KAJIAN IMPEDANSI DAN KAPASITANSI LISTRIK PADA MEMBRAN TELUR AYAM RAS NUWAIIR

NUWAIIR

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

2

KAJIAN IMPEDANSI DAN KAPASITANSI LISTRIK

PADA MEMBRAN TELUR AYAM RAS

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Institut Pertanian Bogor

NUWAIIR

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

oleh Jajang Juansah, M.Si dan Dr. Kiagus Dahlan

Membran didefinisikan sebagai suatu lapisan yang memisahkan dua fasa dan mengatur

perpindahan massa dari kedua fasa yang dipisahkan. Karakteristik membran mencakup; sifat

listrik, mekanik, termal dan sebagainya. Sifat listrik suatu bahan dapat dilihat dengan melakukan

pengukuran impedansi, kapasitansi dan loss coefficien Metode yang digunakan adalah mengukur

impedansi, kapasitansi dan dielektrik dengan LCR meter yang dirangkaikan dengan plat kapasitor

yang didalamnya terdapat membran. Perendaman dan tanpa perendaman dalam larutan CaCl

2

,

MgCl

2

, KCl dengan variasi konsentrasi serta aquades dari membran telur ayam ras untuk

mengukur sifat listrik yang meliputi kapasitansi (Cs), impedansi (Z), dan loss coefficient (D).

Perlakuan perebusan mengakibatkan nilai kapasitansi lebih kecil dari yang tidak direbus dan nilai

impedansi menjadi lebih besar dibanding tanpa perebusan. Hasil SEM membran telur ayam petelur

yang direbus tetapi tidak mengalami proses perendaman warna permukaan membrannya lebih

hitam dari yang tidak di rebus. Ukuran pori membran telur hasil perebusan lebih besar dari

membran yang tidak direbus.

Judul

: Kajian Impedansi dan Kapasitansi Listrik Pada Membran Telur Ayam

Ras

Nama

: Nuwaiir

NRP :

G74104032

Menyetujui :

Pembimbing I

Pembimbing II

Jajang Juansah, M. Si

Dr.

Kiagus

Dahlan

NIP. 132 311 933

NIP. 131 663 021

Mengetahui :

Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Institut Pertanian Bogor

Dr. drh. Hasim, DEA.

NIP. 131 578 806

Puji dan syukur penulis panjatkan terhadap Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan

karunia-Nya sehingga begitu banyak nikmat yang tak terhingga jumlahnya. Hanya dengan izin dan

kemudahan yang diberikan-Nya, penulis dapat menyelesaikan Skripsi dengan judul “”.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Jajang Juansah, M. Si dan Bapak Dr.

Kiagus Dahlan sebagai dosen pembimbing, Ayah, Umi, Kakak, Ka Arif, Adik dan keluarga besar

penulis atas dukungan materil dan sprituil, Devi, Dila, Eli, Inna, Fie, Ulil, Nunung, Asfini, Riski

dan teman-teman Fisika angkatan 41, teman-teman Raihana, teman-teman wisma rosa serta

seluruh pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

Pengembangan membran sintetik untuk aplikasi filtrasi dan teknologi lainnya sudah mulai

dikembangkan. Berbagai penelitian telah dilakukan dalam penerapan teknologi membran. Salah

satunya adalah karakterisasi sifat listrik membran. Oleh kerana itu penulis tertarik melakukan

penelitian membran alami untuk mengkaji kesesuaiannya dalam aplikasi teknologi.

Penulis menyadari dalam tulisan ini masih terdapat kekurangan, oleh karena itu penulis

mengharapkan saran dan kritik yang membangun untuk hasil yang lebih baik. Semoga skripsi ini

dapat memberikan sumbangan yang Allah berikan manfaatnya kepada semuanya.

Bogor, Mei 2009

Penulis

Riwayat Hidup

Penulis dilahirkan di Tangerang pada 8 Februari 1986 dari Bapak Rifai

dan ibu Halimah Hanum. Penulis merupakan putri kedua dari tiga bersaudara.

Penulis mengikuti pendidikan Dasar di SDN Binong II Tangerang dan

lulus pada tahun 1998. Pendidikan Lanjutan Tingkat Pertama dapat

diselesaikan penulis pada tahun 2001 di SLTPN 9 Tangerang. Pendidikan Menengah Atas dapat

diselesaikan penulis pada tahun 2004 di SMUN 6 Tangerang dan pada tahun yang sama penulis

diterima di Institut Pertanian Bogor, Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam melalui jalur USMI.

Halaman

DAFTAR GAMBAR ...i

DAFTAR LAMPIRAN ...ii

PENDAHULUAN ...1

Latar Belakang ...1

Tujuan Penelitian ...1

Hipotesis ...1

TINJAUAN PUSTAK A ... 1

Membran ...1

Membran Telur ...2

Larutan Elektrolit ...3

Kapasitor ...3

Kapasitansi ...4

Impedansi ...4

Dielektrik ...5

Loss Coefficient ...6

SEM ...6

BAHAN DAN METODE ...7

Tempat dan waktu Penelitian ...7

Alat dan Bahan ...7

Metode Penelitian ...7

Pelaksanaan Penelitian ...7

Persiapan Penelitian ...7

Persiapan Eksperimen ...7

Pengamatan ...7

Analiasis Data ...7

HASIL DAN PEMBAHASAN ...8

Kapasitansi Membran dari Ayam Petelur Tanpa Perebusan ...8

Kapasitansi Membran dari Ayam Petelur dengan Perebusan ...9

Impedansi Membran dari Ayam Petelur Tanpa Perebusan ...10

Impedansi Membran Ayam dari Petelur dengan Perebusan ...11

Loss Coefficient Membran dari Ayam Petelur Tanpa Perebusan ...12

Loss Coefficient Membran dari Ayam Petelur dengan Perebusan ...13

Impedansi Imajiner Membran dari Ayam Petelur Tanpa Perebusan ...14

Impedansi Real Membran dari Ayam Petelur Tanpa Perebusan ...15

Impedansi Real Membran dari Ayam Petelur dengan Perebusan ...16

Analisis SEM ...17

KESIMPULAN DAN SARAN ...17

Kesimpulan ...17

Saran ...18

DAFTAR PUSTAKA ...18

DAFTAR GAMBAR

Halaman

1 Skema plat kapasitor ... 4

2 Model rangkaian membran ... 5

3 Pandangan molekuler mengenai dielektrik ... 5

4 . Ilustrasi sudut pada penentuan loss coefficient I dan I

C ...

