BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Tempat Dan Waktu Penelitian
Tempat penelitian ini dilaksanakan dibeberapa tempat seperti:
1. Fakultas Teknik Elektro USU Laboratorium Tegangan Tinggi.
2. Fakultas Biologi FMIPA USU Laboratorium Mikrobiologi.
Waktu penelitian dilakukan mulai bulan Maret sampai dengan Juni 2013.
Di dalam melakukan penelitian terlebih dahulu dipersiapkan peralatan dengan
berbagai tahap yaitu:
1. Penyediaan sumber tegangan tinggi.
2. Penyediaan komponen tegangan tinggi.
3. Penyediaan rangkaian pembentuk pulsa.
4. Penyediaan sela picu/sphere gap,switchingdengantriger device. 5. Penyediaan elektroda yang terbuat dari materialstainless stell. 6. Penyediaan ruang sampel dan
7. Penyediaan sampel.
3.2. Komponen Dan Bahan
Komponen dan bahan yang dipergunakan dalam penelitian ini merupakan
bagian-bagian dari peralatan unit pembangkit tegangan tinggi impulsa, dan
beberapa peralatan diluar dari unit tersebut dipergunakan untuk mengukur dan
mendukung pengambilan data.
Peralatan pembangkit tegangan tinggi impulsa terdapat di Fakultas Teknik
Laboratorium Tegangan Tinggi, adapun komponennya dan beberapa alat
pengukur untuk mendukung pengambilan data dalam penelitian ini adalah sebagai
berikut:
1. Oto transformator.
2. Test transformator.
3. Kabel penyambung.
5. Capasitor.
6. Dioda.
7. Sela picu atauSphere Gap.
10. Generator tegangan tinggi type YHIG-100KV, 5 KVA. 11. Resistor, Rp = 416 Ω, 140 kV; Rs = 9500Ω, 140 kV. 12. Capasitor, Cs = 6000 pF, 140 kV.
13. Sela picu atauSphere Gap
14. Pemicu.
15. Alat ukur AVO meter.
16. Oscilloscope dan X-Y recorder YEW 3023
Pada penelitian ini kedua elektroda didesain sesuai dengan kebutuhan yang
lebih kecil dari ukuran chamber, tujuannya adalah untuk menghindari terjadinya loncatan listrik atau efek frigging antara elektroda, adapun gambaran secara fisik yang dipakai dalam penelitian ini adalah seperti gambar 3.2, dibuat dari material
stainless stell dengan bentuk lingkaran, ukuran elektroda negatif d =10 mm dan
elektroda positif d = 6mm, sedangkan ruang sampel berbentuk silinder dengan
tinggi =19 mm, r = 14mm dan tebal = 2mm terbuat dari acrylic ( dielectric strength500 V/mm), seperti gambar 3.3.
3.2.1. Bahan dan Peralatan
Untuk penyediaan peralatan dan bahan yang dilakukan di Fakultas Biologi
FMIPA Laboratorium Mikrobiologi adalah seperti yang terdapat di bawah ini:
a. Cawan petri.
b. Tabung Reaksi.
c. Cultur escericia coli.
d. Larutan MC Farland.
e. H2O(Aquades). f. Larutan NaCl
g. PCA (Plate Count Agar)
j. Alkohol.
k. Gelas ukur 500ml
l. spidol, kertas label.
m. spatula
n. Beaker glass
3.2.2. Sampel
Sebagai objek pada penelitian ini adalah suatu mikroorganisme yaitu
bakteri escherichia coli, yang telah dikulturkan sebelumnya di Laboratorium Mikrobiologi. Dalam pembuatan sampel dilakukan beberapa proses, seperti
sterilisasi untuk menghindari kontaminasi, metode penghitungan bakteri melalui
pengenceran, yang dilakukan di Fakultas Biologi FMIPA Laboratorium
Mikrobiologi.
