yang terdapat pada daerah

anterior tubuh (kepala) dan dua tali saraf longitudinal yang membujur dari bagian

Gambar 2.17. Irisan tubuh saraf nematoda

Kutikula, lapisan tubuh nematoda, terdiri dari lapisan protein dan yang sama dengan keratin dengan ketebalan 0,5 µm dan panjang sekitar 1 mm (Cox et.al., 1981) dan juga lapisan enzym dan glycocalix. Secara spesifik, kutikula terdiri dari 5 lapisan atau zona yaitu :

1. Surface coat, SC, terdiri dari glyco protein (funsi: transport aktif)

2. Epiticule, EP, terdiri dari Lipid dan glycoLipid 3. Layer and Cortical, Co

4. Medial, Md dan

5. Basal, Bs, terdiri dari lapisan fibrid.

Lapisan-lapisan tersebut dapat dianggap sebagai suatu lapisan luar, kutikula yang juga merupakan membran sel.

Fisiologi saraf biasanya sama dengan pada binatang yang lain yaitu terdapat

asetilkolin-kolinesterase yang merupakan sistem penyalur pada saraf,

neurotransmitter, ( Dropkin, 1989) yang berfungsi untuk mengkoordinasikan kontraksi otot-otot dan reaksi-reaksi kimia yang mengakibatkan suatu beda potensial.

Hingga saat ini, para pakar belum dapat memastikan secara pasti bahwa efek apakah penyebab terjadinya pemecahan dinding membran dwilapis sel hingga terjadi penonaktifan suatu sel mikroorganisma. Namun ada beberapa teori yang sangat mendukung pada peningkatan potensial transmembran dengan perturbasi medan elektrik yang dapat mengakibatkan terjadinya efek merusak, dan dapat mereduksi ketebalan dinding sel (Fang, et al., 2006), diantaranya adalah teori

dielektrik rupture ( Jayamkondan et. al., 1999), yaitu potensial membran sel melampaui potensial normal, yang disebut sebagai Potensial Transmembran, PTN. Hubungan antara kuat medan E dengan peningkatan PTN, secara empiris ( Lebovka, et al.2003) diberikan dengan persamaan sebagai berikut:

θ

cos .

75 .

0 d E

V_s = _c

Δ 2-34 Dan menurut Zudans (Zudans, et. al., 2007 adalah:

( )

_θ

[

/τ

]

1 cos

. t

s

m t f Er e

V = − −

Δ 2-35 Dimana: V, adalah potensial transmembran sel.

r adalah radius sel, mm

E adalah medan elektrik, V/mm

adalah sudut diantara sisi membran terhadap arah medan.

fs adalah factor geometrik, f = 1, bila berbentuk lingkaran, dan adalah konstanta waktu induksi.

Dari ke-dua formulasi tersebut diatas, telah memberikan nilai yang hampir sama, yaitu sekitar beberapa puluhan mV (PTN) hingga potensial kritis, 1V ( Fang, 2006), 1,5 V (Frid, et al., 2000). Akan tetapi, dari teori tersebut hanya melalui pendekatan empiris namun belum ada yang menjelaskan jastifikasi secara teoritis. Demikian juga, faktor oleh Imants Zudans (Zudans, et. al., 2007, mengabaikan dalam simulasinya. Hal ini dilakukan karena dia menganggap

sebesar beberapa mikro detik dibandingkan dengan waktu induksi secara tipikal < 1µs.

) 1

( −e−t/τ

kerusakan, electric breakdown, (Fang, et al., 2006) hingga menimbulkan lobang-lobang kecil( bocor) dan kontraksi dan cairan tubuh akan keluar, (Jacquelline, et a l., 2004).

2.3.4. Elektro-Gravimetri dan Kapasitansi Membran Sel

Umumnya, sebagai dasar penentuan suatu karakteristik membran sel dapat di lakukan dengan beberapa cara yaitu dengan cara kimia dan fisika.

Secara kimia, salah satu cabang dari ilmu Elektro-Gravimetri khususnya pada bidang Elektrokimia, menyatakan bahwa suatu sel terdiri dari dua elektroda dan satu atau lebihlarutan dalam wadah yang sesuai. Sehingga suatu sel dapat dipandang sebagai suatu sel elektrolisis.

