BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Medan Elektrik dan Potensial.
Medan elektrik adalah efek yang ditimbulkan oleh keberadaan muatan listrik, seperti elektron, ion, atau proton, dalam ruangan yang ada di sekitarnya. Medan listrik memiliki satuan N/C dan Intensitas medan elektrik dapat digambarkan sebagai gaya, F persatuan muatan uji Q2 yang diakibatkan oleh
suatu muatan sumber Q1, seperti gambar 2.1.
Gambar 2.1 Intensitas Medan Elektrik,ETerhadap Muatan Titik.
Dan dapat dirumuskan seperti pada persamaan 2-1.
Ē = ிభ
ொభ 2 - 1
Dimana, E adalah medan elektrik, F adalah Gaya dan Q adalah muatan.
2.1.1. Potensial Dan Medan Elektrik
Sebuah muatan Q akan mengalami gayaF karena adanya medan elektrik Eyang dirumuskan dengan F=QE. Sedangkan kerja yang didefenisikan sebagai gaya yang bekerja pada suatu jarak tertentu adalah dW = F.dl = QE.dl Joule. Potensial dan medan elektrik dapat diperoleh hubungannya melalui persamaan usaha dalam bentuk integral yaitu, VAB = ௐொ
=
− ∫ ܧ݈݀ . J/C atauVolt, atau secara umum dapat ditulis:
V =
− ∫ ܧ݈݀ = ∫ ܧܿݏ ߠ.݈݀ 2 – 2Q1
Q2
Medan elektrik, E dapat juga diperoleh dari hubungan diferensial potensial yang diketahui(Kraus, 1999)yaitu dengan persamaan:E = - grad V.
2.1.2. Potensial Dan Momen Dipole
Potensial dan Momen Dipole terjadi jika dua buah muatan Q yang berlainan tanda dipisahkan dengan jarakL, dengan hasil kali antara muatanQdan jarak L, kontour garis-garis medan yang ekuipotensial diperlihatkan pada gambar 2.2 seperti di bawah ini.
Gambar 2.2 Kontour Garis Medan Elektrik (a) dan (b) Momen Dipole.
Potensial total akibat dari kedua muatan pada suatu titikpadalah: V = V1+ V2=ସగఌொ
బ ቀ
ଵ భ+
ଵ మቁ
Dimana, r1= r -ଶcosߠdan r2= r +ଶcosߠ
Sehingga, potensialppada jarak r dari dipole elektrik adalah, V =ொ௦
ସగఌబమ 2 – 3
2.1.3. Dielektrik, Polarisasi Dan Densitas Fluks 2.1.3.1. Sifat Listrik Dielektrik
Suatu material dielektrik tidak memiliki elektron bebas, yang dapat bergerak dengan mudah di dalam material. Dengan kondisi tertentu material dielektrik jika dikenai pada suatu medan elektrik E, maka elektron-elektron yang mengalami gaya, arahnya akan berlawanan dengan arah medan, E. Pengaruh medan elektrik terhadap material dielektrik dapat merubah sifat dielektrik bahan dari sifat isolator menjadi konduktor. Hal ini dapat terjadi apabila medan elektrik E melampaui batas kritis ketahanan suatu bahan dielektrik, yang akan mengakibatkan muatan-muatan di dalam bahan dielektrik mengalami ionisasi berantai, yang akhirnya dapat mengakibatkan kerusakan lokal pada material dielektrik, tembus listrik ataubreakdown.
2.1.3.2. Polarisasi
Medan elektrik yang diberikan pada material dielektrik akan mempengaruhi elektron, ion dan moleku-molekul polar di dalam material dielektrik. Peristiwa polarisasi menyebabkan dielektrik terpolarisasi, suatu keadaan dimana dua sisi yang berlawanan dari selembar dielektrik mengandung muatan yang berlawanan.
