F23-1
MENGUJI KEMURNIAN MADU
MELALUI PENGUKURANVISKOSITAS ZAT CAIR
Santi Somi S. Saefatu, Andreas Setiawan
Program Studi Pendidikan Fisika, Fakultas Sains dan Matematika, Universitas Kristen Satya Wacana,
Jl. Diponegoro 52-60 Salatiga 50711, Indonesia
e-mail : santysaefatu@yahoo.co.id
ABSTRAK
Ciri khas zat cair adalah kental atau viscous, dimana kekentalannya berbeda-beda misalnya kekentalan madu berbeda dengan minyak goreng. Dalam penelitian ini madu digunakan sebagai sampel untuk bahan perbandingan. Madu mempunyai manfaat penting dalam kehidupan manusia antara lain dari segi pangan, kesehatan, dan kecantikan. Banyaknya manfaat madu bagi kehidupan manusia, maka penelitian ini bertujuan untuk, menguji kemurnian madu melalui pengukuran viskositas zat cair dengan menggunakan hukum Stokes. Hal ini tidak saja pada madu murni tapi juga untuk madu campuran air dengan volume yang berbeda-beda . Ternyata setelah dilakukan penelitian, maka diketahui bahwa nilai viskositas dari madu murni lebih tinggi dari madu dengan campuran air yaitu 7,05 X 103 cP, sedangakan nilai viskositas dari madu dengan campuran air 35 ml viskositasnya 4,07 X 103 cP, madu campuran air 50 ml viskositasnya 2,87 X 103 cP, dan madu campuran air 70 ml viskositasnya 1,71 X 103 cP. Metode ini berhasil membedakan nilai viskositas dari madu murni dan madu campuran air dengan berbagai volume.
Kata kunci: Viskositas, madu, Stokes
PENDAHULUAN
Salah satu sifat zat cair adalah kental (viscous) dimana zat cair memiliki koefisien kekentalan yang berbeda-beda, misalnya kekentalan madu berbeda dengan minyak goreng. Madu mempunyai manfaat penting dalam berbagai aspek antara lain dari segi kesehatan[1], kecantikan[2], dan pangan[3]
Namun saat ini banyak sekali madu palsu yang diperjual belikan dipasar-pasar tradisional. Para penjual yang nakal biasanya mencampurkan sedikit madu asli dengan gula tebu atau gula merah dan ditambahkan asam sitrat untuk rasa asamnya serta enzim untuk menimbulkan kesan. Ada beberapa cara yang bisa dipakai guna untuk mengetahui keaslian madu yang akan dibeli yaitu[4]:
• Jika madunya asli, ketika dicampur dengan 2 sendok makan kuning telur maka akan tampak mengkristal saat madu dikocok.
• Apabila madu anda asli saat dikocok dalam botol akan berbusa, busa dan udara akan naik dan menekan tutup botol sehingga ketika tutup botol dibuka akan terdengar suara letupan kecil, letupan itu juga bisa terjadi karena adanya fermentasi karena gas.
• Madu tidak akan merembes ketika diteteskan diatas kertas.
• Madu tidak akan membuat air keruh ketika dituangkan dalam gelas yang berisi air, tapi madu akan langsung jatuh kedasar wadah.
• Batang korek api yang dicelupkan kedalam larutan madu beberapa saat kemudian dikeluarkan dan dibakar batang korek api tersebut akan nyala.
Kelebihan dari metode diatas yaitu, alat yang dipergunakan sederhana dan ada disekitar kita. Kelemahannya, kita tidak dapat mengetahui apa yang menyebabkan madu tidak dapat merembes ke kertas karena itu hanya sebuah keyakinan saja. Dari metode diatas muncullah masalah bagaimana mengetahui madu yang asli secara fisis.
F23-2 madu sebagai bahan dasar untuk mencari tahu seberapa besar koefisien kekentalan madu. Dalam penelitian ini yang akan dipakai sebagai bahan perbandingan tidak saja madu murni tapi juga madu yang dicampur air dengan volume campuran yang berbeda-beda. Tujuannya untuk mengetahui seberapa besar viskositas dari madu murni dan madu yang dicampur air dengan volume yang berbeda-beda.