6

5 Skema rangkaian sistem pengukuran impedansi, kapasitansi dan loss coefficient... 7

6 Grafik frekuensi vs kapasitansi pada berbagai konsentrasi perendaman..

(a) KCl (b) MgCl

2

, (c) CaCl

2

, dan (d) aquades dan tanpa... 8

7 Grafik frekuensi vs kapasitansi pada berbagai konsentrasi perendaman

(a) KCl, (b) MgCl

2

, (c) CaCl

2

, (d) aquades, dan (e) tanpa perendaman ... 9

8 Grafik frekuensi vs impedansi pada berbagai konsentrasi perendaman

(a) KCl, (b) MgCl

2

, (c) CaCl

2

, (d) aquades dan tanpa perendaman... 10

9 Grafik frekuensi vs impedansi pada berbagai konsentrasi perendaman

(a) KCl, (b) MgCl

2

, (c) CaCl

2

, (d) aquades dan (e) tanpa perendaman ... 11

10 Grafik frekuensi vs impedansi pada berbagai konsentrasi perendaman

(a) KCl, (b) MgCl

2

, (c) CaCl

2

, (d) aquades dan tanpa perendaman... 11

11 Grafik frekuensi vs loss coefficient pada berbagai konsentrasi perendaman

(a) KCl, (b) MgCl

2

, (c) CaCl

2

, (d) aquades dan (e) tanpa perendaman ... 12

12 Grafik frekuensi vs Z*Sin θ pada berbagai konsentrasi perendaman

(a) KCl, (b) MgCl

2

, (c) CaCl

2

, (d) aquades dan tanpa perendaman... 13

13 Grafik frekuensi vs Z*Cos θ pada berbagai konsentrasi perendaman

(a) KCl, (b) MgCl

2

, (c) CaCl

2

, (d) aquades dan tanpa perendaman... 14

14 Grafik frekuensi vs Z*Sin θ pada berbagai konsentrasi perendaman

(a) KCl, (b) MgCl

2

, (c) CaCl

2

, (d) aquades dan (e) tanpa perendaman ... 15

15 Grafik frekuensi vs Z*Sinθ pada berbagai konsentrasi perendaman

a) KCl, (b) MgCl

2

, (c) CaCl

2

, (d) aquades dan tanpa perendaman... 16

16 SEM membran dari ayam petelur yang direbus ... 17

ii

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

1 Diagrram Alir penelitian ... 21

2 Alat-alat Penelitian... 22

3 Data membran telur tanpa direbus dan tanpa direndam ... 23

4. Data membran telur tanpa direbus direndam aquades... 24

5 Data membran telur tanpa direbus dan direndam KCl 0,2 mM... 25

6 Data membran telur tanpa direbus dan direndam KCl 1 mM... 26

7 Data membran telur tanpa direbus dan direndam KCl 10 mM... 27

8 Data membran telur tanpa direbus dan direndam MgCl

2

0,2 mM... 28

9 Data membran telur tanpa direbus dan direndam MgCl

2

1 mM... 29

10 Data membran telur tanpa direbus dan direndam MgCl

2

10 mM... 30

11 Data membran telur tanpa direbus dan direndam CaCl

2

0,2 mM... 31

12 Data membran telur tanpa direbus dan direndam CaCl

2

1 mM... 32

13 Data membran telur tanpa direbus dan direndam CaCl

2

10 mM... 33

14. Data membran telur direbus dan tanpa direndam... 34

15 Data membran telur direbus direndam aquades ... 35

16 Data membran telur direbus dan direndam KCl 0,2 mM ... 36

17 Data membran telur direbus dan direndam KCl 1 mM ... 37

18 Data membran telur direbus dan direndam KCl 10 mM ... 38

19 Data membran telur direbus dan direndam MgCl

2

0,2 mM ... 39

20 Data membran telur direbus dan direndam MgCl

2

1 mM ... 40

21 Data membran telur direbus dan direndam MgCl

2

10 mM ... 41

22 Data membran telur direbus dan direndam CaCl

2

0,2 mM ... 42

1

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Membran adalah fasa (padat atau cair)

yang berfungsi sebagai penghalang aliran ion

atau molekul yang berada dalam larutan, yang

merupakan penghubung dua daerah yang

memiliki karakter yang berbeda. Karakter

tersebut diantaranya: perbedaan konsentrasi,

suhu, tekanan, viskositas dan komposisi

larutan. Jenis, sifat dan ukuran pori

mempengaruhi kinerja membran. Lingkungan

juga berpengaruh pada sistem kerja membran

(Rakhmanudin, 2005).

Teknologi membran telah banyak

diaplikasikan dalam berbagai bidang, seperti

pada teknologi industri, biologi, kimia, fisika

dan kesehatan. Jika dilihat dari segi energi,

teknologi membran tergolong teknologi yang

hemat dan bersih karena saat

mengoperasikannya tidak diperlukan energi

yang besar. Selain itu juga tidak diperlukan

zat-zat kimia pendukung yang menimbulkan

masalah baru sehubungan dengan limbah

(Huriawati, 2006).

Membran terbagi atas dua jenis yaitu

membran alami dan sintetik. Membran telur

merupakan merupakan salah satu dari

membran alami. Karakteristik membran ini

meliputi sifat listrik, termal, mekanik dan

sebagainya. Sifat kelistrikan dapat dilihat

dengan melakukan pengukuran konduktansi,

kapasitansi, impedansi dan loss coefficient.

Sedangkan mekanik dengan melakukan uji

tarik, uji tekan, uji getar dan uji geser.

Telur memiliki suplai protein dengan

asam amino yang hampir sempurna untuk

memenuhi kebutuhan tubuh, begitu pula

kandungan mineral dan vitaminnya. Telur juga

mengandung asam amino esensial (asam

amino yang tidak dapat diproduksi tubuh

sehingga harus dipasok dari makanan yang

lengkap).

Secara fisik, telur terdiri dari empat bagian

yaitu cangkang atau kulit luar (shell), lapisan

selaput (membrane shell), putih telur (egg

white), dan kuning telur (yolk).

Pada proses makhluk hidupnya membran

telur berfungsi sebagai pelindung embrio atau

pelindung putih telur dan kuning telur agar

tidak keluar dan terkontaminasi oleh zat yang

tigak diinginkan. Membran telur memiliki

pori-pori yang berfungsi sebagai media lalu

lintas gas oksigen (O

2

) dan karbondioksida

(CO

2

). Dalam prosesnya membran telur

dikategorikan sebagai media yang penting.

Proses perebusan dan perendaman membran

telur memberikan pengaruh pada sifat-sifat

membran telur tersebut (Mahrani, 2008).

Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk mengukur

sifat listrik yang meliputi kapasitansi (Cs),

impedansi (Z), dan loss coefficient (D) dari

membran telur ayam ras berdasarkan tanpa

perebusan dan dengan perebusan serta

perendamam pada larutan garam dengan

variasi konsentrasi, perendaman dalam

aquades dan tanpa perendaman.

Hipotesis

Kondisi membran telur yang direbus

mengakibatkan nilai kapasitansi yang lebih

kecil dari telur yang tidak direbus.

TINJAUAN PUSTAKA

Membran

Membran dapat didefinisikan sebagai

lapisan tipis semipermiabel di antara dua fasa.

Fasa pertama adalah feed atau larutan

pengumpan yaitu komponen atau partikel yang

akan dipisahkan. Fasa yang kedua adalah

permeate yaitu hasil pemisahan. Kemampuan

pemisahan yang dimiliki oleh membran untuk

melewatkan suatu senyawa kimia atau molekul

diakibatkan oleh adanya perbedaan sifat fisika

atau kimia antara membran dengan senyawa

kimia (Syam, 2006).

Berdasarkan eksitensinya

membran terdiri dari membran alami dan

membran sintetik. Membran alami adalah

membran pada sistem dan proses kehidupan

makhluk hidup. Komponen utama membran

alami adalah lipid dan protein, sedangkan

membran sintetik adalah membran buatan

yang dapat terbuat dari bahan alami atau bahan

non alami (Huriawati, 2006).

Berdasarkan kelistrikannya membran

terdiri atas membran bermuatan tetap dan

membran bermuatan netral. Membran

bermuatan tetap dapat dilalui oleh ion-ion

tertentu. Membran bermuatan tetap yang hanya

dapat dilalui oleh kation saja disebut Kation

Exchange Membrane (KEM), sedangkan jika

anion saja disebut Anion Exchange Membrane

(AEM). Selain kedua membran tersebut ada

juga membran yang merupakan gabungan

keduanya yang disebut Double Fixed Charge

Membrane (DFCM). KEM dan AEM memiliki

karakter berbeda dan pada aplikasinya dapat

digunakan bersamaan. Membran bermuatan

tetap dapat digunakan dalam proses industri,

seperti proses elektrodialisis, fuel cell dan

berbagai proses filtrasi. Membran bermuatan

netral banyak digunakan dalam aplikasi

bidang-bidang sains dan teknologi. Membran

netral terdiri dari polimer yang tidak mengikat

ion-ion tetap. Membran netral juga dapat

bersifat selektif terhadap larutan-larutan

kimiawi. Selektivitas membran ditentukan oleh

unsur-unsur penyusun (monomer), ukuran

kimia, ukuran pori, daya tahan terhadap

tekanan dan suhu, resistivitas dan konduktansi

serta kelistrikan lainnya (Rakhmanudin, 2005).

Jika dilihat dari bentuknya membran

terdiri dari membran simetri dan asimetri.

Membran simetri memiliki struktur pori yang

homogen dan relatif sama, ketebalannya antara

10-200 µm. Sedangkan membran asimetrik

memiliki ukuran dan kerapatan yang tidak

sama. Membran jenis ini memiliki dua lapisan,

yaitu lapisan kulit yang tipis dan rapat (skin

layer) dengan ketebalan < 0,5 µm serta lapisan

pendukung yang berpori dengan ketebalan

50-200µm (Maryati, 2003).

Dalam operasi membran dikenal dua jenis

aliran umpan, yaitu aliran cross-flow dan

aliran dead-end. Pada sistem cross flow, arah

aliran umpan parallel atau sejajar pada

permukaan membran. Aliran parallel tersebut

akan menghasilkan gaya geser (shear forces)

atau turbulensi didekat permukaan membran

sehingga pembentukan filter cake (deposisi

partikel yang menumpuk pada permukaan

membran) relatif kecil. Pada aliran dead end,

keseluruhan dari fluida melewati membran

(sebagai media filter) dan partikel tertahan

pada membran, dengan demikian fluida umpan

mengalir melalui tahanan membran dan

tahanan penumpukan partikel pada permukaan

membran (Suprihanto et al. 2004).