Bila material dielektrik di dalam suatu volume seperti pada slab kapasitor dengan nadalah jumlah dipole, danQ = nqadalah muatan semua dipole, sertaQL’adalah net momen dipole dalam volum maka polarisasi, P atau momen dipole per unit volum adalah:
P=
௩qL’= ொ′
௩ 2 – 4
Sedangkan volum silinder dengan volum permukaan adalah A dan tinggi adalaht, sedangkanv = At’ , maka persamaan 2 – 4 menjadi:
P=ொ௧
௧’=Q/A=ρs C.m
-2
2.1.3.3. Densitas Fluks
Dimensi muatan persatuan luas adalah densitas fluks elektrik, D. Dengan demikian fluks elektrik,Dpada bahagian slab atas pada suatu kapasitor, adalah:
D0=ࢿoE 2 – 6
Dimana, D0 adalah Densitas fluks elektrik dalam ruang vakum (udara), Cm-2,ࢿo
adalah permitivitas dalam ruang vakum = 8.85 pF/m, E adalah V/d merupakan intensitas medan elektrik, V/m,Vadalah tegangan elektroda adalahVelek, danΡ adalah densitas muatan permukaan dari muatan polarisasi yang muncul pada permukaan slab.
Persamaan (2-6) berlaku untuk bahan dielektrik linier, isotropic. Sedangkan D pada bahagian bawah slab dengan bahan dielektrik, terjadi polarisasi di dalam medan elektrik yang menyebabkan densitas muatan permukaanρsmuncul pada kedua permukaan pada slab elektrik.
Jadi densitas fluks elektrik pada bahan elektrik menjadi:
D0= ࢿ0E + ρs 2 – 7
Sedangkan dari persamaan (2 – 5), ρs = P , maka persamaan (2 – 7) berlaku untuk nonisotropic (non homogen), dengan P adalah polarisasi (bahan dielektrik). Atau secara umum dapat ditulis:
D = Dd=ࢿE =ࢿ0E + P 2 – 8
2.2. Pembangkit Tegangan Tinggi.
Umumnya sistem catu daya difungsikan sebagai sumber energi listrik pada setiap sistem peralatan elektronik dalam bentuk tegangan dan arus rata. Sedangkan sumber catu daya itu sendiri adalah bersumber dari jaringan listrik PLN.
Gambar 2.3 Diagram Pembangkit Impuls
2.2.1. Pembangkit Tegangan Tinggi Searah
Pembangkit Tegangan Tinggi Searah (DC) menggunakan penyearah yang terdiri atas sejumlah semikonduktor terpasang seri, dalam prakteknya sering dipergunakan pada pengujian isolasi peralatan yang kapasitansinya besar seperti kabel dan kapasitor, untuk meneliti terjadinya peluahan muatan dan penelitian sifat-sifat dielektrik bahan. Tegangan tinggi searah dibangkitkan dengan menyearahkan tegangan tinggi bolak-balik. Rangkaiannya sama dengan rangkaian penyearah peralatan elektronika, tetapi semua komponen dirancang untuk mampu memikul tegangan tinggi.
Gambar 2.4 Rangkaian pembangkit tegangan tinggi DC dengan penyearah Apabila digambarkan keluaran tegangan DC dengan penyearah setengah gelombang adalah seperti gambar 2.7 dibawah ini.
Cs R
D
Uo (t=0)
Test trafo Ototrafo
PLN Trafo tegangan
tinggi
Dioda penyearah
Gambar 2.5 Tegangan keluaran pembangkit tegangan tinggi DC dengan penyearah setengah gelombang
Tegangan uji searah didefinisikan sebagai nilai rata-rata dengan persamaan: U =ଵ
∫ u(t)dt
. 2 - 9
Fluktuasi tegangan searah antara nilai puncak U dan nilai dinyatakan dengan amplitudo tegangan cacat:
δU = ½ (U - Umin) 2 – 10 Dimana, U adalah tegangan, T adalah waktu periode, . δ adalah sudut rugi daya.