3.2.3. Penghitung Jumlah Koloni atauColony Counter
Koloni bakteri adalah sekumpulan dari bakteri-bakteri yang sejenis yang
mengelompok menjadi satu dan membentuk suatu koloni-koloni. Untuk
mengetahui pertumbuhan suatu bakteri dapat dilakukan dengan menghitung
jumlah koloni bakteri. Metode yang biasa digunakan adalah metode pour plate atauhitung cawan. Metode ini mengasumsikan jumlah bakteri yang ditanam pada suatu cawan sama dengan jumlah koloni pada cawan tersebut. Untuk
memudahkan menghitung koloni yang berjumlah ratusan pada metode ini
perhitungan dapat dilakukan dengan cara menghitung hanya seperempat pada
bagian cawan dengan hasil perhitungan jumlah perhitungan tersebut dikalikan
Gambar 3.1 Alat Penghitung Koloni
3.2.4 Pembangkit Medan Elektrik
Peralatan suatu pembangkit medan elektrik untuk membangkitkan suatu
tegangan tinggi berpulsa dapat dilakukan dengan berbagai metoda, diantaranya
adalah dengan mengumpan rangkaian RC dari suatu sumber tegangan tinggi
(Kerista, 2007). Dalam penelitian ini rangkaian yang dipergunakan adalah generator impul atau rangkaian RLC.
Untuk memperoleh tegangan yang cukup tinggi, kV, dan lebar pulsa yang
sangat sempit maka dapat dilakukan dengan cara mengatur besaran-besaran
komponen pendukung suatu rangkaian, diantaranya adalah: Ototrafo, Test trafo,
Dioda penyearah, Kapasitor C, Resistor Rp, Rs, L dan Ro serta pemicu sphere gap, F. Sehingga tegangan out put pada Vo pada gambar (2.7) adalah sama dengan pada persamaan (2-24). Rancangan secara elektronik pembangkit medan
Gambar 3.2 Model Rangkaian Penelitian
Adapun sebagai objek dari penggunaan medan elektrik pada penelitian ini
adalah suatu chamber, ruang sampel, yang terbuat dari bahan dielektrik yang berfungsi sebagai komponen kapasitor C.
Sesuai dengan prinsip dasar dari kapasitor C, dimana diantara kedua plat
konduktor dibuat bahan dielektrik, lalu dalam penelitian ini yang menjadi objek
pengamatan adalah bakteri escherichia coli yang merupakan sel, dan sel tersebut terdiri dari membran. Sel bakteri escherichia coli dalam penelitian ini diperlakukan sebagai bahan dielektrik.
Bahan elektroda yang terbuat daristainless stell yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah seperti di bawah ini:
Dalam penelitian ini chamber atau ruang sampel didesain seperti gambar 3.4 dibawah ini.
Gambar 3.4 Chamber bentuk silinder
3.3. Prosedur Penelitian
Penelitian ini dilakukan dengan suatu prosedur kerja sebagai berikut:
1. Mempersiapkan sumber pembangkit tegangan tinggi dan rangkaian
pembentuk pulsa seperti rangkaian gambar 3.2
2. Membuat suatuchamber, wadah sedemikian rupa sebagai ruang sampel dan dilengkapi dengan elektroda yang terbuat dari stainless
stell dengan ukuran lebih kecil dari wadah seperti gambar 3.3 dan
gambar 3.4.
3. Mempersiapkan, menguji dan menganalisa generator tegangan
tinggi, sphere gap dengan tegangan pemicu dan rangkaian pemulsa, RLC.
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 membran sel di
dalam ruang sampel.
6. Sampel yang digunakan dalam penelitian ini adalah bakteri
7. Melakukan eksperimen untuk melihat efek variasi tegangan dengan
set-upsebagai berikut:
Dengan cara bakteri escherichia coliyang berada dalam media air dimasukan kedalam chamber dengan volume 10 ml, lalu ditutup dengan menggunakan bahan acrylic atau bahan dielectrik.
Chamber tersebut diletakkan diantara kedua elektroda lalu diberikan tegangan mulai dari 20 kV, 40 kV, 50 kV, 55 kV
kemudian diamati dengan memasukkan bakteri yang telah
diberikan perlakuan didalam petri sehingga terlihat bacteri yang
bertahan hidup. Setelah diamati lalu dibandingkan dengan kontrol
didalam cawan petri, dan jumlah koloni dihitung dengan menggunakan colony counter atau penghitung jumlah koloni. Dan
flow chartpenelitian dibuat dalam lampiran.