Berdasarkan gradient tekanan sebagai

gaya dorongnya dan permeabilitasnya,

membran dapat dibedakan menjadi beberapa

jenis yaitu (Mulder,1996):

a. Mikrofiltrasi (MF), Membran jenis ini

beroperasi pada tekanan berkisar 0,1-2 Bar

dan batasan permeabilitasnya > 50 L/m

2

_.

jam bar.

b. Ultrafiltrasi (UF), membran jenis ini

beroperasi pada tekanan antara 1-5 Bar

dan batasan permeabilitasnya adalah

10-50 L/m

2

_{jam bar}

c. Nanofiltrasi, membran ini beroperasi pada

tekanan antara 5-20 Bar dan batasan

permeabilitasnya mencapai 1,4-12 L/m

2

jam bar.

d. Reverse Osmosis (RO), membran ini

beroperasi pada tekanan antara 10-100 bar

dan batasan permeabilitasnya mencapai

0,05-1,4 L/m

2

_{jam bar.}

Berdasarkan jenis pemisahan dan

strukturnya,

membran dapat dibagi menjadi 3

kategori

:

a. Porous membrane. Pemisahan

berdasarkan atas ukuran partikel dari

zat-zat yang akan dipisahkan. Hanya partikel

dengan ukuran tertentu yang dapat

melewati membran sedangkan sisanya

akan tertahan. Berdasarkan klasifikasi dari

IUPAC, pori dapat dikelompokkan

menjadi macropores (>50nm), mesopores

(2-50nm), dan micropores (<2nm).

Porous membrane digunakan pada

microfiltration dan ultrafiltration.

b. Non-porous membrane. Dapat digunakan

untuk memisahkan molekul dengan

ukuran yang sama, baik gas maupun

cairan.

Pada non-porous membrane, tidak

terdapat pori seperti halnya porous

membrane. Perpindahan molekul terjadi

melalui mekanisme difusi

.

Jadi, molekul

terlarut di dalam membran, baru kemudian

berdifusi melewati membran tersebut.

c. Carrier membrane. Pada carriers

membrane, perpindahan terjadi dengan

bantuan

carrier molecule yang

mentransportasikan komponen yang

diinginkan untuk melewati membran.

Carrier molecule memiliki afinitas yang

spesifik terhadap salah satu komponen

sehingga pemisahan dengan selektifitas

yang tinggi dapat dicapai.

Membran Telur

Sebagai bahan pangan, telur merupakan

gudang semua zat gizi yang dibutuhkan tubuh

kecuali vitamin C dan K. Vitamin yang

terpenting pada telur adalah vitamin B12 yang

dapat memperbaiki fungsi saraf. Tidak hanya

itu, telur juga mengandung lesithin (emulsifier

alami) yang kaya akan cholin. Cholin terlibat

dalam pemindahan kolesterol melalui

peredaran darah dan mambantu metabolisme

lemak. Cholin juga merupakan komponen

penting dari membran sel dan jaringan saraf.

Telur tersusun dari kuning telur (yolk),

putih telur (albumen), kerabang tipis, kerabang

telur, dan beberapa bagian lain yang cukup

kompleks. Kerabang telur terdiri atas dua

bagian, yaitu kerabang tipis (membran) baik

luar dan dalam yang dihasilkan oleh istmus

dan kerabang telur keras. Tebal kerabang telur

300 mm. Kerabang telur terdiri atas bahan

kering 98,4% dan air 1,6%. Bahan kering

terdiri dari protein 3,3%dan mineral 95,1%.

Mineral yang paling banyak terdapat pada

kerabang telur adalah CaCO

3

(98,43%),

3

Lapisan kerabang telur terdiri dari kutikula,

membran palisadik, membrane cone, membran

mamiler, dan membran kerabang dalam

(Yuwanta, 2004).

Cangkang telur merupakan bagian telur

paling luar, berlapis keras setebal 0,2-0,4 mm

dan mengandung kalsium karbonat yang

berfungsi melindungi bagian dalam telur. Pada

kulit telur terdapat pori-pori yang dapat dilalui

udara. Warnanya bervariasi mulai dari putih

sampai kecokelatan tergantung pada jenis

unggasnya. Namun perbedaan warna sama

sekali tidak mempengaruhi kualitas telur.

Lapisan tipis yang terletak antara kulit luar dan

isi telur (putih dan kuning telur) disebut

memban shell atau selaput lapisan yang terdiri

dari lapisan membran dalam dan membran

luar, keduanya mirip dinding yang

menghalangi bakteri (Wirakusumah).

Membran telur adalah membran alami

yaitu membran dalam proses makhluk hidup.

Membran telur dalam proses makhluk

hidupnya dikategorikan sebagai alat filtrasi

pencegah masuknya zat yang tidak diinginkan.

Membran telur merupakan membran yang

bermuatan netral. Sesuai dengan fungsi aslinya

membran telur diusahakan pengembangannya

sebagai alat filtrasi dalam aplikasi teknologi.

Efektivitas kerja membran sangat dipengaruhi

kualitas telur. Apabila telur yang digunakan

berkualitas buruk maka akan diperoleh hasil

yang tidak sesuai dengan yang diharapkan

karena membran tipisnya juga berkualitas

buruk (Mahrani, 2008).

Larutan Elektrolit

Larutan adalah campuran homogen dalam

molekul, atom atau ion dari dua zat atau lebih.

Suatu larutan disebut campuran karena

susunannya dapat berubah-ubah. Sifat larutan

terdiri atas homogen dan heterogen. Larutan

homogen merupakan larutan yang susunannya

seragam sehingga tidak dapat diamati adanya

bagian-bagian yang berlainan. Sedangkan

dalam campuran heterogen,

permukaan-permukaan tertentu dapat dideteksi antara

fase-fase yang terpisah. Komponen yang paling

banyak dalam larutan disebut pelarut (solvent)

dan komponen yang kuantitasnya lebih kecil

disebbut zat terlarut (solute) (Charlas et all.

1984).

Kelarutan ditentukan oleh konsentrasi zat

terlarut dalam larutan jenuhnya. Konsentrasi

merupakan banyaknya zat terlarut dalam

pelarut ataupun larutan. Konsentrasi dapat

dinyatakan dalam persen, molar, molal, persen

mol, fraksi mol dan ppm. Larutan jenuh adalah

larutan yang mengandung zat terlarut dalam

jumlah yang diperlukan untuk adanya

kesetimbangan antara zat terlarut yang larut

dan yang tidak larut. Larutan jenuh tidak dapat

menampung zat terlarut lebih banyak., tetapi

larutan ini belum tentu suatu larutan pekat.

Konsentrasi molar (M) adalah banyaknya

partikel zat terlarut dalam larutan yaitu

konsentrasi molar. Secara matematis dapat

dinyakan dengan:

Banyaknya mol zat terlarut

M =

Banyaknya liter larutan (1)

Berdasarkan daya hantar listriknya,

larutan dapat dibagi menjadi larutan elektrolit

dan non elektrolit. Sedangkan elektrolit dapat

dikelompokkan menjadi larutan elektrolit kuat

dan elektrolit lemah.

Elektrolit merupakan zat yang jika

dilarutkan ke dalam air akan terurai menjadi

ion-ion (terionisasi), sehingga dapat

menghantarkan listrik. Zat yang dalam air akan

terurai seluruhnya menjadi ion-ion (terionisasi

sempurna) disebut elektrolit kuat. Zat yang

tergolong elektrolit kuat seperti: KCl, MgCl

2

,

CaCl

2,

NaCl dan lain-lain. Zat yang hanya

sebagian kecil molekulnya larut bereaksi

dengan air untuk membentuk ion (terionisasi

sebagian) disebut elektrolit lemah. Zat yang

tergolong elektrolit lemah seperti: NH

3

,

H

2

SO

3

, CH

3

COOH, dan lain-lain.

Larutan non elektrolit adalah larutan yang

tidak dapat menghantarkan arus listrik, karena

zat terlarutnya dalam pelarut tidak dapat

menghasilkan ion-ion. Larutan urea, sukrosa,

glukosa, alkohol, dan lain-lain merupakan

larutan jenis ini.

Kapasitor

Kapasitor adalah dua buah penghantar

sebarang yang terisolasi, mengangkut

muatan-muatan yang sama besarnya dan berlawanan

tanda sebesar +q dan -q (Halliday dan Resnick,

1996).