Sedangkan secara fisika, suatu sel dapat dipandang sebagai suatu sel yang analogi seperti pada sel kapasitor. Dengan demikian, kapasitansi dwilapis membran sel saraf dapat diasumsikan sebagai kapasitor plat sejajar (

Jayamkondan, et al., 1999; Fang, 2000; Lebovka, et al., 2003; Zudans, et al.,

2007). Rangkaian setara sebuah kapasitor dapat digambarkan seperti Gambar 2.18, berikut.

Rsarafl

Csarafl

Gambar 2.18. Rangkaian setara membran sel saraf.

Rangkaian setara kapasitor tersebut adalah merupakan suatu rangkaian seri antara Rsaraf dan Csaraf. Dimana, Rsaraf adalah merupakan suatu resistansi atau

Secara geometri umum dan dengan hukum-hukum elektrostatika, maka besar suatu resistansi, sesuai dengan persamaan 2.9, dan kapasitansi, sesuai dengan persamaan 2.29, adalah sebagai berikut.

A l

R= ρ 2-36

Dan, untuk sel membran diasumsikan berlaku hubungan berikut ini.

A d A

l

R= ρ =σ−1 _2-37

Dan,

l A

C =ε₀ε_r 2-38

Sehingga, bila persamaan (2-36) dan (2-37) disederhanakan, maka berlaku hubungan C dan R seperti persamaan (2-38), berikut.

σε

1

−

=R

C 2-39

Besaran adalah resistivitas, adalah konduktivitas, l adalah satuan panjang dan A adalah satuan luas dan d adalah diameter sel.

Sedangkan konstanta waktu adalah merupakan perkalian antara R dan C

dalam detik atau :

= RC 2-40

Bila persamaan (2.39) berlaku, maka persamaan (2.40) berikut ini juga akan berlaku, yaitu:

σε ε

τ = 0 r _2-41

Sehingga, sesuai dengan persamaan discharging pada Low pass filter RC

seperti pada Gambar 2.15, maka dapat ditulis seperti persamaan 2.41, berikut. ] 1 )[ ( ) ( τ t e o v t v − −

= 2-42

Proses elektroporasi dapat dijelaskan sebagai suatu pengaruh medan elektrik terhadap dinding membran sel (lipoprotein) yang dapat mengakibatkan destabilisasi temporal, peningkatan potensial transmembran, pada sel membran

Lipid Bilayer dan protein (Jayamkondan, et. al.,1999) atau akan mempengaruhi tegangan membran yang menyebabkan porositas ( Pizzichemi , et al., 2007).

Pengaruh medan elektrik tersebut juga menyebabkan molekul Lipid reorient

sehingga menghasilkan pori hydrophilic. Pada kondisi potensial transmembran meningkat maka dapat mengakibatkan kebocoran pada membran lipid bilayer.

BAB III

BAHAN DAN METODE PENELITIAN

3.1. Tempat Penelitian

Tempat penelitian ini dilaksanakan di beberapa tempat yaitu seperti: 1. Laboratorium Tegangan Tinggi Fakultas Teknik, USU. 2. Laboratorium Mikrobiologi Fakultas Pertanian, MIPA USU. 3. Laboratorium PTKI, Medan.

4. Studi banding di Laboratorium Particle Physic, Universitas Central Florida, USA dan Laboratorium Plasma Physics, Universitas Auburn, Auburn, yang khusus tentang bahagian pembangkit tegangan tinggi.

Sedangkan untuk penyediaan peralatan dilakukan dengan beberapa tahap yaitu:

1. Penyediaan sumber tegangan tinggi 2. Penyediaan komponen tegangan tinggi 3. Penyediaan rangkaian pembentuk pulsa

4. Penyediaan Sphere gap, swiching dengan triggering device

5. Penyediaan Elektroda

6. Penyediaan ruang sampel dan 7. Penyediaan sampel

3.2. Komponen dan Bahan

Komponen atau bahan-bahan pendukung yang dibutuhkan dalam penelitian ini adalah seperti berikut.