3.4. Distribusi Potensial Dalam Ruang Sampel
Distribusi potensial, V dan medan elektrik,E di dalam ruang sampel yang homogen dapat dianggap serba sama asalkan efek fringging pada tepi kedua elektroda diabaikan. Ruang sampel dua dimensi berikut ini dimodelkan sebagai
sebuah kapasitor plat sejajar. Dengan demikian, distribusi potensial, V adalah sesuai dengan persaman (2-2).
Distribusi dari kedua besaran V dan E dalam model ruang sampel yang berisi bahan dielektrik homogen dapat digambarkan seperti matrik pada Gambar
3.5 sebagai berikut:
Gambar 3.5 Distribusi Garis Ekuipotensial,VMedan Elektrik,ERuang Sampel. Garis equipotensial, V
Garis medan elektrik, E D
+V
Apabila salah satu elemen matrik pada ruang sampel dalam garis
ekuipotensial V dan garis medan E seperti pada gambar 3.5 diatas, diasumsikan sebagai suatu kapasitor C dengan suatu bahan dielektrik, dalam hal ini campuran
air homogen dengan mikroorganisme, membran sel syaraf di dalam suatu media
dielektrik, maka akan terjadi peningkatan potensial pada membran syaraf tersebut.
Mikroorganisme bakteriescherichia coli yang terdiri dari membran sel di dalam suatu media dielektrik, akan mengalami peningkatan potensial pada
keseluruhan media yang terdapat dalam pengaruh medan elektrik yang terdapat
dalam ruang sampel tersebut. Situasi ini diperlihatkan yang dialami di bawah
medan elektrik seperti Gambar 3.6 berikut.
Gambar 3.6 Model Ruang Sampel
Dari gambar 3.6 di atas, kuat medan elektrik, E dan densitas fluks, D di dalam ruang sampel diakibatkan oleh perbedaan potensial elektroda, Velek,
sehingga terjadi peningkatan potensial pada membran sel sebanding dengan
lapisan membran pada bakteriescherichia coli.
Umumnya setiap organisme 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 3.6, dimana bentuk
ruang yang dibuat adalah bentuk silinder dengan ukuran yang dibuat adalah,
diameter 28 mm, tinggi 19 mm dan ketebalan bahan material dielektrik dari
3.5. Faktor Peningkatan Potensial Membran Sel
Peningkatan potensial pada membran sel disebabkan perbedaan potensial,
V yang diberikan diantara kedua elektroda dan timbulnya medan elektrik, E
Peningkatan potensial membran sel, dalam hal ini, diasumsikan sesuai dengan
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Adapun penelitian dari efek medan elektrik terhadap membran sel pada
bakteri Escherichia coli yang dilakukan adalah berdasarkan metoda medan elektrik, peralatan modifikasi dan elektroda yang terbuat dari stainless stell yang dibuat ukuranya lebih kecil dari chamber seperti gambar 3.3 Kemudian modifikasi untuk ruang sampel adalah seperti gambar 3.4.
Prosedur penelitian dilakukan seperti pada subbab 3.3, sehingga dapat ditentukan
hubungan potensial tegangan tinggi impuls pada ruang sampel Velektroda,Velek, dengan intensitas medan elektrik dan akibatnya terhadap potensial transmembran
sel pada bakteri escherichia coli. Adapun hasil dan pembahasan penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut: .
4.1. Data Hasil Penelitian
Data dari hasil penelitian yang dilakukan terhadap objek membran sel pada
bakteri escherichia coli, yang diperoleh berdasarkan model rangkaian penelitian, dimana untuk setiap kenaikan tegangan adalah proporsional terhadap peningkatan
intensitas medan elektrik.
Sedangkan efek intensitas medan elektrik yang diatur dengan peningkatan
tegangan terhadap potensial transmembran sel pada bakteri escherichia coli, dilakukan pengamatan pada cawan petri dan penghitungan jumlah bakteri
escherichia coli yang bertahan hidup dengan menggunakan penghitung koloni ataucolony count.