Salah satu struktur sebuah kapasitor

adalah duah plat penghantar yang ditempatkan

berdekatan tetapi tidak bersentuhan. Jika kedua

tegangan diberi tegangan listrik, maka muatan

positif akan terkumpul pada salah satu

penghantar dan muatan negatif pada

penghantar lainnya. Muatan positif tidak dapat

mengalir menuju plat bermuatan negatif

sebaliknya karena terpisah oleh bahan

dielektrik yang non konduktif. Muatan ini

tersimpan selama tidak ada konduksi pada

ujung-ujung kakinya (Sulastri ,2006).

Kapasitansi

Kapasitansi adalah besaran yang

menyatakan kemampuan dari suatu kapasitor

untuk dapat menampung muatan listrik (Tipler,

1996). Kapasitansi bergantung pada ukuran

dan bentuk konduktor dan akan bertambah bila

ada sebuah material pengisolasi atau dielektrik

(Young dan Freedman, 2003). Untuk tinjauan

kapasitor keping sejajar, faktor geometri yang

menentukan adalah luas penampang keping

sejajar dan jarak antara kepingnya, sedangkan

sifat bahan dielektriknya ditentukan oleh nilai

konstanta dielektrik bahannya (Sulastri, 2006).

Kapasitansi diukur berdasarkan besar

muatan yang dapat disimpan pada suatu

kenaikan tegangan (Woollard, 1988). Dapat

dituliskan:

C = nilai kapasitansi dalam F (farad)

Q = muatan elektron dalam C (coulomb)

V = besar tegangan dalam V (volt)

Gambar 2. Model rangkaian membran

(Benavente, 2000)

Permukaan kapasitor yang berhubungan

biasanya berbentuk plat rata. Kapasitansi dari

suatu kapsitor dipengaruhi oleh tiga faktor

yaitu pada luas plat, jarak antar plat dan

medium penyekat atau bahan dielektris. Untuk

kapasitor plat sejajar yang masing-masing

memiliki luas A dan dipisahkan oleh jarak d

yang berisi udara, kapasitansi dinyatakan

dengan:

A = luas area plat (m

2

₎

d = jarak antar plat (m)

ε

0

= permitivitas ruang hampa

= 8,85×10

-12

_F/m

Gambar 1. Skema kapasitor plat sejajar

Ketika luas area plat meningkat, maka

kapasitansi akan meningkat. Ketika jarak antar

plat besar, maka nilai kapasitansi berkurang.

Ketika bahan dielektrik besar, maka

kapasitansi akan meningkat. Dengan

mempertimbangkan tiga faktor tersebut, maka

kapasitansi kapasitor antar dua plat sejajar

dapat dihitung

menggunakan

rumusan

:

K = tetapan dielektrik

Sel membran dapat dimodelkan dengan

rangkaian listrik yang terdiri dari gabungan

kapasitor dan resistor (Coster).

Gabungan seri antara Z

1

dan Z

2

serta

melihat perumusan Zm maka akan

menghasilkan nilai kapasitansi membran.

dimana

ω

=

2

π

f

merupakan frekuensi sudut

sehingga kapasitansi bergantung pada

frekuensi.

R

C

_R

_R

C

C

1 ~ 1 1 ~

₁

C

I

G

Z

ω

+

=

2 ~ 2 2 ~

₁

C

I

G

Z

ω

+

=

m m m

C

I

G

Z

ω

~ ~

₁

+

=

2 2 2 2 2 2

)

2

1

(

)

2

1

(

)

2

1

(

2

1

2

1

1

2

C

C

G

G

C

C

C

C

C

G

C

G

Cm

+

+

+

+

+

+

=

ω

ω

5

Grafik frekuensi dengan kapasitansi

Impedansi

Jika kapasitor dirangkaikan dengan

resistor dan induktor pada rangkaian arus

bolak-balik (AC), maka hambatan total

rangkaian itu dikenal dengan impedansi.

Secara pendekatan, suatu hambatan (R)

diambil untuk menghadirkan komponen

dissipative (menghilangkan) respon dielektrik,

sedangkan suatu kapasitansi (C)

menggambarkan komponen penyimpan

dielektrik bahan. Jika suatu sirkuit paralel R–C

yang ditunjukkan pada gambar 2

dipertimbangkan, maka hal tersebut

menciptakan suatu model yang cukup dari

polarisasi dielektrik pada cakupan frekuensi

yang didominasi oleh perpindahan muatan

bebas. Keseluruhan impedansi dari sirkuit

diberikan oleh penjumlahan kontribusi

hambatan dan kapasitansi (Azizah, 2008).

Resistansi dari kapasitansi C adalah

R=1/(jωC), dimana j merupakan satuan

imajiner. Pada rangkaian (R

P

) dan kapasitansi

(reaktansi 1/(ωC

P

) yang terangkai paralel dapat

dperoleh dari Hukum Kirchoff,

Dari persamaan (5) diperoleh:

Jika ditambahkan R

s

secara seri pada elemen

RC maka diperoleh:

dimana ω digantikan dengan 2πf. Real (Z

re

)

dan bagian imajiner (Z

im

) dari impedansi

kompleks Z adalah:

dan

(Gitter, 2007)

Impedansi bergantung pada frekuensi. Jika

frekuensi itu bertambah, X

L

bertambah dan X

C

berkurang; maka selalu ada satu fre pada

saat X

L

dan X

C

sama dan X

L

–X

C

adalah nol.

Pada frekuensi ini impedansi Z adalah:

atau

Z = impedansi (Ω)

R = hambatan (Ω)

X

L

= reaktansi induktif (Ω)

X

C

= reaktansi kapasitif (Ω)

f = frekuensi (Hz)

L = induktansi (H)

C = kapasitas kapasitor (F)

(Giancoli, 2001)

Dielektrik dan Loss Coefficient

Ruang antara konduktor pada suatu

kapasitor biasanya diisi dengan bahan isolator

yang dinamakan dielektrik, misalnya kaca,

kertas, mika, dan lain-lain.

Eksperimen yang dilakukan Faraday

menunjukkan bahwa

adanya dielektrik

menyebabkan

kapasitansi bertambah.

Penambahan kapasitansi ini

disebabkan

karena adanya

dielektrik mengakibatkan

medan listrik

di antara kapasitor

berkurang.

Sifat dielektrik adalah sifat yang dapat

menggambarkan kemampuan bahan untuk

menyimpan energi dalam bahan dan

menghamburkan energi dalam bentuk panas,

ketika bahan tersebut diekspos pada medan

arus listrik. Sifat ini dihasilkan dari arus

pengisian dan arus hilang yang berhubungan

dengan kapasitansi listrik dan tahanan material

(Silalahi, 2003).

Bahan dielektrik suatu kapasitor berfungsi

untuk menghambat aliran arus antar plat.

Bahan dielektrik dinilai berdasarkan

kemampuan bahan untuk mempengaruhi gaya

elektrostatik pada suhu tertentu yang disebut

konstanta dielektrik. Kemampuan dari bahan

dielektrik untuk mendukun gaya elektrostatik

berbanding lurus dengan konstanta dielektrik

(Putri, 2007).

Karakteristik yang dimiliki oleh semua

bahan dielektrik, baik yang berupa cairan,

padatan atau gas, berbentuk kristal atau bukan,

Cm

ialah kemampuan untuk menyimpan energi

listrik. Penyimpanan ini terjadi dengan

pergeseran relatif kedudukan muatan positif

internal dan muatan negatif internal terhadap

gaya atomik dan molekular yang normal

(Hayt, 1986).

(a)

(b)

(c)

Gambar 3. Pandangan molekuler mengenai

efek dielektrik

Kapasitor mempunyai muatan +q pada

satu pelat dan –q di pelat yang lain (Gambar

3a). Kapasitor diisolasi sehingga muatan tidak

bisa mengalir ke pelat atau dari

pelat-pelat tersebut. Dielektrik di sisipkan di antara

kedua pelat (Gambar 3b). Molekul-molekul

dielektrik mungkin merupakan polar.

Maksudnya, walaupun molekul-molekul

tersebut netral, elektron-elektronnya mungkin

tidak terdistribusi merata, sehingga satu bagian

dari molekul akan positif dan bagian lainnya

negatif. Karena adanya medan listrik di antara

pelat-pelat tersebut, molekul-molekul akan

cenderung menjadi terorientasi sebagaimana

digambarkan. Bahkan jika molekul-molekul

itu bukan polar, medan listrik di antara pelat

akan menginduksi beberapa pemisahan muatan

pada molekul. Beberapa garis medan listrik

sebenarnya tidak menembus dielektrik, tetapi

berakhir (dan mulai kembali) pada

muatan-muatan yang diinduksi pada permukaan

dielektrik (Giancoli, 2001).