2.2.2. Pembangkit Tegangan Impuls RLC
Rangkaian pembentuk pulsa impuls umumnya dapat dibangun dengan berbagai bentuk rangkaian seperti, rangkaian generator impuls RC, RLC, MARX dan sebagainya.
Gambar 2.6. Rangkaian Generator Impuls RLC
Dari gambar 2.6, 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,dan R0. Dengan demikian, rangkaian ekuivalen generator setelah
sela picu bekerja dapat dibuat seperti gambar 2.7 berikut.
Vo F
C
D Rp Rs L
R0
∼
Vdc V
Gambar 2.7 Rangkaian Ekuivalen Generator Setelah Sela Picu Bekerja Persamaan arus pada rangkaian ini adalah:
V=ଵ
∫ ݅݀ݐ+ (R0+Rs)i+L ௗ
ௗ௧ 2 – 11
Tegangan kapasitor pemuat (V) adalah konstan, maka turunan persamaan 2 – 11 terhadap waktu adalah:
dimana penyelesaian 2-13 adalah sebagai berikut: I =ሺ∝భା∝మ)
nilai R, L dan C dapat diatur sedemikian rupa seingga nilai suku-suku yang di bawah tanda akar menjadi positif, yang demikian nilaiα1dan α2menjadi bilangan
nyata dan positip. Hal ini dapat dipenuhi jika
ቀଶோቁ> ටଵ
2 – 18
Tegangan keluaran generator sama dengan tegangan pada resistorR0yaitu
V0 = i R0 2 – 19
Substitusi persamaan 2.14 ke dalam persamaan 2.18 menghasilkan V0=ோబሺ∝మା∝భ
)
ோሺ∝మି∝భ) (ߝ
ି∝భ -ߝି∝మ) 2 – 20
Bentuk gelombang yang dihasilkan persamaan 2-19 ditunjukkan pada gambar 2.8 sebagai berikut:
Gambar 2.8 Bentuk Gelombang Impuls Rangkaian RLC
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 ini dengan sumbu waktu adalah titik acuan waktu pulsa.
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
Persamaan 2-20 dapat disederhanakan menjadi:
V0 = K (ߝି∝భ - ߝି∝మ) 2– 21
Dengan
K=(∝మା∝భ)
ோబ(∝మି∝భ) 2 – 22
Untuk nilai waktu mencapai tegangan maksimum diperoleh dengan membuat turunan pertama persamaan 2-19 sama dengan nol (dV/dt=0), hasilnya adalah:
ܶ= ఈభିଵିఈమlnమభ 2 – 23
NilaiTf ini disubstitusikan ke dalam persamaan 2-19 yang menghasilkan ܸ௦ =ோோ(బఈ(ఈమାఈభ
మିఈభ) ߝ ഀభ
ഀభషഀమ୪୬ಉమಉభ −ߝഀభషഀమഀమ ୪୬ಉమಉభ 2 – 24 Defenisi efesiensi generator impuls, adalah perbandingan harga maksimum tegangan keluaran dengan tegangan pada kapasitor pemuat C, atau
ߟ = ೌೖೞ 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 =ଵଶܥܸଶ = ଶଵܥ(ೌೖೞఎ )ଶ 2 – 26
Dari persamaan 2-25 ini besar kapasitansi kapasitor pemuat C dapat dihitung. Persamaan 2-22 menyatakan bahwa waktu muka gelombang tegangan adalah
ܶ =ߙ −1 ଵ − ߙଶln
αଶ αଵ
Diketahui juga bahwa ketika t = ܶ௧ maka besar tegangan menjadi setengah dari tegangan maksimum (V = 0,5Vmaks). Jika nilai ini disubstitusikan ke dalam
ߝିఈభ்− ߝିఈమ் = ଵ
ଶ(ߝିఈభ்− ߝିఈమ்) 2 – 27
Dari persamaan 2-22 dan 2-26 dapat diperoleh nilai α1 dan α2, nilai ini
disubstitusikan ke dalam persamaan 2-16 dan 2-17 diperoleh, α1=ିோଶ + ටቀଶோቁ
ଶ
−ଵ dan α2=ିோଶ - ටቀଶோቁ
ଶ −ଵ
Jika nilai C sudah diketahui, kedua persamaan di atas merupakan dua persamaan dengan dua bilangan yang tidak diketahui, yaitu R dan L sehingga nilai R dan L dapat dihitung.