Adapun perlakuan tegangan yang dimulai dari 20 kV, 40kV 50kV dan
55kV yang proporsional dengan peningkatan intensitas medan elektrik terhadap
peningkatan potensial transmembran sel adalah karena pada tegangan tersebut
diperkirakan membran sel telah mengalami rupturesesuai dengan persamaan dan kondisi kritis sel di atas 1,4 volt, dan untuk melihat bahwa terjadinya efek adalah
Tabel 4.1 Data Pengendalian TeganganVinDanVelekDan Efek Medan Elektrik TerhadapEscherichia coli
No (kV) Colony Forming Unit (CFU)
1 20 331
2 20 318
3 20 307
4 40 330
5 40 290
6 40 279
7 50 293
8 50 240
9 50 232
10 55 243
11 55 212
12 55 225
T = 230C, P = 760 mmHg, n=3 kali perulangan, t = µs, jumlah bakteri= 400 koloni, dc= 0,5, Media air, wadah sampel = petri, lama perlakuan <15 menit.
4.2. Data Foto Dengan Variasi Tegangan
Data dari hasil penelitian dengan variasi tegangan yang proporsional
dengan medan elektrik, E pada elektroda seperti pada tabel 4.1 dan foto seperti pada gambar berikut ini.
Gambar 4.1 BakteriEscherichia Colidi dalam Petri Sebagai Kontrol
Dari data penelitian di dalam cawan petri yang dbandingkan dengan
variasi tegangan mulai dari 20 kV, 40kV, 50kV dan 55 kv dapat dilihat pada
Gambar 4.2 Perbandingan Jumlah Koloni BakteriEscherichia Colidi dalam Petri Variasi Tegangan 20 kV, 40kV, 50kV, 55kV.
Dari data gambar 4.1 adalah kontrol yang digunakan sebagai acuan untuk
membandingkan dengan data yang lain yang diberikan perlakuan.
Gambar 4.4 BakteriEscherichia Colidi dalam Petri Tegangan 40 kV
Gambar 4.6 BakteriEscherichia Colidi dalam Petri Tegangan 55 kV
4.3. Analisa Data Penelitian Objek
Dari data pada tabel 4.1 dan foto bakteri escherichia coli mulai dari gambar 4.1 sampai dengan 4.5 dalam cawan petri menggambarkan adanya
perubahan jumlah bakteri yang bertahan hidup.
Perubahan yang terjadi terhadap jumlah bakteri escherichia coli yang bertahan hidup disebabkan oleh pengaruh perubahan potensial yang proporsional
terhadap peningkatan intensitas medan elektrik di dalam chamber. Chamber yang
berisi objek penelitian yakni bakteri escherichia coli terdiri dari membran sel bersifat sebagai bahan isolator dan lapisan bilayer yang terdiri dari lemak dan
protein yang berfungsi untuk mengatur keluar masuknya zat yang berperan dalam
aktivasi sel, hereditas dan kelangsungan hidup sel.
Membran sel yang dipengaruhi oleh medan elektrik sampai pada tingkat
potensial transmembran kritis akan mengubah sifat isolator membran menjadi
konduktor, dan yang terjadi adalah terciptanya pori baru yang dapat dilalui oleh
ion-ion dengan bebas tanpa selektifitas membran sel dalam menjaga pengaruh luar
sel yang dapat merusak membran sel, yang dapat menghentikan kehidupan sel dan
sel menjadi tidak normal dan rusak sehingga mengakibatkan kematian bakteri
ion-elektrik, Eyang kuat sehingga secara kimia, muatan atau ion-ion negatif di dalam membran keluar dari dalam membran dan sebaliknya, reorient, terjadi kreasipore hydrophylic sehingga dapat menghantarkan medan listrik yang menyebabkan membran selirreversibel.
Hal ini menunjukkan bahwa kekuatan dielektrik(membran sel)yang berisi material lipoprotein dan karbohidrat telah rusak atau terjadi pemaksaan sifat dari
material atau bahan dielektrik (isolator) menjadi konduktor, akibatnya metabolisma dan potensial tubuh sebagai energi aktivasi pada saraf menjadi
terhenti, mati. Gambar 4.6 reorient ion-ion, (A) normal, (B) ionisasi (C) reorient pada membran adalah seperti gambar berikut.
Gambar 4.7. SkemaReorientIon-Ion
Peningkatan potensial elektroda proporsional dengan peningkatan
intensitas medan elektrik E, yang mengakibatkan peningkatan potensial pada membran sel, dimana potensial transmembran di atas 1,4 volt akan mengakibatkan
kondisi kritis pada sel atau terjadinya kerusakan pada membran sel.