KAJIAN TEORI
Menurut arti katanya viskositas berasal dari kata viscous yaitu kental[4]. Kekentalan dapat didefinisikan sebagai gesekan dalam suatu zat alir.[5]
Benda yang bergerak dalam fluida mengalami hambatan berupa gesekan, besar gesekan ini bergantung pada kekentalan. Fluida yang berbeda memiliki viskositas yang berbeda, misalnya sirup memiliki viskositas yang lebih tinggi dari air, madu lebih kental dari oli[5]. Untuk mengkarakterkan sebuah fluida tidak cukup hanya dengan sifat-sifat fluida, seperti berat jenis dan kerapatan sebuah fluida, namun dibutuhkan sebuah sifat tambahan seperti viskositas untuk menggambarkan fluiditas sebuah fluida, yang merupakan salah satu ciri khas dari fluida yaitu kental atau (viscous)[4].Menurut hukum Stokes, sebuah bola dengan jari-jari tertentu bergerak dengan kecepatan tertentu didalam fluida akan mengalami gesekan yang melawan geraknya akibat kekentalan fluida[6].
Khusus untuk benda berbentuk bola, gaya gesekan fluida secara empiris [7]
Pada dasarnya penentuan angka kecepatan terminal adalah dengan menggunakan persamaan dibawah ini:
FA + FS = W...(2) FA= gaya archimedes
FS= gaya Stokes
FA + FS = W
Jika adalah massa jenis bola, adalah massa jenis fluida, dan
V
badalah volume bola serta g grafitasi bumi, persamaan yang berlaku adalahF23-3
m
gu adalah massa gelas ukur,m
f adalah massa fluida.Dengan mensubstitusikan persamaan (4) ke dalam persamaan (2) maka diperoleh persamaan (7).
Dengan mensbtitusikan persamaan (1) kedalam persamaan (7) diperoleh (8)
Untuk mendapatkan nilai koefisien viskositas luida pesamaan (8) diubah dalam bentuk persamaan (9)
dengan : VT = kecepatan terminal (m/s)
= massa jenis benda (kg/m3) r = jari-jari benda (m)
= massa jenis fluida (kg/m3 η = viskositas cairan (Nsm-2)
g = percepatan grafitasi (m/s2)
Pada umumnya viskositas dinyatakan dalam satuan centiPoise (cP), jadi 1 CentiPoise itu setara dengan 1 X 10-3
m
Ns
2
) (
METODELOGI PENELITIAN
Prosedur penelitian ini dibagi dua tahap yaitu : tahap persiapan, tabung zat cair yang berbentuk silinder, bola besi, stopwatch, mikrometer sekrup, mister, neraca, jangka sorong, kamera digital dan madu murni serta madu campuran air dengan volume yang berbeda-beda.
Semua peralatan yang sudah disiapkan dirancang sedemikian rupa sehingga seperti gambar dibawah ini, tabung yang sudah tersedia diisi dengan madu yang telah disediakan sampai batas tertentu, kemudian bola dijatuhkan secara perlahan-lahan sehingga kecepatan awal = 0.
F23-4 Gambar 1. Susunan alat untuk percobaan Stokes.
Analisis dan Pembahasan
Data hasil pengkuran koefisien viskositas dari madu, diantaranya madu yang dicampur air dengan volume yang berbeda-beda dan madu murni.
Dari tabel dibawah ini nampak bahwa kecenderungan nilai koefisien viskositas dari yang kental ke yang encer terlihat jelas. Dari tabel tersebut dapat dilihat bahwa makin lama kecepatannya semakin berkurang. Untuk menghitung kecepatan dapat dicari dengan menggunakan persamaan seperti dibawah ini:
kecepatan adalah : V = t s
...(10) dengan s = jarak (cm)
t = waktu (sekon) V = kecepatan(cm/s)
skala
Pengukur waktu
Bola besi
Tiang penyangga Tabung
F23-5 Tabel 1
Data hasil pengukuran dari madu murni, dan madu dengan campuran air 35 ml, 50 ml, dan 70 ml.
