1 ARTIKEL PENELITIAN PENGARUH CAMPURAN NATRIUM SULFAT DI DALAM LARUTAN DIPOLAR POLI (N- VINIL KARBAZOL) TERHADAP WAKTU RELAKSASI Muh. Tawil*) Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mengukur waktu relaksasi dipolar larutan poli (Nvinilkarbazol) campuran natrium sulfat dengan jembatan wheastone. Metode penelitian adalah pembuatan bahan polimer PVK dengan campuran natrium sulfat. Bahan polimer yang dibuat selanjutnya diukur besarnya waktu relaksasi dengan alat jembatan wheastone Hasil penelitian menunjukkan bahwa respon larutan polimer terhadap arus bolak-balik dengan frekuensi yang bervariasi memberikan informasi waktu relaksasi dalam bahan, sehingga momen dipol dalam larutan dapat diprediksi besarnya. Dari penelitian ini disimpulkan bahwa dalam larutan PVK yang dikotori oleh natrium sulfat terjadi pelemahan tetapan dielektrik dan semakin besar momen dipol dalam larutan.
PENDAHULUAN Poli (N-Vinilkarbazol) dipilih sebagai bahan kajian, karena kapasitansi yang terjadi pada larutan PVK merupakan fenomena yang menarik untuk diselidiki. Hal ini menarik karena tanggapan larutan PVK terhadap frekuensi yang bervariasi dari medn listrik dapat memberikan informasi mengenai waktu relaksasi momen dipol pada larutan. Sehubungan dengan1 itu diperlukan beberapa pendekatan, secara teoritis telah dikembangkan oleh Debye yang lebih dikenal dengan persamaan Debye. Demikian pula pendekatan semi empirik telah dikembangkan oleh Davidson dan Cole (1950) yang melakukan penyesuaian dari persamaan Debye dengan hasil percobaan. Perumusan teoritik dikembangkan oleh Maxwell dan Wagner untuk mengoreksi adanya pengotoran dalam larutan. Pada pengukuran frekuensi rendah timbul pengaruh kapasitansi pada elektroda yang disebabkan oleh konduktansi dc dan terjadinya polarisasi pada elektroda Johnson dan Cole (1951) telah menyelidiki gejala ini dengan hasil yang memuaskan. Hasil pengukuran waktu relaksasi dapat diperkirakan jari-jari molekul yang menyusun suatu dipol, penyerapan energi listrik yang paling besar dan menemukan bobot molekul dari suatu larutan polimer. 1
*) Staf pengajar Jurusan Fisika FMIPA UNM
2 Adapun masalah utama yang akan diselidiki dalam penelitian ini adalah (1). Apakah pada larutan PVK dicampur Na2So4 masih berlaku persamaan Debye ?; (2). Pada selang frekuensi berapakah dalam larutan PVK dicampurkan Na2So4 terjadi kutub ?; (3).Seberapa besar pengaruh konstanta dielektrik static terhadap momen dopol dalamlarutan PVK dicampur Na2So4 ?; (4).Seberapa besar pengaruh panjang rantai polimer terhadap panjang jari-jari molekul berbentuk bola ?; (5).Seberapa besar polaribilitas larutan PVK dicampur Na2So4 ?;(6).Seberapa besar derajat polimerisasi larutan PVK dicampur Na2So4. SIFAT DIELEKTRIK PADA LARUTAN POLIMER Konsep Dasar Konsep dasar untuk menerangkan sifat dielektrik adalah konsep dipol listrik. Dipol listrik adalah suatu kumpulan dari dua muatan yang berlawanan tapi besarnya sama, ditunjukkan pada gambar (1-1). Momen dipol didefinisikan (Ali Omar,M. 1974). p qd (1) dimana d jarak vector dari muatan negatif kemuatan positif. P -q
d
+q
Gambar (1-1). Sebuah dipol listrik Sebuah dipol adalah sumber medan listrik dengan kuat medan listrik dirumuskan
3( p.r )r 22 p E (r ) 4r 5 Polarisasi
(2)
p dari bahan didefinisikan sebagai momen dipol persatuan volume. Jika
banyaknya molekul persatuan volume N dan masing-masing molekul mempunyai momen dipol P maka polarisasi diungkapkan dengan : P Np (3) Pada saat bahan diberi medan listrik statik ( Eo ) terjadi pergeseran listrik yang diungkapkan dengan persamaan vector : D o E P (4) Medan tanpa dielektrik diungkapkan dengan persamaan: D o Eo (5)
3
1 Bandingkan persamaan (5) dengan persamaan (4) diperoleh: E Eo P o persamaan (4) dapat dituliskan kembali menjadi D E o r E dimana konstanta dielektrik relatif dapat dituliskan r
o
(6) (7) (8)
yang menyatakan sifat pada bahan. Kehadiran medan listrik pada bahan menyebabkan terjadinya polarisasi, sehingga dapat diasumsikan momen dipol sebanding dengan medan P E