Jumlah bakteri escherichia coli yang bertahan hidup berkurang ketika intensitas medan elektrik diberikan lebih tinggi, dengan proses ionisasi lebih
tinggi dan peningkatan konsentrasi ion-ion pada membran sel juga meningkat
sesuai dengan potensi Nernst. Dari tabel 4.1 didapatkan efek perubahan tegangan
Gambar 4.8 Grafik Jumlah Bakteri yang bertahan hidup
Dari grafik di atas menunjukkan bahwa efek perubahan peningkatan
tegangan mempengaruhi jumlah yang bertahan hidup semakin berkurang.
Pengurangan ini dikarenakan oleh setiap peningkatan tegangan akan proporsional
terhadap intensitas medan elektrik dan peningkatan potensial transmembran sel.
Dimana peningkatan potensial sampai pada tingkat kritis akan mengakibatkan
kerusakan membran sel dan berakhir kematian sel dan bakteri escherichia coli.
Hubungan peningkatan tegangan terhadap intensitas medan elektrik dapat dilihat
pada gambar 4.15.
Dengan menggunakan persamaan 2.2 didapatkan hubungan antara
tegangan dan intensitas medan elektrik. Nilai intensitas medan elektrik dari
perubahan tegangan yang diberikan dapat diperoleh berdasarkan ukuran chamber
yang dibuat. Nilai-nilai perubahan intensitas medan elektrik dari perubahan
tegangan yang diberikan, dan dapat dilihat pada tabel 4.2 sebagai berikut.
Tabel 4.2 Hubungan Tegangan dan Medan Elektrik
No Tegangan (Kilo volt) Medan Elektrik, E (kV/cm)
1 20 10,53
2 40 21,09
3 50 26,31
4 55 28,9
Dari tabel 4.2 yaitu hubungan antara tegangan dan intensitas medan
elektrik dapat dilihat bahwa setiap kenaikan tegangan proporsional dengan
kenaikan intensitas medan elektrik. Pada penelitian ini tegangan yang diberikan
terhada p sampel adalah mulai dari tegangan 20 kV, 40 kV, 50 kV dan 55 kV, dari
pemberian tegangan akan mengakibatkan terjadinya medan elektrik di dalam
chamber.
Medan elektrik yang dihasilkan adalah mulai dari 20kV/19mm,
40kV/19mm, 50kV/19mm dan 55kV/19mm. Medan elektrik yang dihasilkan akan
mengakibatkan terjadinya perubahan potensial transmembran sel, dan perubahan
potensial transmembran ini akan mempengaruhi proses yang terjadi dalam
aktifitas membran sel. Dimana aktifitas membran sel dipengaruhi oleh kondisi
lingkungan.
Kondisi normal pada potensial membran sel adalah antara 0,14 Volt
sampai dengan 1,4 Volt. Pada kondisi normal potensial membran sel aktifitas
membran sel didalam menyeleksi atau sebagai pengatur lalu lintas zat keluar
masuk sel akan berjalan dengan baik, dan sel akan baik.
Dari Tabel 4.2 didapatkan hasil bahwa perobahan tegangan proporsianal
dengan kenaikan intensitas medan elektrik, kenaikan intensitas medan elektrik
akibat perubahan tegangan tersebut dapat ditunjukkan pada grafik 4.8 sebagai
Gambar 4.9 Grafik hubungan tegangan dengan medan elektrik
Dari grafik hubungan antara tegangan dan intensitas medan elektrik dapat
menunjukkan bahwa setiap peningkatan tegangan akan meningkatkan intensitas
medan elektrik.
Dari persamaan 2.35 dapat ditentukan hubungan antara potensial transmembran, ΔVs dengan medan elektrik, E. Potensial transmembran akan dipengaruhi oleh intensitas medan elektrik, sedangkan peningkatan medan
elektrik adalah karena peningkatan tegangan.
Peningkatan intensitas medan elektrik yang mengakibatkan peningkatan
potensial transmembran sel dapat dilihat pada tabel 4.3 sebagai berikut:
Tabel 4.3 Hubungan Potensial Transmembran (Volt) dengan Medan Elektrik (E)
No Potensial Transmembran, ΔVs(Volt) Medan Elektrik,E kV/cm
1 1,97 10,53
Dari tabel 4.3 dapat dilihat bahwa hubungan antara intensitas medan
elektrik dan potensial transmembran adalah proporsional, dimana untuk setiap
kenaikan intensitas medan elektrik akan meningkatkan potensial membran sel.