Jarak (cm)
waktu (t) kecepatan (cm/s)
madu murni
Madu+air 35 ml
Madu+air 50 ml
Madu+air 70 ml
Madu Madu+air 35 ml
Madu+air 50 ml
Madu+air 70 ml murni
4,5 3 1,3 1 0,3 1,5 3,46 4,5 15
4,5 4,5 1,9 1,5 0,6 1 2,37 3 7,5
4,5 6 2,9 2 1 0,75 1,55 2,25 4,5
4,5 7,5 4 3 1,3 0,6 1,13 1,5 3,46
4,5 9 4,6 3,5 1,6 0,5 0,98 1,29 2,81
4,5 10 5,3 4 2 0,45 0,85 1,13 2,25
4,5 12,5 6 4,5 2,6 0,36 0,75 1 1,73
4,5 14 7 5 3 0,32 0,64 0,9 1,5
4,5 15 8 5,5 3,9 0,3 0,56 0,82 1,15
4,5 17 9 6 4 0,26 0,5 0,75 1,13
4,5 18,5 10 6,5 4,3 0,24 0,45 0,69 1,05
4,5 20 11 7 4,6 0,23 0,41 0,64 0,98
4,5 22 12 8 5 0,2 0,38 0,56 0,9
4,5 23 13 9 0,2 0,35 0,5
F23-6 Dari grafik diatas menunjukan bahwa awalnya bola bergerak dengan cepat dan tidak konstan. Tetapi ketika bola bergerak semakin jauh kedalam wadah kecepatannya mulai berkurang, sesuai (persaman 10) dapat menghitung besarnya kecepatan. Yang awalnya cepat dan tidak konstan lama-kelamaan akan konstan karena koefisien viskositas tadi. Ketika kecepatannya mulai konstan maka gerakan bola akan tetap sampai mencapai dasar wadah, dan itulah yang disebut dengan kecepatan terminal. Tapi jika dilihat pada grafik diatas, itu tidak berlaku untuk madu yang dicampur dengan air 70 ml, kecepatannya belum konstan tetapi bola sudah mencapai dasar wadah sehingga bentuk grafiknya sangat ekstrim. Grafik diatas adalah gabungan antara madu murni dan madu campuran air dengan volume yang berbeda-beda yaitu 35 ml, 50 ml,dan 70 ml.
jadi nilai koefisien viskositas dari madu murni air adalah η = 7.05 cP
F23-7 Data nilai koefisien viskositas dari madu murni dan madu campuran air dari berbagai volume.
No Zat Cair Viskositas η koefisien viskositas dari madu murni. Dimana hasil dari analisis data tersebut nilai viskositas dari madu murni adalah η = 7,05 X 103 cP, sedangkan hasil yang didapat oleh salah satu peneliti yang terdahulu yaitu η = 2 X 103- 10 X 103 cP [8].
Kesimpulan
Dari hasil penelitian diatas dapat disimpulkan bahwa ketika madu sudah tercampur dengan air nilai koefisien viskositasnya berkurang. Hal ini terlihat pada tabel 2 dimana nilai koefisien viskositas dari madu murni nilai viskositasnya lebih tinggi jika dibanding dengan madu yang dicampur dengan air. Metode hukum Stokes ini berhasil membedakan nilai viskositas dari madu murni dan madu dengan campuran air 35 ml, 50 ml, dan 70 ml.