3.2.1. Komponen

2. Test Transformator 3. Kabel penyambung 4. Resistor

5. Capasitor 6. Dioda 7. Sphere gap

8. Pipet

9. Elektroda, stainless

Peralatan

Untuk penyediaan peralatan dilakukan dengan sinkronisasi di beberapa laboratorium yaitu laboratorium Mikrobiologi Fakultas Pertanian, MIPA, Teknik, PTKI.

Peralatan yang digunakan adalah seperti yang terdapat di bawah ini. - Generator tegangan tinggi type YHIG-100KV, 5KVA

- Resistor, Rd = 416 ,140 kV; Re = 9500 , 140 kV - Capasitor, Cs = 6000 pF, 140 kV; Cb = 1200 pF, 140 kV - Shpere gap

- Pemicu

- Alat ukur AVO meter

- Oscilloscope dan X-Y Recorder YEW 3023

- Mikroskop, 1000 x; mikroskop monookuler dan stereo

- Ruang sampel: panjang 23 mm, tinggi 10 mm, lebar 10mm dan tebal 1mm yang terbuat dari fiber glass (dielectric strength, 30 MV/m).

3.2.3. Sampel

tanaman. Kemudian, dari tanaman tersebut, nematoda diekstrak sedemikain rupa dan dilakukan di Laboratorium Mikrobiologi Fakultas Pertanian USU.

3.3 Modifikasi Pembangkit Medan Elektrik

Mengingat mahalnya biaya peralatan suatu pembangkit medan elektrik maka hampir semua laboratorium khususnya di Indonesia tidak memilikinya. Sehingga pada penelitian ini telah di coba dengan memodifikasi peralatan yang tersedia.

Untuk membangkitkan suatu tegangan tinggi berpulsa dapat dilakukan dengan berbagai metoda, diantaranya adalah dengan mengumpan rangkaian RC

dari suatu sumber tegangan tinggi (Kerista, 2007).

Untuk mendapatkan lebar pulsa yang sangat sempit dan dengan tegangan yang cukup tinggi, kV, maka dapat dilakukan dengan cara mengatur besaran-besaran komponen pendukung suatu rangkaian, diantaranya adalah: Ototrafo,

Test Trafo, Dioda penyearah, Kapasitor Cs dan Cb, Resistor Rp, Rd dan Re serta pemicu Sphere gap F. Sehingga tegangan output pada U(t) pada gambar (2.7) adalah sama dengan pada persamaan (2-24).

Model rancangan utama elektronik pembangkit medan elektrik secara keseluruhan yang di buat pada penelitian ini adalah seperti model rangkaian elektronik pada gambar 3.1 berikut ini.

Rd Rg.Sampel Re Ototrafo Cb F Rp Elektroda Elektroda D U(t) Test Trafo 1 4 5 6 8 U o ( t= 0) Ja la P LN Cs id ie

Sedangkan sebagai objek pemanfaatan medan elektrik pada penelitian ini adalah suatu chamber, ruang sample, yang berfungsi sebagai komponen C, yang nantinya di isi dengan nematoda tunggal yang diperlakukan sebagai bahan dielektrik, membran saraf. Hal ini dilakukan, karena membran sel atau saraf dapat dianggap sebagai suatu kapasitor plat sejajar (Krauss, 1999; Jayamkondan et. al., 1999; Fang, 2000; Lebovka, et al.2003; Zudans, et. al., 2007).

Untuk perhitungan unjuk kerja sistem secara teoritis dilakukan dengan suatu model dan disimulasi dengan menggunakan pemrograman Matlab Versi 7 R14.

3.4. Prosedur Penelitian

Penelitian eksperimental ini dilakukan dengan suatu prosedur kerja yaitu: 1. Mempersiapkan sumber pembangkit tegangan tinggi dan rangkaian

pembentuk pulsa seperti pada rangkaian Gambar 3.1.