Selanjutnya nilai Rs dapat dihitung dengan persamaan 2-14 perhitungan
menurut cara diatas memerlukan waktu dan sangat sulit dilaksanakan dengan cara manual. Karena itu perhitungan RLC dapat dilakukan dengan cara pendekatan.
2.2.3. Pengukuran Tegangan dan Lebar pulsa
Salah satu instrumen dasar untuk menganalisa besaran – besaran dalam kelistrikan seperti mengukur tegangan puncak dan lebar pulsa (pulse width) adalah dengan menggunakan osiloskop. 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)
2.2.4. Sela Picu Atau Sphere Gap.
Sela picu adalah alat untuk generator impuls yang berguna untuk menghubungkan dan memutuskan hubungan antara rangkaian. Terdiri dari dua elektroda, yaitu elektroda tegangan tinggi berbentuk bola dan elektroda yang ditanahkan berbentuk setengah bola yang memiliki satu lubang berbentuk silinder, dan pada lubang itu dimasukkan satu tabung gelas diselubungi logam, dan dalam tabung gelas itu ada satu jarum logam yang dihubungkan dengan alat picu triggering devicesseperti pada gambar 2.9.
Gambar 2.9 Sela Picu Elektronik
Proses atau mekanisme operasi sela picu tersebut adalah sebagai berikut, yaitu mula-mula kedua elektroda diberi tegangan, V yang mengakibatkan timbul medan elektrik, E diantara kedua elektroda.
Dalam tembus elektrik, kedua elektroda terhubung singkat seperti saklar yang menutup dengan kecepatan tinggi yaitu mikro detik.
Hubungan antara tegangan elektroda bola, U dan tegangan pemicu, Us adalah sebagai berikut. (Kind, 1978):
ܷഥ = 0.386 ଶଷା் ܷതതത௦ 2 – 28
Dimana, p adalah tekanan udara dalam mmHg dan T adalah temperatur udara dalam0C.
Diameter elektroda bola sphere gap ini terdiri atas beberapa ukuran standart, dalam ukuran cm. Sedangkan dengan melihat tabel, maka dalam kondisi udara standar, yaitu temperatur udara 200C, tekanan udara 760 mmHg, dan kelembapan mutlak 11 gr/m3 maka tegangan tembus sela bola standart untuk berbagai jarak sela bola adalah tetap.
2.2.5. Kapasitor Atau Penyimpan Muatan
Penyimpan muatan elektrik dapat dilakukan pada berbagai komponen, diantaranya adalah akkumulator, induktor dan kapasitor. Salah satu komponen penyimpan energi yang handal yang sekaligus mudah untuk melepaskan energinya adalah kapasitor.
Kapasitor pada dasarnya terdiri dari dua buah plat konduktor sejajar, yang dipisahkan oleh material dielektrik, yang masing-masing bermuatan +Q dan –Q. Kemampuan suatu bahan material untuk menyimpan sejumlah muatan elektrik dikenal sebagai kapasitansi. Untuk meningkatkan kapasitansi dari suatu kapasitor dapat dilakukan dengan beberapa metoda, salah satu adalah dengan metoda penambahan material dielektrik diantara kedua palat kapasitor.