Daftar Pustaka
5. Doulas C. Giancoli, penerbit erlangga, fisika edisi kelima jilid 1, halaman (347)
6. DR. D. R. M. Millis, dan Yustinon, metode eksperimen, pengukuran dan Penelitian untuk Teknik dan IPA, halaman (76).
7. Jurnal, Anwar Budianto, Agustus 2008, METODE PENENTUAN KOEFISIEN
KEKENTALAN ZAT CAIR DENGAN MENGGUNAKAN REGRESI LINIER HUKUM STOKES Sekolah Tinggi Nuklir-BATAN
8. http://wiki.xtronics.com/index.php/Viscosity
peran penting dalam proses keberlangsungan hidup masyarakat. Salah satu Sumber Daya Alam yang dapat dimanfaatkan menjadi sumber energi alternatif adalah buah. Ternyata ada buah yang berpotensi menghasilkan sumber tegangan. Oleh sebab itu, penulis menyebutnya sebagai “baterai buah”. Baterai dari buah sangat ramah lingkungan sehingga tidak menyebabkan pencemaran lingkungan. Selain dapat digunakan sebagai penghasil sumber tegangan, buah-buahan tersebut jika sudah habis tegangannya dan busuk dapat digunakan sebagai pupuk organik.dari berbagai macam dan jenis buah-buahan yang sering kita temui, diantaranya ada yang menghasilkan beda potensial lebih tinggi dibandingkan dengan yang lainnya. Oleh karena itu penulis memberi judul pada makalah ini Pengaruh Jenis Buah Terhadap Beda Potensial Baterai.
Dari latar belakang masalah tersebut, perumusan masalah pada penelitian ini adalah bagaimana besarnya tegangan keluaran “baterai buah” pada berbagai jenis buah? Tujuan penelitian ini adalah mendeskripsikan besarnya tegangan keluaran “baterai buah” pada berbagai jenis buah.
B. TINJAUAN PUSTAKA
F23-8 yang ditancapkan pada buah dengan senyawa elektrolit yang terkandung di dalamya sehingga menghasilkan arus listrik. Kedua elektroda tersebut ada yang berperan sebagai Katoda yang merupakan kutub positif dan anoda sebagai kutub negatif sedangkan larutan elektrolit pada buah sebagai penghantarnya. Menurut Daday van den berg dalam buku Pengantar Konsep Keelektikan dan Kemagnetan, bahwa Muatan hanya dapat mengalir dari satu titik ke titik yang lain jika ada perbedaan potensial antara dua titik itu dan perbedaan potensial tersebut penyebab adanya arus listrik. Dalam reaksi sel, perbedaan energi potensial kimia antara reaktan yang lebih tinggi energinya dengan produk yang lebih rendah energinya menghasilkan arus listrik. Dengan kata lain sistem bekerja pada lingkungan .
Pada Sel Volta terdapat deret volta yang dapat digunakan untuk menentukan kedua elektroda mana yang berlansung proses oksidasi ataupun reduksi
Deret Volta :
Li, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Ni, Co, Sn,Pb,(H),Cu,Hg,Ag,Pt,Au. Makin ke kanan, mudah direduksi dan sukar dioksidasi. Makin ke kiri, mudah dioksidasi, makin aktif, dan sukar direduksi. Pada anoda, elektron adalah produk dari reaksi oksidasi, anoda kutub negative . Pada katoda, elektron adalah reaktan dari reaksi reduksi; katoda = kutub positif. Elektron mengalir dari anoda ke katoda. Diantaranya ditimbulkan medan elektrik E. dengan mengingat
E = V. d
dimana V adalah beda potensial yang ditimbulkan antara dua lempeng dan d adalah jarak antaranya. Arus listrik dibangkitkan diantara kedua lempeng tersebut dengan proses bahwa larutan asam sulfat atau larutan elektrolit lainnya terdiri dari partikel – partikel bermuatan yang disebut ion. Dalam bentuk larutan, asam sulfat menjadi :
H2SO4 --- 2H +
+ SO4 -2
Pada Kasus elektroda Zn-Cu, Ion H+ ditarik ke elektroda tembaga (-) dan ion SO4
ditarik ke elektroda seng (+). Aliran partikel bermuatan tersebut juga disebut arus listrik. Ion H+ bereaksi dengan lempeng tembaga dan menghasilkan gas hydrogen (H2), sedangkan pada
lempeng seng, ion SO4-2 juga bereaksi dengan seng dan menghasilkan zat – zat lain.
Reaksi – reaksi kimia yang terjadi pada elektroda – elektroda masing – masing adalah : Pada elektroda tembaga : 2H++ 2e- -- H2 (g) ………..(1)
Pada elektroda seng : Zn (atom) Zn+2 + 2e-………...(2)
Jadi, pada tembaga elektron diserap oleh ion H+ sedangkan pada seng elektron dilepaskan oleh atom seng . Oleh karena itu, seng menjadi lebih negatif daripada tembaga.