Sedangkan peningkatan potensial transmembran sampai pada tingkat kritis akan
berakibat terhadap membran sel, dimana membran sel akan mengakibatkan
reduksi ketebalan, akan terjadi pengecilan pada membran sel dan menyebabkan
terjadinya peningkatan kreasi pore hydrophylic pada lipid bilayer sehingga terjadi
kebocoran, akibat dari kebocoran maka akan mengakibatkan depolarisasi dan
peningkatan konsentrasi ion-ion positip di dalam dan ion-ion positip di dalam dan
ion-ion negatif keluar dari membran sel.
Membran sel yang mengalami rupture disebabkan oleh karena kondisi potensial membran sel diatas 1,4 volt, kondisi ini adalah bahwa sel telah
mengalami kegagalan fungsi membran sel, membran sel yang sebelumnya
berfungsi untuk memisahkan, mengatur, menyeleksi keluar masuknya unsur-unsur
yang berpengaruh terhadap kelangsungan hidup sel, pada kondisi kritis akan
mengakibatkan sel menjadi tidak beerfungsi dan mempengaruhi kelangsungan
hidup sel. Dengan keadaan sedemikian maka yang terjadi adalah kematian sel atau
kematian bakteriescherichia coli.
Dari tabel 4.3 dapat ditunjukkan hubungan antara intensitas medan elektrik
dengan kenaikan potensial transmembran. Dimana setiap kenaikan intensitas
medan elektrik akan menaikkan potensial transmembran, grafik hubungan
kenaikan intensitas dan peningkatan potensial transmembran sel dapat
Gambar 4.10 Grafik Hubungan Medan Elektrik,E Potensial Transmembran sel
Dari grafik hubungan antara intensitas medan elektrik dengan potensial
transmembran sel di atas didapatkan bahwa setiap kenaikan intensitas medan
elektrik akan berpengaruh terhadap kenaikan potensial transmembran sel.
Potensial transmembran sel adalah potensial atau tegangan yang terdapat dalam
sel.
4. 4. Analisa Rupture Pada Lipid Bilayer.
Dari data tegangan yang diberikan, diawali dengan tegangan 20kV, 40kV,
50 kV dan 55kV bila dibandingkan dengan kontrol telah terjadi efekbreakdown, rupture, kerusakan bahan dielektrik membran sel bakteriescherichia coli.
Sesuai dengan persamaan (2-35), diameter membran sel 0,5µm dapat dibuktikan
dalam kondisi normal yaituΔVs=0,4Vdan dalam kondisi kritisΔVs>1,4V.
Menurut teori bahwa dielektrik rupture terjadinya pemecahan dinding
membran sel sehingga terjadi penonaktifan mikroorganisme, dimana peningkatan
potensial transmembran dengan perturbasi medan elektrik dapat mengakibatkan
efek merusak, dan mereduksi ketebalan dinding sel (Fan, et al., 2006),
10,53
ΔVs= 0,75 dc E Cosθ
Jika harga medan elektrik, E pada perlakuan mulai dari 20kV/19mm,
40kV/19mm 50kV/19mm dan 55kV/19mm diuji untuk membuktikan kondisi
kritis membran (θ=600) maka diperoleh:
E = ∆௦
,ହ௦ఏௗ , untuk E = 20kV maka: ∆ܸݏ = 0,75. Cos600.0,5µm.20kV/19mm
= 1,97 V.
Untuk E = 40kV/19mm maka ∆ܸݏ = 2x 1,97V = 3,94V, E = 50kV/19mm maka
∆ܸݏ = 4,93V dan E = 55kV/19mm maka ∆ܸݏ = 5,43V jika dilihat nilai ∆ܸݏ diatas maka semua nilainya diatas kondisi kritis atau sel membran telah
mengalamirupture.