Permitivitas atau sifat dielektrik

digambarkan sebagai suatu permitivitas relatif

komplek yang merupakan nilai pembagi antara

permitivitas absolut dengan permitivitas ruang

hampa (Nyfors dan Vainikainen, 1989 dalam

Rynnanen, 1995):

0

εε

ε

abs

=

dimana ε

abs

= permitivitas absolut bahan

ε

o

= permitivitas ruang hampa

(8,85×10

-12

_F/m)

ε = permitivitas relatif bahan

Karena permitivitas merupakan suatu

bilangan kompleks maka dapat dinyatakan

dalam dua bagian yang terdiri dari komponen

nyata dan khayal (Risman, 1991 dan

Rynnanen,1995) yaitu:

δ

ε

ε

ε

ε

j

e

j

′′

=

−

−

′

=

dimana ε = permitivitas relatif kompleks

ε

'

_{= tetapan dielektrik}

ε

"

_{= faktor kehilangan dielektrik}

j = unit imajiner (√-1)

δ = sudut kehilangan dielektrik

Bagian nyata permitivitas diketahui

sebagai tetapan dielektrik ε

'

_{yang menunjukkan}

kemampuan bahan untuk menyimpan energi

listrik, sedangkan komponen khayal

merupakan faktor dielektrik ε

"

_menyatakan

kemampuan bahan untuk menghamburkan atau

melepaskan energi dan mengkonversinya

menjadi panas yang nilainya selalu positif dsan

biasanya lebih kecil dari ε

'

_.

Menurut Mohsenin (1984), tetapan

dielektrik didefinisikan sebagai perbandingan

antara kapasitas bahan, C dengan kapasitansi

runang hampa, C

0 0

C

C

=

ε

0

ε

ε

ε

′

=

dimana ε

o

menunjukkan ruang hampa dan ε

merupakan permitivitas relatif kompleks.

Tetapan dielektrik ε

'

_menunjukkan

kemampuan bahan untuk menyimpan energi

dalam bentuk medan listrik yang berfungsi

sebagai kondensor sehingga dapat dinyatakan

dalam persamaan (2), dimana C merupakan

kapasitas bahan, Q menunjukkan muatan

dalam bahan dan V adalah beda potensial.

Loss Coefficient merupakan faktor

hamburan energi pada bahan (Harmen, 2001).

Sudu Loss Coefficient D merupakan sudut

yang dibentuk antara arus total (I)arus bolak

balik (ac) dan arus pengisian I

C

pada kapasitor

7

Gambar 4. Ilustrasi sudut pada penentuan loss

coefficient I dan I

C

Pada medium yang ideal, didalam

dielektrik kapasitor tidak ada energi hilang

yang terjadi dan arus akan membentuk sudut

90

0

_{terhadap voltase. Jika terjadi kehilangan}

energi, maka sudut fase akan berkurang, dan

loss coefficient akan bertambah berdasarkan

hubungan sebagai berikut:

Loss coefficient D = 90

0

– sudut fase (12)

Pada frekunsi yang diberikan, dielektrik

dapat diperlihatkan sebagai sirkuit paralelyang

terdiri dari kapasitansi dan tahanan yang ideal.

Apabila tegangan sinusoidal diberikan

pada dielektrik ini maka akan menghasilkan

arus pengisian, dimana arah arus sudut adalah

90

0

_{terhadap tegangan. Pada waktu yang sama}

terjadi kehilangan arus IR dalam fase yang

sama dengan V yang diberikan. Sudut θ yang

memisahkan antara arus total I dengan

tegangan disebut sudut fase. Cos θ merupakan

faktor tenaga (PF). Pada kasus kehilangan

energi dielektrik rendah (low loss dielectric),

apabila δ kecil, maka cos θ bisa menggantikan

tan δ. Untuk dielektrik dengan kehilangan

cukup besar, hibungan berikut dapat digunakan

menghitung loss coefficient:

Loss coefficient dapat dinyatakan dengan

persamaaan berikut:

dimana ω adalah frekuensi angular dan C

adalah kapasitansi (Harmen, 2001).

Atom dan molekul merupakan unsur

bermuatan yang terdiri dari partikel bermuatan

negatif (elektron) yang mengelilingi partikel

bermuatan positif (proton) dan neutron sebagai

pusatnya. Ketika bahan sebagai dielektrik

diberikan suatu medan listrik yang tetap,

muatan-muatan listrik dalam dielektrik

tersebut cenderung berpisah atau terpolarisasi,

muatan negatif mengarah ke elektroda positif

dan muatan positif mengarah ke elektroda

negatif. Berbeda dengan konduktor apabila

diberikan suatu medan listrik akan terjadi

aliran arus, dimana muatan-muatan negatif

dalam bahan tersebut bergerak.

SEM

SEM merupakan alat untuk melihat benda

yang sangat kecil dalam bentuk stereo dengan

skala pembesaran tinggi. Alat tersebut

menggunakan sinar elektron berenergi tinggi

untuk melihat objeknya yang sangat kecil.

Prinsip kerja SEM adalah mendeteksi elektron

yang dipancarkan oleh suatu sampel padatan

ketika ditembakkan oleh berkas elektron

berenergi tinggi secara kontinu yang

dipercepat di dalam electromagnetic coil yang

dihubungkan dengan tabung sinar katode

sehingga dihasilkan suatu informasi mengenai

keadaan permukaan suatu sampel senyawa

(Steven, 2003).

Sebelum dianalisis dengan SEM, sampel

harus dipreparasi terlebih dahulu. Hal-hal yang

harus dipenuhi untuk menyiapkan sampel,

yaitu menghilangkan seluruh pelarut, air, atau

bahan lain yang dapat menguap ketika di

dalam vakum dan menipiskan sampel yang

akan dianalisis. Jika spesimen merupakan

isolator, seperti tanaman, kuku jari, dan

keramik, maka perlu dilapisi dengan bahan

konduktor. Bahan konduktor yang biasa

digunakan adalah emas, perak, dan aliansi

emas dan paladium. Pelapisan dilakukan dalam

ruang penguapan vakum (Sutiani, 1997).

BAHAN DAN METODE

Tempat dan Waktu Penelitian

Penilitian dilaksanakan di Loboratorium

Biofisika Departemen Fisika Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Institut Pertanian Bogor mulai bulan Juli 2008

sampai Oktober 2008.

Alat dan Bahan

Bahan-bahan yang digunakan dalam

penelitian ini adalah membran Telur, serbuk

KCl, MgCl

2

, CaCl

2

, PCB, kabel, FeCl

3

dan

Aquades.

Alat yang dipergunakan adalah nampan

plastik, pemotong PCB, gunting, neraca

analitik, gelas ukur, pengaduk kaca, spatula,

cawan petri dan LCR meter.

Metode Penelitian

Metode yang digunakan adalah mengukur

impedansi, kapasitansi dan dielektrik dengan

LCR meter yang dirangkaikan dengan plat

kapasitor yang didalamnya terdapat membran.

I

C

δ

θ

Pelaksanaan Penelitian

Pelaksanaan penelitian meliputi persiapan

penelitian, persiapan eksperimen, eksperimen,

analisa data dan dilanjutkan dengan

pembahasan hasil dalam bentuk skripsi.

Persiapan penelitian

Persiapan penelitian yang dilakukan

meliputi studi literatur yang dibutuhkan dalam

penelitian baik berupa pengumpulan

sumber-sumber acuan berupa buku, jurnal, skripsi,

referensi dan sebagainya. Selain itu

dipersiapkan dasar-dasar teori serta perumusan

fisika dan matematika yang diperlukan dalam

penelitian.

Persiapan Eksperimen

Persiapan eksperimen yang dilakukan

antara lain adalah persiapan alat, persiapan

bahan dan perancangan sistem.

1. Persiapan Peralatan

Plat kapasitor yang digunakan dalam

penelitian ini terbuat dari PCB berukuran

luar (2 x 1.5)cm dan bagian tengah

berukuran (1.5 x 1.5) cm.

2. Persiapan Bahan

a. Telur direbus dan tidak direbus,

selaput putih telur (membran) dilepas

dari cangkang. Membran dipotong

dengan ukuran (1,5×1,5)cm

2

_.

b. Membuat larutan KCl, MgCl

2

dan

CaCl

2

masing-masing dengan

konsentrasi 0,2mM, 1mM dan 10mM.