Secara kimiawi, Sodium Hidroksida (NaOH) adalah larutan yang disebut elektrolit. Kawat yang dihubungkan dengan kutub negatif dari baterai disebut katoda dan elektroda yang dihubungkan kutub positif disebut anoda.
C. BAHAN DAN METODE
Bahan dan alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah : voltmeter digital, amplas, air, lempeng logam Seng (Zn), Tembaga (Cu), dan buah-buahan. Metode penelitian yang digunakan adalah metode eksperimen laboratorium dan studi literatur. Variasi variabel jenis buah adalah lemon, sirsak, nanas, jambu biji, dan mangga. Penelitian dimulai pada tanggal 25 maret 2011 di Gedung C Lab. Fisika Dasar, Fakultas Sains dan Matematika-UKSW, Salatiga.
D. HASIL DAN DISKUSI
1. Rancangan alat dan hasil pengukuran tegangan keluaran
Rangkaian alat pada penelitian ini adalah :
Zn Arus
F23-9
Cu
Multimeter
Gambar 1. Rangkain alat yang digunakan pada percobaan
Dari gambar yang disajikan di atas, bisa dilihat bahwa arus mengalir dari lempeng Cuke Zn, dan reaksi yang terjadi pada elektroda masing-masing adalah:
Pada elektroda tembaga (Cu), karena Cu adalah elektroda jenis inert,yaitu jenis elektroda yang sulit untuk bereaksi, maka sebagai gantinya yang bereaksi adalah air:
2H+ +2e→H2( )gas Di luar larutan eletrolit kalau kedua elektroda dihubungkan dengan kawat penghantar, medan elektrik E juga ditimbulkan di dalam kawat dan medan elektrik tersebut mengikuti arah dari kawat, walaupun kawat lurus, berliku-liku, berputar atau selonoid. Ingatlah,
Berarti, medan elektik E di dalam kawat menyebabkan elektron-elektron untuk mendapat percepatan karena karena ada gaya resultan Fe yang bekerja pada elektron (q). Hasilnya eletron-elektron pada elektron seng (–) (dimana elektron –elektron tolak-menolak karena kelebihan elektron) dapat berpindah ke elektroda tembaga (+) lewat kawat. Gerakan elektron-elektron tersebut membentuk arus elektrik.
Hasil pengukuran besarnya tegangan keluaran dari “bateri buah” untuk berbagai jenis buah ditunjukkan pada tabel 1.
F23-11
6 0,51
8 0,51
10 0,51
Rata-rata 0,505
Dari tabel 1 tampak bahwa rerata tegangan keluaran untuk masing-masing buah adalah sirsak 0.992 volt, lemon 0,963 volt, jambu biji 0,943 volt, nanas 0,8665 volt, mangga 0,505 volt. Terlihat bahwa buah sirsak menghasilkan tegangan keluaran yang paling besar, disusul lemon, jambu biji, nanas, dan yang paling kecil adalah mangga. Sirsak menghasilkan tegangan keluaran terbesar kemungkinan pada buah sirsak terdapat kandungan larutan elektrolit yang paling baik. Dalam penelitian tidak dikaji lebih lanjut kandungan apa yang ada di dalamnya.
Untuk melihat tegangan keluaran setiap saatnya, berikut ini akan disajikan grafik besarnya tegangan keluaran setiap saat untuk berbagai buah.
Gambar 2. Grafik tegangan keluaran dari elektroda Cu-Zn yang ditanam sedalam 2 cm dengan
jarak antar lempeng 2 cm pada buah lemon
F23-12
Gambar 3. Grafik tegangan keluaran dari elektroda Cu-Zn yang ditanam sedalam 2 cm dengan
jarak antar lempeng 2 cm pada buah nanas
Pada gambar 3 tampak bahwa tegangan keluaran pada buah nanas mengalami kenaikan dari 0,86 volt hingga 0.916 volt. Kenaikan ini kemungkin terjadi karena masih meningkatnya proses elektrolisis sehingga semakin banyak ion yang dihasilkan dan bereaksi dengan elektroda. Hal ini menunjukkan buah nanas membutuhkan waktu yang cukup lama untuk bereaksi hingga mencapai tegangan keluaran yang maksimal.