(9)
disebut polaribilitas molekul. Selanjutnya dari persamaan (3) sampai dengan persamaan (9) diperoleh
r 1
N o
(10)
oleh karena suseptibilitas listrik H pada bahan didefinisikan dengan persamaan P o E (11) dengan membandingkan persamaan (11) dengan persamaan (3) didapat hubungan
N o
(12)
Hasil percobaan menunjukkan bahwa hubungan persamaan (10) tidak berlaku untuk sample berfase padat dan cair, sehingga diperlukan modifikasi pada persamaan tersebut, modifikasi dilakukan dengan menuliskan kembali persamaan (9) menjadi P Elok (13) Elok didefinisikan sebagai medan terpolarisasi atau medan local, dimana Elok Eo E1 E2 E3 (14) Eo adalah medan luar yang dialihkan E1 adalah medan imbas pada bahan yang berusaha melawan medan luar, untuk kasus kapasitor plat sejajar, medan ini dapat dituliskan sebagai :
1 Eo P Eo
(15)
E2 ditelaah dengan membuat suatu model bola Lorentz yang berjari-jari R, dimana
medium diluar bola dapat dipandang sebagai susunan kontinu dengan konstanta dielektrik
4
s . Polarisasi ini dapat ditelaah dengan memperhitungkan muatan pada permukaan bola Loentz (Dekker, 1958). Untuk kapasitor plat sejajar persamaan (14) dapat ditulis menjadi
2 Elok Eo P 3 0
(16)
bandingkan dengan persamaan (6) membeikan :
1 Elok E P 3 0
(17)
sedangkan konstanta dielektrik relatif dapat ditulis dalam bentuk : 2 N 1 3 0 r N 1 3 0
(20)
Persamaan (20) dapat ditulis dalam bentuk lain r 1 N r 1 3 0
(21)
Apabila rapat massa bahan , berat molekul M, dan NA bilangan Avogadro maka persamaan (21) dapat dinyatakan sebagai : M
r 1 N A 2 r 3 0
(22)
yang dikenal sebagai persamaan Clausius-Mosotti. Apabila pada bahan dialihkan medan listrik bolak balik dengan amplitudo E d dan frekuensi sudut , diungkapkan secara matematik adalah sebagai berikut : E E4 cos(t )
(23)
menyebabkan arah dipol bahan ikut berosilasi seirama dengan osilasi medan listrik, dimana ada sekumpulan dipol yang ketinggalan fasanya dari fasa medan, secara matematis sudut ketinggalan fasa dapat diungkapkan dalam perumusan perpindahan listrik (Blythe A.R, 1977). D D0 cos(t )
(24)
5 selanjutnya konstanta dielektrik didefinisikan sebagai :
1
D1 D dan 11 2 0 Ed 0 Ed
(25)
yang memenuhui hubungan
tan
11 1
(26)
konstanta dielektrik kompleks atau permitifitas kompleks menjadi
* 1 i 11
(27)
Dispersi Dipolar Pada larutan polar diberikan medan listrik bolak-balik, maka dipol-dipol akan berosilasi mengikuti isolasi dari medan listrik, semua berisolasi molekul sekitarnya sehingga terjadi dispersi energi listrik yang disebut dengan kehilangan dielektrik, energi ini biasa muncul sebagai panas pada sistem. Kasus ini dapat ditelaah dengan merumuskan persamaan yang menggambarkan gerak polarisasi dipolar sebagai berikut (Ali Oemar.M, 1974). dP 1 Pds (t ) Pd (t ) dt
(28)
dimana Pd (t) momen dipol pada saat t, Pds (t) merupakan momen dipol pada saat kesetimbangan dan disebut waktu relaksasi atau waktu tumbukan. Andaikan pada saat t = 0 medan statik dialihkan, Pds (t) = d = E = P0 , dalam hal ini P0 adalah momen dipol permanen, sehingga persamaan (28)dapat dinyatakan sebagai : dPd (t ) Pd (t ) P0 dt
(29)
Penyelesaian persamaan (29)di dapat
Pd (t ) P0 1 e t /
(30)
persamaan (30) mirip dengan persamaan pengisian muatan pada kapasitor. Apabila medan yang dialihkan cukup lama, maka Pd(t) = P0 , pada saat t = 0 medan statik dihilangkan, sehingga Pds (t) = 0, dan persamaan (28) menghasilkan solusi persamaan :
Pd t P0e t /
(31)
Persamaan (31) mirip dengan persamaan pengosongan muatan kapasitor. Apabila medan yang dialihkan medan listrik bolak-balik maka berlaku
6 E (t ) Ae it
(32)
momen dipol dalam keadaan setimbang dinyatakan dengan persamaan : Pds (t ) d (0) E (t )
(33)
Dalam hal ini d (0) adalah polarisasi statik. dP (t ) Pd (t ) d (0) E (t ) dt
(34)
pd (t ) d ( ) Ae it
(35)
misalkan solusinya berbentuk
d didefinisakan sebagai polaribilitas bolak-balik.