2. Membuat suatu chamber, wadah, sedemikian rupa sebagai ruang sample dan dilengkapi dengan elektroda yang terbuat dari steinless stell dengan ukuran sesuai dengan wadah

3. Mempersiapkan, menguji dan menganalisis generator tegangan tinggi,

sphere gap dengan tegangan pemicu dan Rangkaian pemulsa, RC

4. Memprediksi dan menghitung seberapa besar tegangan elektroda dan medan elektrik, E serta fluksi densitas, D yang bekerja dalam ruang sampel yang isotropik (homogen, linier)

5. Memprediksi dan menentukan seberapa besar medan elektrik dapat mempengaruhi peningkatan potensial yang dialami oleh suatu bahan dielektrik yang diisikan ke dalam ruang sampel terhadap tegangan impuls dan waktu.

6. Sebagai aplikasi, sampel yang digunakan dalam penelitian ini adalah membran saraf.nematoda sebagai bahan dielektrik

7. Melakukan eksperimen untuk melihat dampak variasi tegangan elektroda

peningkatan potensial membran saraf dan menganalisis dampak tersebut dibawah mikroskop.

3.5. Metode Penelitian

3.5.1. Distribusi V dan E Dalam Ruang

Ruang sampel dua dimensi berikut ini dimodelkan sebagai sebuah kapasitor pelat sejajar. Sehingga, distribusi potensial, V dan medan elektrik, E di dalam ruang sampel yang homogen dapat dianggap serbasama asalkan efek fringging

pada tepi kedua elektroda diabaikan. Dengan demikian, distribusi potensial, V

adalah sesuai dengan persamaan (2-4) dan distribusi medan elektrik, E sesuai dengan persamaan ( 2-5).

Distribusi dari kedua besaran V dan E dalam model ruang sampel yang berisi bahan dielektrik homogen dapat digambarkan seperti matrik pada Gambar 3. 2 sebagai berikut.

3.5.2. Distribusi Potensial Dalam Ruang Sampel

Bila salah satu elemen matrik pada ruang sampel dalam garis ekuipotensial V dan garis medan E seperti pada Gambar 3.2, diasumsikan sebagai suatu kapasitor dengan suatu bahan dielektrik, dalam hal ini campuran air, homogen, dengan mikroorganisma, suatu ‘zat pengotor’, membran sel saraf di dalam suatu media dielektrik, maka akan terjadi peningkatan potensial pada ‘zat pengotor’,

tersebut. Situasi ini diperlihatkan yang dialami dibawah medan seperti gambar 3.3 berikut.

Gambar 3.3. Model Ruang Sampel.

Dari Gambar 3.3, kuat medan elektrik, E dan densitas fluksi, D di dalam ruang sampel akibat perbedaan potensial elektroda, Velek maka peningkatan potensial pada membran sel, sebanding dengan lapisan kutikula dan otot atau membran pada nematoda maka dapat ditentukan dengan persamaan 4) dan (2-14), yang sesuai dengan hukum medan elektrostatika dan elektrik maka berlaku juga suatu hubungan tegangan elektroda, Velek seperti berikut ini, (Tarigan, 2008)

Velek =2E_id_i +2E_ld_l +2E_kd_k +2E_od_o +2E_sd_s 3.1 Dan,

s rs o o ro o k rk o k rk o l rl o i i r

o E E E E E E

D=ε ε =ε ε =ε ε =ε ε =ε ε =ε ε 3.2

Dimana: i adalah isolator, l adalah larutan, s adalah sel sara, o adalah otot, k

Umumnya, setiap mikroorganisme mempunyai karakteristik yang spesifik, baik ukuran, jari-jari, potensial membran normal dan dielektrik relatif sel yang berbeda-beda.

Untuk spesifikasi model ruang sampel seperti gambar 3.3 dimana, panjang 23 mm, tinggi 10 mm, lebar 10mm dan tebal 1mm yang terbuat dari fiber glass

(dielectric strength, 30 MV/m), serta konstanta dielektrik relatif: ri =3,4; rt = 3;

rs = 2; air = 80; rk= 4; ro =10, serta dengan masing-masing jarak yang bersesuaian maka hubungan Velek terhadap Es dalam wadah dapat ditentukan. Untuk memperoleh hubungan tersebut yaitu besar tegangan elektroda terhadap medan elektrik tersebut adalah dengan mensubstitusi persamaan (3.2) ke (3.1) dengan terlebih dahulu memasukkan semua nilai konstanta dan jarak yang sesuai, sehingga persamaan umum hubungan antara tegangan elektroda wadah dengan medan elektrik yang timbul pada membran sel saraf, sampel nematoda, diperoleh seperti berikut ini.