Gambar 4. Grafik tegangan keluaran dari elektroda Cu-Zn yang ditanam sedalam 2 cm
dengan jarak antar lempeng 2 cm pada buah sirsak
F23-13
Gambar 5. Grafik tegangan keluaran dari elektroda Cu-Zn yang ditanam sedalam 2 cm dengan
jarak antar lempeng 2 cm pada buah jambu biji
Pada gambar 5 tampak bahwa tegangan keluaran pada buah jambu biji mengalami kenaikan dari 0,925 volt hinggga tegangan keluarannya mengalami kestabilan sebesar 0,95 selama menit ke-7 sampai menit ke-10. Dan hingga menit terakhir dari penelitian yang dilakukan menghasilkan 0,948 volt. Kenaikan ini kemungkinan terjadi karena masih meningkatnya proses elektrolisis sehingga semakin banyak ion yang dihasilkan dan bereaksi dengan elektroda. Kemudian setelah mengalami kestabilan tegangan keluarannya menurun. Hal ini menunjukkan buah jambu biji membutuhkan waktu yang cukup cepat untuk bereaksi dengan tegangan keluaran yang mengalami kenaikan dan waktu yang cukup lama untuk mengalami penurunan.
Gambar 6. Grafik tegangan keluaran dari elektroda Cu-Zn yang ditanam sedalam 2 cm
dengan jarak antar lempeng 2 cm pada buah mangga
F23-14
kemungkinan terjadi karena masih meningkatnya proses elektrolisis sehingga semakin banyak ion yang dihasilkan dan bereaksi dengan elektroda. Hal ini menunjukkan buah mangga membutuhkan waktu yang cukup lama untuk bereaksi hingga mencapai tegangan keluaran yang stabil.
2. Analisa Kandungan Elektrolit Buah
Dalam baterai buah, baik oksidasi dan reduksi terjadi. Pertimbangkan
kasus seng tembaga baterai, baterai ini mirip dengan "asli volta sederhana. Pada anoda , seng metalik dioksidasi , dan memasuki larutan asam sebagai Zn 2 + ion:
Zn → Zn 2 + + 2 e -.
Pada tembaga katoda , hidrogen ion (proton terlarut dari larutan asam) dikurangi untuk membentuk molekul hidrogen:
2H + + 2 e - → H 2.
KESIMPULAN DAN SARAN
Dari percobaan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa jenis buah mempengaruhi besarnya tegangan rata-rata yang dihasilkan, yaitu sirsak 0.992 volt, lemon 0,963 volt, jambu biji 0,943 volt, nanas 0,8665 volt, mangga 0,505 volt dengan elektroda Cu-Zn yang ditanam dengan kedalaman 2 cm, jarak elektroda 2 cm dan selang waktu 0-16 menit.
Dari berbagai macam jenis buah yang diteliti, ada buah yang menghasilkan tegangan keluaran paling tinggi. Hal itu bisa disebabkan karena buah tersebut menghasilkan ion-ion elektrolit yang cukup tinggi saat bereaksi dengan lempeng elektrodanya. Berbagai jenis buah tersebut mengalami perubahan tgangan keluarn yang berbeda-beda. Ada yang mengalami kenaikan dan ada juga yang mengalami penurunan.
Dari penelitian ini dapat diterapkan untuk menghasilkan energi yang dapat digunakan dalam kehidupan sehari-hari yaitu menggunakan buah sirsak karena dapat menghasilkan rerata tegangan keluaran yang paling besar.
DAFTAR PUSTAKA
1. Berg, Daday van den. 1991. Pengantar Konsep Kelistrikan dan Kemagnetan. Salatiga : Penerbit Universitas Kristen Satya Wacana.
2. http://id.wikipedia.org/wiki/Nanas diunduh pada tanggal 29 Mei 2011 3. http://www.youtube.com/watch?v=AY9qcDCFeVI Membuat Baterai Lemon
4. Annona muricata information from NPGS/GRIN". www.ars-grin.gov. Diakses pada 3 Maret 2008.
KETERANGAN