Kondisi ini dapat dijelaskan bahwa terjadi kondisi rupture adalah apabila
intensitas medan elektrik yang sangat kuat, melebihi potensi kritis transmembran
yang akan mengakibatkan reduksi ketebalan, mengecil pada membran dan
menyebabkan terjadinya peningkatan kreasi pore hydrophylic pada Lipid Bilayer sehingga terjadi kebocoran, rusak, rupture, sehingga arus lisrik mengalir dan akhinya memmbran menjadi irreversibel. Akibat terjadi kebocoran maka zat-zat kimia di dalam membran keluar sehingga escherichia coli mati. Dan bila dibandingkan dengan penelitian terdahulu sesuai dengan model simulasi untuk
bakteri umumnya berkisar 25 kV(Tarigan K, 2008)
4.5. Analisa Rangkaian RLC
Rangkaian pembentuk pulsa impuls umumnya dapat dibangun dengan
berbagai bentuk rangkaian seperti, rangkaian generator impuls RC, RLC, MARX
dan sebagainya.
Dalam penelitian ini rangkaian generator impuls adalah dengan
menggunakan rangkaian RLC. Generator ini membutuhkan tegangan tinggi DC
yang tegangan keluarannya dapat diatur, dan yang dipergunakan dalam penelitian
ini memiliki karakteristik dengan proses pelepasan muatan dalam waktu yang
DC dapat mencapai target atau membran sel dalam waktu yang sangat singkat
yaitu mikrodetik.
Dari gambar 3.2, rangkaian generator ini membutuhkan tegangan tinggi
DC, dimana tegangan tinggi DC dihasilkan dari penyearah atau dioda yang
tegangan keluarannya dapat diatur. Generator pembangkait impuls ini dilengkapi
dengan sela picu F. Sumber tegangan tinggi DC yang melalui resistor RP akan
mengisi kapasitor pemuat C, misalnya dalam hal rangkaian ini tegangan kapasitor
pemuatnya sebesar V. Jika sela picu diopersikan, maka sela elektrodaFterhubung singkat dalam waktu yang sangat singkat. Melalui sela picu ini muatan kapasitor
C dilepaskan ke rangkaian Rs, L, dan R0. Nilai resistor Rp dibuat besar untuk menghambat muatan yang datang dari sumber tegangan tinggi DC selama proses
pelepasan muatan dari kapasitorCberlangsung.
Karena pelepasan muatan dari kapasitor muatan C berlangsung dalam waktu yang sangat singkat dan nilai resistor Rp dibuat besar, maka muatan yang datang dari sumber tegangan DC dapat dianggap tidak ada. Karena itu selama
proses pelepasan muatan, tidak ada muatan yang sempat mengisi kapasitor
muatan C. Artinya, hanya muatan pada kapasitor pemuat C yang dilepaskan ke rangkaianRs,L,danR0.
Dari gambar 2.7 rangkaian Ekuivalen Generator Setelah Sela Picu Bekerja
nilai R, LdanC dapat diatur, tegangan keluaran generator sama dengan tegangan pada resistorR0yaitu
V0 = i R0
Bentuk gelombang yang dihasilkan persamaan 2-19 ditunjukkan pada
gambar 2.8. Dari gambar 2.8 dapat ditentukan lebar pulsa yaitu, mencari titik P
pada muka gelombang yang menunjukkan tegangan pulsa sama dengan 0,3 kali
tegangan puncak Vmaks, karena titik acuan waktu untuk tegangan pulsa petir tidak
sama dengan nol. Lalu dicari titik Q pada muka gelombang yang menunjukkan
tegangan pulsa sama dengan 0,9 kali tegangan puncak Vmaks. Lalu ditarik garis
lurus dari titik P ke titik Q sehingga memotong sumbu waktu. Titik potong garis
Suatu tegangan pulsa dinyatakan dengan tiga besaran, yaitu tegangan
puncak Vmaks, waktu muka Tf , dan waktu ekor Tt . Dan Tt adalah lamanya berlangsung impuls hubung buka dengan nilai tegangan lebih besar daripada
0,9Vmaks. Beberapa negara telah membakukan waktu muka dan waktu ekor ini.
Menurut IEC, waktu muka dan waktu ekor untuk tegangan impuls petir adalah;
Tf x Tt = 1,2 x 50µs sedangkan waktu muka dan waktu ekor untuk tegangan impuls hubung buka adalahTfxTt= 1,2 x 50µs.