Velek = 1439,4 Es 3.3 Sedangkan, potensial Velek adalah tegangan yang dibangkitkan dari tegangan tinggi impulsa adalah sebanding dengan tegangan input dc, Uo = Ui,

yang sesuai dengan persamaan (2-24). Kemudian, apabila nilai-nilai komponen disubstitusi ke persamaan (2-24) maka secara teori diperoleh seperti berikut ini,

(Tarigan, 2007):

U(t) = 0,8387 Ui (_e−t/T1 − _e−t/T2) 3.4 Dan, efisiensi generator pembangkit teghangan tinggi sesuai dengan pada persamaan (2-26), (Kind, 1978), yaitu:

b s s C C C + ≈ η Dengan, b s b s d b s e C C C C R T C C R T + = + = 2

3.5.3. Faktor Peningkatan Potensial Membran Sel

Akibat perbedaan potensial, V diantara kedua elektroda maka akan timbul medan elektrik, E pada membran sel, sehingga akan mengakibatkan peningkatan potensial pada membran sel itu sendiri.

Peningkatan potensial membran sel, dalam hal ini, diasumsikan sesuai dengan formulasi empiris pada persamaan (2-34), Lebovka et al., 2004) atau (2-35), Zudans et. al., 2007).

Dengan demikian, berdasarkan persamaan (2-34) bahwa, besar peningkatan potensial membran sel adalah tergantung kepada factor bentuk fs, jari-jari r dan sudut . Dalam hal ini, fs adalah faktor bentuk, yaitu untuk bentuk sel yang bulat, maka fs = 1. Selanjutnya, pengaruh yang sangat dominan dalam penentuan besar tegangan elektroda, Velek dan medan elektrik, Es adalah factor parameter jari-jari

r dan sudut .

3.5.4. Variabel Pengamatan

Untuk mendapatkan pengaruh besar tegangan elektroda terhadap parametr jari-jari dan sudut yang lebih spesifik maka dilakukan perhitungan dengan memvariasikan parameter jari-jari membran sel, r, sudut dan medianya.

3.5.4.1. Parameter θ

[image:60.595.305.363.113.234.2] [image:60.595.117.512.321.564.2]

Gambar 3.4. Arah medan elektrik, E terhadap sudut θ.

3.5.4.2. Parameter r

Jarak r adalah merupakan jarak vector jari-jari pada membran seperti pada Gambar 3.4. Hal ini dapat didekati dengan mengasumsikan mengikuti fungsi distribusi hukum Gauss, yaitu:

) 2

) (

exp( 2

1 )

( ₂

2

Δ − − Δ

= c c

c

d d d

F

π 3.5

Dimana, d_c adalah diameter rata-rata danΔ adalah standard deviasi sel. Persamaan (3-5) dapat didekati dengan distribusi

c

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil penenelitian medan elektrik akibat peningkatan beda tegangan pada membran sel saraf nematoda yang dilakukan adalah berdasarkan metoda medan elektrik, peralatan modifikasi, dan sesuai dengan rangkaian desain utama seperti pada Gambar 3.1. Sedangkan permodelan untuk ruang sampel adalah seperti pada Gambar 3.3 dan dengan prosedur penelitian seperti pada bahagian 3.4, maka dapat ditentukan suatu hubungan peningkatan potensial tegangan tinggi impulsa pada ruang sampel Velektroda, Velek, dan dampaknya pada membran saraf akan analisis.

Sebagai perbandingan, akan dilakukan terlebih dahulu suatu perhitungan secara teoritis, yaitu perhitungan secara komputasi untuk masing-masing bagian dengan pemrograman Matlab 7 R14. dan membandingkannya dengan hasil