3. Perancangan Sistem

Pengukuran Impedansi, Kapasitansi dan

Loss Coefficient menggunakan LCR

meter Hi Tester Hioki 3522-50 dan plat

kapasitor.

Eksperimen

Pengesetan alat eksperimen sedemikian

rupa. Penempatan membran berada dalam plat

kapasitor.

Gambar 5. Skema rangkaian sistem

pengukuran impedansi,

kapasitansi dan loss

coefficient.

Membran yang diamati adalah membran

yang tanpa direbus dan membran yang direbus.

Membran yang tanpa direbus dan direbus

diamati lagi yaitu dengan direndam aquades,

larutan KCl, MgCl

2

, dan CaCl

2

dengan

masing-masing konsentrasi 0,2mM; 1mM dan

10mM. Frekuensi yang digunakan dalam

pengukuran bervariasi dari 10kHz sampai 100

kHz dengan interval 5 kHz. Perendaman

dilakukan selama 10 menit.

Pengambilan data

Pengambilan data di ambil dengan tiga

kali pengulangan dari membran yang tanpa

direbus dan tanpa direndam, membran tanpa

direbus dan direndam aquades, membran tanpa

direbus dan direndam larutan KCl, MgCl

2

dan

CaCl

2

dengan masing-masing konsentrasi 0,2

mM; 1mM dan 10mM, kemudian membran

yang direbus dan tanpa direndam, membran

yang direbus dan direndam aquades serta

membran yang direbus dan direndam laritan

KCl, MgCl

2

, dan CaCl

2

dengan masing-masing

konsentrasi 0,2 mM;1mM dan 10 mM.

Analisa Data

Analisa data yang dilakukan adalah

menggambarkan hubungan tanpa perendaman,

larutan aquades, konsentrasi larutan KCl,

MgCl

2

, CaCl

2,

terhadap frekuensi, impedansi,

kapasitansi, dan konstanta dielektrik membran.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Kapasitansi Membran Telur dari Ayam

Petelur Tanpa Perebusan

Dari data eksperimen didapatkan grafik

seperti yang terlihat pada gambar 6.

Dari grafik terlihat nilai kapasitansi yang

bervariasi terhadap frekuensi mengalami

penurunan dengan bertambahnya frekuensi

yang diberikan, baik pada frekuensi rendah

maupun frekuensi tinggi.

Frekuensi berpengaruh terhadap bahan

dielektrik itu sendiri, yaitu dengan naiknya

frekuensi maka semakin banyak gelombang

yang ditransmisikan tiap detiknya, sebelum

kapasitor terisi penuh arah arus listrik sudah

berbalik sehingga terjadi pengosongan muatan

dalam kapsitor dengan cepat, yang

mengakibatkan muatan dalam kapasitor

semakin berkurang dan kemampuan kapasitor

untuk menyimpan muatan semakin kecil

(Sutrisno, 1984). Dengan adanya bahan

dielektrik di antara plat kapasitor akan

memunculkan muatan-muatan permukaan

9

yang cenderung memperlemah medan listrik

semula dalam dielektrik. Pelemahan medan

listrik ini menyebabkan pengurangan beda

potensial antara plat-plat kapasitor yang berisi

bahan dielektrik (Tippler, 1996).

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 ₁₀0 Frekuensi (kHz) K a pa s ita n s i (nF) KCl 0,2 mM KCl 1 mM KCl 10 mM

(a)

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 ₁₀0 Frekuensi (kHz) K a pa s it a ns i ( n F ) MgCl2 0,2 mM MgCl2 1 mM MgCl2 10 mM

(b)

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 ₁₀₀ Frekuensi (kHz) K a pa s ita ns i ( n F) CaCl2 0,2 mM CaCl2 1 mM CaCl2 10 mM

(c)

0 10 20 30 40 50 60 70 10 20 30 40 50 60 70 80 90 ₁₀₀ Frekuensi (kHz) K a pa s it a ns i ( n F) tanpa direndam direndam aquadest

(d)

Gambar

6.

Grafik frekuensi vs kapasitansi

pada berbagai konsentrasi

perendaman (a) KCl (b) MgCl

2

, (c)

CaCl

2

, dan (d) aquades dan tanpa

perendaman

Gambar 6 menunjukkan kurva hubungan

frekuensi dengan kapasitansi membran ayam

petelur tanpa perebusan terhadap konsentrasi

larutan KCl, MgCl

2

, CaCl

2

dan direndam

aquades serta tanpa direndam. Nilai

kapasitansi untuk semua perlakuan mengami

penurunan.

Pada larutan KCl dan CaCl

2

dengan

konsentrasi 10 mM nilai kapasitansinya

mendekati sama tingginya yaitu sekitar

2750nF dan 3500nF sedangkan larutan MgCl

2

dengan konsentrasi yang sama yaitu 10 mM,

nilai kapasitansinya rendah dibandingkan

dengan konsentrasi yang lainnya.. Nilai

kapasitansi larutan KCl dan CaCl

2

dengan

konsentrasi 10 mM lebih tinggi dibandingkan

dengan konsentrasi 0,2 mM dan 1 mM tetapi

pada konsentrasi 0,2 mM larutan KCl, nilai

kapasitansi lebih tinggi dari 0,2 mM larutan

CaCl

2

. penurunan kapasitansi yang signifikan

terjadi saat direndam aquades yaitu dari

kisaran nilai 62nF ke 16nF hingga 0,5nF.

Pada konsentrasi 0,2mM – 10mM

impedansi meningkat. Kenaikan impedansi

yang signifikan terjadi pada konsentrasi

0,2mM sedangkan peningkatan impedansi

pada konsentrasi 1mM dan 10mM tidak

signifikan.

Nilai kapasitansi sebuah kapasitor keping

sejajar dipengaruhi oleh luas penampang

keping, jarak antar kepeing dan sifat bahan

dielektrik. Nilai kapasitansi akan sebanding

dengan besarnya konstanta dielektrik bahan.

Keberadaan bahan dielektrik yaitu

membran telur (selaput tipis berwarna putih

yang berada dalam cangkang telur) diantara

kepng sejajar dapat menyebabkan lemahnya

medan listrik diantara keping kapasitor

sehingga kapasitansinya turun.

Bahan dielektrik merupakan suatu bahan

non konduktor yang tidak mempunyai elektron

bebas, apabila diberikan suatu medan listrik

bermuatan positif dan negatif maka akan

bergerak ke arah elektroda negatif dan positif,

keadaan seperti ini disebut polarisasi (Harmen,

2001). Medan listrik diantara keping kapasitor

menjadi lemah diakibatkan oleh pengaruh

polarisasi. Frekuensi mengalami kenaikan,

maka total polarisasi berkurang dan

mengakibatkan konstanta dielektrik berkurang.

Kapasitansi Membran Telur dari Ayam

Petelur dengan Perebusan

Gambar 7 memperlihatkan kurva

hubungan frekuensi dengan kapasitansi dengan

perlakuan perebusan. Nilai kapasitansi turun

untuk semua perlakuan; direndam larutan KCl,

MgCl

2

, CaCl

2

, direndam aquades dan tanpa

direndam. Pada MgCl

2

dan CaCl

2

untuk

konsentrasi 0,2 mM nilai kapasitansinya lebih

tinggi dibandingkan dengan konsentrasi 1mM

dan 10mM sedangkan pada KCl, konsentrasi

1mM lebih tinggi dari 0,2 mM dan 10mM.

Perlakuan dengan direndam aquades nilai

kapasitansinya lebih tinggi dari tanpa

direndam..

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 10 20 30 40 50 60 70 80 90 ₁₀₀ Frekuensi (kHz) K a p a s it a ns i (nF) KCl 0,2 mM KCl 1 mM KCl 10 mM

(a)

0 200 400 600 800 1000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 ₁₀₀ Frekuensi (kHz) K a p a s it a ns i (nF) MgCl2 0,2 mM MgCl2 1 mM MgCl2 10 mM

(b)

0 100 200 300 400 500 600 10 20 30 40 50 60 70 80 90 ₁₀₀ Frekuensi (kHz) K ap asit an si ( n F ) CaCl2 0,2 mM CaCl2 1 mM CaCl2 10 mM

(c)

0 50 100 150 200 250 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Frekuensi (kHz) K a p a s ita n s i (nF ) direndam aquades

(d)

0.058 0.059 0.06 0.061 0.062 0.063 0.064 0.065 10 20 30 40 50 60 70 80 90 ₁₀0 frekuensi (kHz) K a p a ist a n s i ( n F ) tanpa rendam

(e)

Gambar

7.