Tabel 2.1 Dielektrik Dari Beberapa Jenis Material (Tarigan K, 2008)
No Material Dielektrik,ࢿrelatif
1 Udara 1,0
2 Membran sel 2,0(Singh,2001)
3 Tanah 2,8
4 Tanah liat (kering) 3,4
5 Otot (hewan) 10(Kraus, 1999)
6 Air 80
8 Acrylic 2,7-4,5
9 Lemak (fat) 5,5
Material dielektrik akan terpolarisasi bila berada pada suatu medan elektrik, E dan akan menghasilkan kerapatan fluks magnetik, D yang lebih besar bila dibandingkan dengan kondisi dalam ruang hampa.
Efek polarisasi akan terjadi akibat pengaruh ikatan pasangan muatan positif dan negatif di dalam bahan dielektrik adalah dikenal dengan momen dipole. Meningkatnya kerapatan fluks yang diakibatkan oleh polarisasi material isotropik, linier, muncul sebagai permitivitas bahan yang merelasikan:
D=ࢿ.E 2 – 29
Dimana,ࢿ=ࢿ0.ࢿr
ࢿradalah dielektrik relatif danࢿ0adalah permitivitas atau dielektrik dalam
ruang hampa yang besarnya adalah 8,854. 10-12F/m.
Apabila diberikan beda tegangan, Vdiantara kedua bahan konduktif maka akibatnya salah satu konduktor akan bermuatan +Q dan pada konduktor yang lainnya bermuatan –Q,dimana besar kapasitansinya adalah:
ܥ =୕
Perubahan energi, W yang tersimpan dalam kapasitor adalah karena diberikannya besar potensianl pertambahan muatan, sehingga:
dW=V.dq = 1/C.Qdq. J 2 – 32
dan total energinya adalah:
W=భ.=∫ ݍ݀ݍொ =మభQ2/C =మభCV2=మభQV=భమεE2Ah.Joule 2 – 33 Akibat dari medan elektrik yang diberikan maka energi densitasnya,Wmenjadi:
W= ½ߝE2 2 – 34
2.3. Potensial Nernst Pada Membran Sel
Potensial atau beda tegangan yang terdapat pada membran sel merupakan properti yang dimiliki oleh mahluk hidup, membran sel mempunyai sifat semipermeabilitas, sehingga memungkinkan ion-ion atau molekul dapat masuk atau keluar dari membran tersebut. Adanya ion-ion positip di luar sel dan ion-ion negatip di dalam sel, yaitu Na+,K+,Ca++,ܥ݈ି,ܣି dan sebagainya (Gabi, et al., 2007)maka akan menimbulkan suatu beda potensial.
Beda potensial kimia akibat perbedaan konsentrasi ion-ion telah dirumuskan olehNernstyaitu:
Gradien Potensial(mV) = 61.1 Logቀ௦௧௦ௗ௦௦ௗ
௦௧௦ௗ௦௦௨ ቁ.ܸ݉
Sedangkan secara kuantitatif persamaan potensial dalam keadaan normal, resting dalam sel menurut Goldman-Hodgkin-Katz adalah sesuai dengan potensial Nernst termasuk konsentrasi anion-anionnya(Gabi et al., 2007).
Besar potensial istirahat berbagai sel berbeda-beda, misalnya untuk sel syaraf adalah sebesar -90 mV dan untuk sel cairan tubuh adalah sebesar -74 mV ,sel adipose -40mV sel Thyroid -50mV,Sel Skeletal muscle -85mV, sel Cardiac muscle -90mV dan sebagainya, sedangkan potensial aksi, depolarisasi normal + 40 mV.