Untuk nilai waktu mencapai tegangan maksimum diperoleh dengan
membuat turunan pertama persamaan 2-19 sama dengan nol (dV/dt=0), hasilnya adalah:
ܶ= ఈభିଵିఈమlnమభ
NilaiTf ini disubstitusikan ke dalam persamaan 2-19 yang menghasilkan
ܸ௦ =ோோ(బఈ(మఈିఈమାఈభ)భߝ
ഀభ
ഀభషഀమ୪୬ಉమಉభ −ߝഀభషഀమഀమ ୪୬ಉమಉభ
Sedangkan untuk menetukan nilai R, L dan C adalah sebagai berikut.
Dalam merencanakan suatu generator impuls, terlebih dahulu ditentukan
spesifikasi tegangan keluarannya yaitu tegangan puncak (Vmaks), waktu muka gelombang Tf dan waktu ekor gelombang Tt. Disamping itu, ditentukan juga kapasitasnya(W)dan efesiensi tegangan generator (ߟ) yang diinginkan.
Dengan diketahuinya semua spesifikasi di atas, besarnya komponen R, L
dan C dapat ditentukan. Kapasitas generator impuls dinyatakan sebagai energi
yang tersimpan pada kapasitor pemuat, yaitu:
ݓ =ଵ
Dari persamaan 2-25 ini besar kapasitansi kapasitor pemuat C dapat
dihitung. Persamaan 2-22 menyatakan bahwa waktu muka gelombang tegangan
adalah
ܶ =ఈభିଵିఈమlnమభ.
Salah satu instrumen dasar untuk menganalisa besaran – besaran dalam
adalah dengan menggunakan osiloskop. Berikut ini adalah foto gambar osiloskop
yang menggambarkan pulsa.
Gambar 4.11 osiloskop dan grafik pulsa.
Osiloskop merupakan rangkaian alat untuk pengukuran dan analisa bentuk
gelombang serta gejala lain dalam rangkaian elektronik dengan memanfaatkan
masukan berupa sinyal-sinyal listrik.
Tegangan adalah besaran beda potensial listrik, dinyatakan dalam volts
antara dua titik rangkaian. Tegangan diukur dari puncak kepuncak yaitu dari dari
titik puncak maksimum ke titik puncak minimum. Pengukuran tegangan
dilakukan dengan menghitung jumlah pembagi yang meliputi muka gelombang
pada bagian skala vertikal. Sinyal dapat diatur dengan mengubah–ubah kontrol
vertikal dan pengukuran terbaik dalam skala volts/div. Untuk mengukur
amplitudo puncak ke puncak sinyal sinus menggunakan rumus dibawah ini
Vpp = (jumlah div arah vertikal) x (Volts/div)
Pada saat pengukuran waktu dengan menggunakan skala horizontal pada
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Dari data yang didapat pada penelitian ini dan dari hasil analisa yang
diperoleh maka dapat diambil kesimpulan dan saran sebagai berikut.
5.1. Kesimpulan
1. Dari perlakuan yang diberikan terhadap objek penelitian mulai
dari tegangan 20 kV hingga tegangan 55kV sesuai dengan gambar 4.2
sampai dengan gambar 4.5 dengan intensitas medan elektrik 10.53kV/cm,
21,09kV/cm, 26,31kV/cm dan 28,9 kV/cm terjadinya efek medan elektrik
pada tingkat molekuler, dimana efek dari intensitas medan elektrik
mengakibatkan peningkatan potensial kritis transmembran sel
mengakibatkan reduksi ketebalan, mengecil pada membran sel dan
menyebabkan terjadinya peningkatan kreasi pore hydrophylic pada Lipid Bilayersehingga terjadi kebocoran, rusak, rupture.
2. Efek medan elektrik pada kondisi kritis dimana potensial
transmembran lebih besar dari 1,4kV akan mengakibatkan pengaruh
terhadap membran sel dan akan mengalami rupture dan kematian sel
bakteriescherichia coli.
5.2. Saran
Oleh karena keterbatasan penulis, penelitian ini dilakukan pada
membran sel bakteri dengan menggunakan medan elektrik, maka
diperlukan suatu penelitian tentang aplikasi medan elektrik pada kanker,