Grafik frekuensi vs kapasitansi

pada berbagai konsentrasi

perendaman (a) KCl, (b) MgCl

2

, (c)

CaCl

2

, (d) aquades, dan (e) tanpa

perendaman

Impedansi Membran Telur dari Ayam

Petelur Tanpa Perebusan

Impedansi dari suatu rangkaian

merupakan rasio dari tegangan yang melintasi

elemen rangkaian terhadap arus yang mengalir

pada rangkaian. Pada keping kapasitor

impedansi berperan sebagai perintang suatu

medan listrik yang diberikan oleh keping.

Impedansi pada rangkaian keping kapasitor

dipengaruhi oleh frekuensi, resistansi, dan

reaktansi total. Frekuensi yang sangat rendah

reaktansi kapasitif menjadi lebih besar

daripada reaktansi induktif, jadi impedansinya

akan besar dan arus maksimum kecil. Ketika

frekuensinya naik reaktansi induktif akan

meningkat dan reaktansi kapasitif menjadi

turun (Tipler, 2001).

11

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Frekuensi (kHz) Im pe da ns i (k O h m)) KCl 0,2 mM KCl 1 mM KCl 10 mM

(a)

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Frekuensi (kHz) Im p e da ns i (k O hm) MgCl2 0,2 mM MgCl2 1 mM MgCl 10 mM

(b)

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 10 20 30 40 50 60 70 80 90 ₁₀₀ Frekuensi (kHz) Im pe da n s i ( k O h m) CaCl2 0,2 mM CaCl2 1 mM CaCl2 10 mM

(c)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Frekuensi (kHz) Im pe da n s i (k H z ) tanpa direndam direndam aquades

(d)

Gambar 8. Grafik frekuensi vs impedansi pada

berbagai konsentrasi perendaman

(a) KCl, (b) MgCl

2

, (c) CaCl

2

, (d)

aquades dan tanpa perendaman

Dari grafik terlihat bahwa nilai impedansi

mengalami kenaikan dengan bertambahnya

frekuensi yang diberikan.

Pada larutan KCl dan CaCl

2

dengan

konsentrasi 0,2 mM nilai kapasitansinya lebih

tinggi dari konsentrasi 1mM dan 10 mM,

sedangkan untuk larutan MgCl

2

konsentrasi

yang lebih tinggi berada pada 10 mM.

Nilai impedansi tertinggi ketika tidak

diberikan perlakuan yaitu tanpa direndam

dengan aquades maupun larutan garam adalah

dari 8 kHz sampai sekitar 15,8 kHz.

Konsentrasi ion menentukan jumlah

banyaknya ion yang ada pada larutan. Pada

perebusan dan tanpa perebusan konsentrasi

tidak berhubungan dengan suatu kelinearan

pada grafik tetapi konsentrasi mempengaruhi

nilai impedansi.

Impedansi Membran Telur dari Ayam

Petelur dengan Perebusan

Dari grafik di atas kita dapat melihat

bahwa nilai impedansi naik kecuali yang tanpa

direndam yaitu nilai impedansinya menurun.

Pada KCl 0,2 mM nilainya menyimpang

dari yang lainnya yaitu ketika frenkuensinya

mencapai kira-kira 25 kHz sampai 100kHz

kenaikan impedansi signifikan dari 0,4 kOhm

sampai sekitar 2,3 kOhm.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 ₁₀0 Frekuensi (kHz) Im pe da n s i (k O h m ) KCl 0,2 mM KCl 1 mM KCl 10 mM

(a)

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 10 20 30 40 50 60 70 80 90 ₁₀0 Frekuensi (kHz) Im p e da ns i (k O h m ) MgCl2 0,2 mM MgCl2 1 mM MgCl2 10 mM

(b)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 ₁₀0 Frekuensi (kHz) Im pe da ns i (k O h m) CaCl2 0,2 mM CaCl2 1 mM CaCl2 10 mM

(c)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Frekuensi (kHz) Im p e da ns i ( k O h m) direndam aquades

(d)

0 50 100 150 200 250 300 10 20 30 40 50 60 70 80 90 ₁₀₀ Frekuensi (kHz) Im pe da ns i ( k O hm ) tanpa rendam

(e)

Gambar 9. Grafik frekuensi vs impedansi pada

berbagai konsentrasi perendaman

(a) KCl, (b) MgCl

2

, (c) CaCl

2

, (d)

aquades dan (e) tanpa perendaman

Nilai impedansi menurun mulai dari

frekuensi 10 kHz sampai 100 kHz dengan 247

kOhm sampai sekitar 26 kOhm.

Secara umum untuk membran tanpa

perebusan dan membran dengan perebusan

menunjukkan nilai impedansi yang cenderung

naik walaupun pada sebagian perlakuan terjadi

penyimpangan. Penyimpangan-penyimpangan

tersebut disebabkan oleh keterbatasan sistem

kerja yang dilakukan selain dari pengaruh

konsentrasi dan perebusan dan tanpa

perebusan . Sistem kerja ini mempunyai

pengaruh yang cukup siknifikan apabila kerja

yang dilakukan tidak dengan hati-hati.

Loss Coefficient Membran Telur dari Ayam

Petelur Tanpa Perebusan

Persamaan (14) menerangkan bagaimana

hubungan frekuensi dan kapasitansi terhadap

loss coefficient. Frekuensi dan kapasitansi

yang besar membuat nilai loss coefficient

menjadi kecil. Bertambahnya frekuensi maka

semakn banyak energi yang ditransmisikan

dan dikonversi menjadi panas. Selain itu

berdampak pada menurunnya kemampuan

kapasitor dalam menyimpan muatan, hal ini

membuat makin banyak energi yang

dihamburkan dan dikonversi menjadi energi

lain.

0 2 4 6 8 10 12 10 20 30 40 50 60 70 80 90 ₁₀0 Frekuensi (kHz) L o s s C o e ff ici en t KCl 0,2 mM KCl 1 mM KCl 10 mM

(a)

0 2 4 6 8 10 12 10 20 30 40 50 60 70 80 90 ₁₀0 Frekuensi (kHz) L o ss C o e ff ic ien t MgCl2 0,2 mM MgCl2 1 mM MgCl2 10 mM

(b)

0 2 4 6 8 10 12 10 20 30 40 50 60 70 80 90 ₁₀0 Frekuensi (kHz) L o ss C o e ff icien t CaCl2 0,2 mM CaCl2 1 mM CaCl2 10 mM

(c)

13

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Frekuensi (kHz) L o s s C o ef fi cien t tanpa rendam direndam aquades

(d)

Gambar 10. Grafik frekuensi vs impedansi

pada berbagai konsentrasi

perendaman (a) KCl, (b) MgCl

2

,

(c) CaCl

2

, (d) aquades dan tanpa

perendaman

Nilai loss coefficient yang terlihat pada

gambar 10a, 10b dan 10c mengalami kenaikan

terhadap frekuensi. Semakin besar frekuensi

maka nilai loss coefficient semakin besar. Pada

perlakuan yang diberikan larutan KCl dan

MgCl

2

dengan konsentrasi 10mM, loss

coffisient tertinggi yaitu mulai dari 3,4 sampai

kira-kira 9.

Untuk perlakuan yang direndam aquades

dan tanpa direndam nilai loss coeffisient

sebaliknya yaitu menurun. Ketika frekuensi

10kHz loss coffisient yang tanpa direndam

sebesar 4,3, kemudian frekuensi 20kHz loss

coeffisient menjadi 2,7 hingga frekuensi

100kHz menjadi 0,3. Rentang nilai dari

frekuensi 10kHz ke 20 kHz sebesar 1,57

sedangkan rentang nilai dari frekuensi 20kHz

ke 30 kHz sampai 100 kHz sekitar 0,03 sampai

0,59. Nilai loss coeffisient yang direndam

aquades mulai dari 4,7 sampai 0,97 dengan

frekuensi 10kHz hingga 100kHz.

Loss Coefficient Membran Telur dari Ayam

Petelur dengan Perebusan

Gambar 11 memperlihatkan kurva

hubungan frekuensi dengan loss coeffisient.