2.3.1. Bentuk , Ukuran Dan Struktur Sel Bakteri
Bentuk dan ukuran sel bakteri bervariasi, ukurannya berkisar 0,4 – 2,0m, sel bakteri dapat terlihat bentuknya di bawah mikroskop cahaya. Bakteri berbentuk seperti kokus (bulat), basil (batang), dan spiral. Bakteriescherichia coli yang berbentuk batang dengan panjang sekitar 2 micrometer dan diamater 0.5 micrometer dan volume sel berkisar 0.6-0.7 micrometer kubik (µm3). Bentuk sel kokus terdapat sebagai sel bulat tunggal, berpasangan (diplokokkus), berantai (streptokokkus), atau tergantung bidang pembelahan, dalam empat atau dalam kelompok seperti buah anggur (stafilokokkus)(Tortora Gerard J. et al., 1992)
Ujung sel bakteri serupa batang dapat berupa lingkaran halus, seperti pada bakteri enterik Salmonella typhosa, atau berbentuk kotak seperti pada Bacillus anthracis. Bentuk batang serupa benang panjang yang tidak dapat dipisahkan
menjadi sel tunggal diketahui sebagai filamen. Bentuk batang fusiform, meruncing pada kedua ujungnya ditemukan pada beberapa bakteri rongga mulut dan lambung.
Gambar 2.10 Struktur Lapisan BakteriEscherichia Coli
Penyusun membran sel yang berupa karbohidrat berikatan dengan molekul protein yang bersifat hidrofilik sehingga disebut dengan glikoprotein. Adapun karbohidrat yang berikatan dengan lipid yang bersifat hirofilik disebut dengan glikopolid.
Sifat dari membran sel ini adalah selektif permeabel artinya adalah dapat dilalui oleh air dan zat-zat tertentu yang terlarut di dalamnya. Dinding sel adalah bagian sel bakteri yang berfungsi memberi bentuk dan kekuatan/perlindungan
terhadap sel. Dinding sel bakteri tersusun atas bahan peptidoglikan, yaitu suatu
molekul yang mengandung rangkaian amino disakarida dan rantai peptida.
Berdasarkan dinding selnya bakteri dibagi menjadi dua kelompok yaitu
Gambar 2.11 Gram Negatif Dan Positip Membran Sel Bakteri
Untuk menunjang fungsinya ini, membran sel memiliki kemampuan untuk mengenali zat. Zat yang dibutuhkan akan diizinkan masuk, sedangkan zat yang sudah tidak digunakan berupa sampah akan dibuang. Masuknya zat dari luar melalui membran sel yaitu melalui peristiwa transpor pasif dan transpor aktif.
2.3.1.2. Struktur Sel Bakteri
Sebagian besar sel bakteri memiliki lapisan pembungkus sel, berupa membran plasma, dinding sel yang mengandung protein dan polisakarida. Dinding selnya merupakan struktur yang kaku berfungsi membungkus dan melindungi protoplasma dari kerusakan akibat faktor fisik dan menjada pengaruh lingkungan luar seperti kondisi tekanan osmotik yang rendah (Brock. TD, et al.,1991)
Protoplasma terdiri dari membran sitoplasma beserta komponen komponen seluler yang ada di dalamnya.
Gambar 2.12 Gambaran Umum Struktur Sel Bakteri
diinginkan. Putaran flagela dikuatkan oleh arus listrik. Fungsi flagela dibangun oleh respon kemotaktik, menunjukkan suatu sistem regulasi sensori umpan balik.
Gambar 2.13 Tipe Flagel Pada Sel Bakteri
Fimbria, disebut juga pili dapat diamati dengan mikroskop elektron pada permukaan beberapa jenis sel bakteri. Fimbria merupakan mikrofibril serupa rambut berukuran 0,004 – 0,008 m,. Salah satu bakteri yang memiliki banyak fimbria, dapat menginfeksi saluran urin. Fungsi fimbria dianggap membantu bakteri untuk bertahan hidup dan berinteraksi dengan inang dapat dianggap memiliki aktivitas fungsional seperti adhesin, lektin, evasin, agresin, dan pili seks.