Untuk membran yang direndam larutan KCl,

MgCl

2

dan CaCl

2

serta direndam dengan

aquades nilai coeffisient naik-turun. Contoh,

pada KCl 0,2mM nilai loss coeffisient dari

frekuensi 10 kHz – 25 kHz mengalami

kenaikan yaitu 3,4 – 5,4. Ketika frekuensi

mencapai 30 kHz nilai loss coeffisient turun

menjadi 5,38 kemudian naik lagi pada

frekuensi 35 kHz – 45 kHz sebesar 5,39 –

5,51. Pada frekuensi 55 kHz loss coeffisient

turun lagi mencapai 5,47 kemudian naik lagi

ketika frekuensi 60 kHz menjadi 5,50 kHz

selanjutnya turun lagi pada frekuensi 65 kHz

menjadi 5,428. Nilai loss coeffisient naik lagi

ketika frekuensi mencapai 70 kHz yaitu

sebesar 5,429 kemudian turun lagi pada

frekuensi 75 kHz menjadi 5,3 selanjutnya naik

lagi pada frekuensi 80 kHz menjadi 5,4 dan

turun lagi ketika frekuensi mencapai 85 kHz –

100 kHz menjadi 5,29 – 4,8.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 ₁₀0 Frekuensi (kHz) Los s C oe fi c ie nt KCl 0,2 mM KCl 1 mM KCl 10 mM

(a)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 30 40 50 60 70 80 90 ₁₀0 Frekuensi (kHz) L o ss C o e ff isi en t MgCl2 0,2 mM MgCl2 1 mM MgCl2 10 mM

(b)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 30 40 50 60 70 80 90 ₁₀₀ Frekuensi (kHz) L o ss C o ef fi ci en t CaCl2 0,2 mM CaCl2 1 mM CaCl2 10 mM

(c)

0 1 2 3 4 5 6 7 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Frekueansi (kHz) L o ss C o ef fi si n t direndam aquades

(d)

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 10 20 30 40 50 60 70 80 90 ₁₀₀ Frekuensi (kHz) L o ss C o e ff ic ien t tanpa rendam

(e)

Gamba 11. Grafik frekuensi vs loss coefficient

pada berbagai konsentrasi

perendaman (a) KCl, (b) MgCl

2

, (c)

CaCl

2

, (d) aquades dan (e) tanpa

perendaman

Nilai loss coeffisient untuk perlakuan

tanpa direndam menurun. Dapat dilihat dari

grafik di atas ketika frekuensi 10 kHz ke 20

kHz hingga 100 kHz. Nilai loss coeffisient

turun dari 0,069 menjadi 0,061 hingga 0,042.

Impedansi Imajiner Membran Telur dari

Ayam Petelur Tanpa Perebusan

Dari grafik dapat dilihat bahwa bentuk

grafiknya terbalik, ini menunjukkan bagian

imajiner dari impedansi. Untuk membran

yalng direndam dalam larutan garam, nilai

impedansi naik sedangkan yang direndam

aquades dan tanpa direndam nilai impedansi

menurun.

-0.012 -0.01 -0.008 -0.006 -0.004 -0.002 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Frekuensi (kHz) Z* s in θ KCl 0,2 mM KCl 1 mM KCl 10 mM

(a)

-0.008 -0.007 -0.006 -0.005 -0.004 -0.003 -0.002 -0.001 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Frek ue ns i (kHz) Z* s in θ MgCl2 0,2 mM MgCl2 1 mM MgCl2 10 mM

(b)

-0.009 -0.008 -0.007 -0.006 -0.005 -0.004 -0.003 -0.002 -0.001 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Frekuensi (kHz) Z* s in θ CaCl2 0,2 mM CaCl2 1 mM CaCl2 10 mM

(c)

-16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Frekuensi (kHz) Z* s in θ tanpa direndam direndam aquades

(d)

Gambar 12. Grafik frekuensi vs Z imajiner

pada berbagai konsentrasi

perendaman (a) KCl, (b) MgCl

2

,

(c) CaCl

2

, (d) aquades dan tanpa

perendaman

Nilai impedansi yang direndam dengan

KCl, MgCl

2

, CaCl

2

dan aquades lebih kecil

dari yang tanpa direndam. Ini menunjukkan

pengaruh ion-ion dari larutan garam tersebut

dan molekul air pada aquades mempengaruhi

impedansi sehingga nilainya menjadi kecil.

Impedansi Real Membran Telur dari Ayam

Petelur Tanpa Perebusan

Berdasarkan gambar 13 menunjukkan

grafiknya sama dengan impedansi yang tanpa

direbus tetapi nilai impedansinya berbeda

15

sedikit. Untuk membran yang tanpa direndam

grafiknya berbeda dengan impedansi yang

tanpa perebusan tanpa cos θ. Pada frekuensi 10

kHz – 30 kHz nilai Zcosθ naik, ketika

mencapai frekuensi 35 kHz – 100 kHz

nilainya turun sedangkan nilai impedansi yang

tanpa direbus tanpa cos θ dari frekuensi 10

kHz – 100 kHz semuanya naik, tidak

mengalami penurunan.

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Frekuensi (kHz) Z* C os θ KCl 0,2 mM KCl 1 mM KCl 10 mM

(a)

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Frekuensi (kHz) Z* C o s θ MgCl2 0,2 mM MgCl2 1 mM MgCl2 10 mM

(b)

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Frekuensi (kHz) Z* C os Th e ta CaCl2 0,2 mM CaCl2 1 mM CaCl2 10 mM

(c)

0 2 4 6 8 10 12 14 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Frekuensi (kHz) Z* C os θ tanpa direndam direndam aquades

(d)

Gambar 13. Grafik frekuensi vs Z real pada

berbagai konsentrasi perendaman

(a) KCl, (b) MgCl

2

, (c) CaCl

2

, (d)

aquades dan tanpa perendaman

Grafik diatas menunjukkan bagian real

dari impedansi. Untuk perlakuan tanpa

perebusan nilai impedansi lebih kecil

dibanding perebusan.

Impedansi Imajiner Membran Telur dari

Ayam Petelur dengan Perebusan

Gambar 14 menunjukkan bagian imajiner

dari impedansi. Untuk membran yang

direndam dengan larutan garam yaitu KCl,

MgCl

2

, dan CaCl

2

nilai imedansi sangat kecil.

Ini disebabkan ion-ion pada larutan teresbut

terionisasi dalam larutan sehingga nilai

impedansi kecil. Nilai impedansi juga kecil

ketika direndam aquades karena

molekul-molekul terikat sehingga nilai impedansi

menjadi kecil dibandingkan dengan yang tanpa

direndam.

-0.9 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Frekuensi (kHz) Z* S in θ KCl 0,2 mM KCl 1 mM KCl 10 mM

(a)

-0.07 -0.06 -0.05 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Frekuensi (kHz) Z* S in θ MgCl2 0,2 mM MgCl2 1 mM MgCl2 10 mM

(b)

-0.08 -0.07 -0.06 -0.05 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Frekuensi (kHz) Z* S in θ CaCl2 0,2 mM CaCl2 1 mM CaCl2 10 mM

(c)

-0.4 -0.35 -0.3 -0.25 -0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Frekuensi (kHz) Z* S in θ direndam aquades

(d)

-300 -250 -200 -150 -100 -50 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Frekuensi (kHz) Z* S in θ tanpa direndam

(e)

Gambar 14. Grafik frekuensi vs Z imajiner

pada berbagai konsentrasi

perendaman (a) KCl, (b) MgCl

2

,

(c) CaCl

2

, (d) aquades dan (e)

tanpa perendaman

Membran dengan perlakuan tanpa

direndam nilai impedansi naik dari frekuensi

10 kHz – 100 kHz tidak mengalami

penurunan, berbeda dengan yang diberi

perlakuan dengan direndam larutan garam dan

aquades. Membran yang direndam larutan

garam dan aquades nilai impedansinya

naik-turun.

Impedansi Real Membran Telur dari Ayam

Petelur dengan Perebusan

Berdasarkan gambar 15 menunjukkan

grafiknya sama dengan impedansi yang

direbus tetapi nilai impedansinya berbeda

sedikit. Untuk membran yang tanpa direndam

nilai impedansi Zcos θ berbeda jauh dengan

nilai impedansi membran yang direbus tanpa

cos θ. Nilai Zcos θ lebih kecil dari impedansi

yang tanpa cos θ.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Frekuensi (kHz) Z* C os θ KCl 0,2 mM KCl 1 mM KCl 10 mM

(a)

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Frekuensi (kHz) Z* C os θ MgCl2 0,2 mM MgCl2 1 mM MgCl2 10 mM

(b)

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Frekuensi (kHz) Z* C os θ CaCl2 0,2 mM CaCl2 1 mM CaCl2 10 mM

(c)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Frekuensi (kHz) Z* C os θ tanpa direndam direndam aquades

(d)