Dinding sel, ditemukan pada semua bakteri hidup bebas kecuali pada Mycoplasma. Dinding sel berfungsi melindungi kerusakan sel dari lingkungan bertekanan osmotik rendah dan memelihara bentuk sel. Hal ini dapat diperlihatkan melalui plasmolisis, dengan mengisolasi partikel selubung sel setelah sel bakteri mengalami kerusakan secara mekanik, atau dengan penghancuran oleh lisozim.
Kelompok Bakteri Gram-positif dapat menghasilkan polisakarida permukaan yang spesifik (10-50% dari dinding sel) dan protein yang berhubungan dengan peptidoglikan. Pada sel bakteri Gram-negatif, titik hubungan di antara membran luar dan dalam disebut sebagai daerah perlekatan atau Bayer junctions. Bayer junction aktif secara fisiologi,dapat digambarkan seperti berikut:
Periplasma, merupakan komponen yang terdapat diantara membran dalam dan membran luar dari membran sel bakteri.
permukaan. Aktivitas asmotik juga ditunjukkan melalui permeabilitas selektif untuk berbagai senyawa.
2.3.2 DielektrikRupture
Dielektrik rupture adalah terjadinya pemecahan dinding membran sel sehingga terjadi penonaktifan suatu sel mikroorganisme, ada beberapa teori yang sangat mendukung pada peningkatan potensial transmembran dengan perturbasi medan elektrik yang dapat mengakibatkan terjadinya efek merusak, dan dapat mereduksi ketebalan dinding sel (Fang, et al., 2006), diantaranya adalah teori dielektrik rupture yaitu potensial membran sel melampaui potensial normal yang disebut sebagai potensial trans membran PTN. Hubungan antara kuat medan elektrik, E dengan peningkatan PTN, secara empiris (Lebovka, et al., 2003) diberikan dengan persamaan sebagai berikut:
∆Vs= 0.75dcECosߠ 2 – 35
Dimana ∆Vs adalah potensial transmembran sel, dc diameter sel, r adalah radius
sel, Eadalah medan elektrik, V/m,ߠadalah sudut diantara sisi membran terhadap arah medan, fs adalah faktor geometrik, f adalah 1 bila berbentuk lingkaran dan ߬
adalah konstanta waktu induksi.
2.3.3. Elektro Gravimetri Dan Kapasitansi Membran Sel
Umumnya sebagai dasar penentuan suatu karakteristik membran sel dapat dilakukan dengan beberapa cara yaitu dengan cara kimia dan fisika. Secara kimia salah satu cabang dari ilmu elektro-gravimetri khususnya pada bidang elektrokimia, menyatakan bahwa suatu sel terdiri dari dua elektroda dan satu atau lebih larutan dalam wadah yang sesuai sehingga suatu sel dapat dipandang sebagai suatu sel elektrolisis.
Gambar 2.14 Rangkaian Setara Membran Sel Saraf
Rangkaian setara kapasitor tersebut adalah merupakan suatau rangkaian seri antara R saraf dan Csaraf, dimana Rsaraf adalah suatu resistensi atau arus bocoran dan C saraf adalah merupakan suatu kapasitansi atau menyimpan energi muatan dari sel. Secara geometri umum dan dengan hukum-hukum elektrostatika, maka besar suatu resistensi, sesuai dengan persamaan 2.9 adalah sebagai berikut.
R =ఘ
2 – 36
Dan untuk sel membran diasumsikan berlaku hubungan berikut. R =ఘ
=ߪିଵ ௗ 2 – 37
Dan,
C =ߝߝ
2 – 38
Sehingga bila persamaan (2-37) dan (2-38) disederhanakan maka berlaku hubungan C dan R seperti persamaan (2-39), berikut.
C = R-1ఌ
ఙ 2 - 39
Dengan besaran ߩ adalah resistifitas, ߪ adalah konduktifitas, l adalah satuan panjang,Aadalah satuan luas dandadalah diameter sel.
Sedangkan konstanta waktu adalah merupakan perkalian antara R dan C dalam detik atau:
߬=RC 2 - 40