d ( )
d ( 0) 1 it
(36)
terlihat polaribilitas bolak-balik merupakan kuantitas kompleks, menunjukkan fasa dari polarisasi lebih kecil dari fasa medan. Ini menunjukkan adanya penyerapan energi. Konstanta dielektrik dinamik , , dinyatakan sebagai :
r ( ) 1 e ( ) d ( )
(37)
dalam hal ini e () dan d () adalah suseptibilitas elektronik dan dipolar, diasumsikan kontribusi dari suseptibilitas ionik kecil dan diabaikan. Pada daerah gelombang dengan frekuensi kurang dari 1012 Hz, suseptibilitas elektronik konstan sebab elektron sangat ringan, dapat menyesuaikan arah momen dipolnya dengan arah medan setiap saat. Akibatnya persamaan (36) dapat dinyatakan sebagai:
r ( ) n 2 d ( )
(38)
dimana n2 + d () adalah konstanta dielektrik optik dan n disebut sebagai indeks refraksi. Suseptibilitas dipolar tak dapat menyesuaikan diri dengan medan setiap saat. Ada keterlambatan fasa seperti terlihat pada persamaan (36). Oleh karena d () sebanding d() maka bentuk kompleks dari d() sama bentuknya dengan d() sehingga (29) dapat dinyatakan sebagai :
r n2
r (0) n 2 1 i t
(39)
7 dalam hal ini r(0) n2 = d(0) merupakan suseptibilitas dipolar statik. Persamaan (39) menunjukkan ketergantungan konstanta dielektrik terhadap frekuensi, yang menyebabkan timbulnya dispersi dipolar. Konstanta dielektrik sebagai kuantitas kompleks dapat ditulis menjadi :
r (0) n 2 ( ) n 1 2 2
(40)
r (0) n 2 ( ) t 1 2 2
(41)
1 r
2
11 r
Persamaan (40) dan (41) dikenal dengan persamaan-persamaan Debye. Penelitian ini secara umum bertujuan untuk membuat bahan larutan polimer poli (N-Vinilkarbazol) dicampurkan Na2So4
sekaligus mendisain alat pengukur waktu
relaksasi dari larutan tersebut. Secara khusus tujuan penelitian ini adalah untuk memperoleh jawaban atas pertanyaan-pertanyaan yang telah dikemukakan pada permasalahan. Tujuan yang dapat dikemukakan sebagai berikut : (1).Untuk mengetahui apakah pada larutan PVK dicampurkan Na2So4 masih berlaku persamaan Debye;(2). Untuk mengetahui pada selang frekuensi berapakah dalam larutan PVK dicampurkan Na2So4 terjadi kutub;(3). Untuk mengetahui seberapa besar pengaruh konstanta dielektrik static terhadap momen dipol dalam larutan PVK dicampur Na2So4; (4). Untuk mengetahui seberapa besar pengaruh panjang rantai polimer terhadap panjang jari-jari molekul berbentuk bola: (5).Untuk mengetahui seberapa besar polaribilitas larutan PVK dicampur Na2So4; (6).Untuk mengetahui seberapa besar derajat polimerisasi larutan PVK dicampur Na2So4. Penelitian ini diharapkan memberikan kontribusi pada penyediaan bahan dielektrik dari elemen kondensator (ELCO) yang merupakan bahan dasar komponen elektronika dan selain itu diharapkan pula bahwa alat yang didesain dalam penelitian ini dapat digunakan oleh para mahasiswa dalam melakukan penelitian-penelitian yang berhubungan dengan penelitian ini. Ditemukannya bahan dasar seperti ini berarti pengembangan ilmu material, khususnya pada pengembangan bahan polimer di Indonesia tampaknya banyak dipengaruhui oleh dukungan lembaga penelitian dan pengembangan industri yang kompentitif di pasar Internasionl. Pasar internasional kini semakin banyak membutuhkan bahan pengganti logam yakni komposit, karena dunia semakin mem-
8 butuhkan bahan sekuat logam dan seringan komposit dengan mencampurkan bahan logam dan polimer. METODE PENELITIAN Variabel Penelitian Dalam penelitian ini ada dua variabel, yakni frekuensi medan listrik sebagai variabel bebas dan waktu relaksasi dielektrik sebagai variable terikat. Definisi Operasional variabel 1. Frekuensi medan listrik dalam penelitian ini dinyatakan sebagai banyaknya geteran per detik yang dialami oleh larutan poli (N-Vinilkarbazol). 2. Waktu relaksasi dielektrik adalah waktu yang diperlukan dipol untuk berotasi menyapu sudut 1800, sebelum orientasinya berbalik arah karena pengaruh arus bolak balik. Instrumen Penelitian Untuk mendapatkan data-data frekuensi medan listrik digunakan frekuensi audio, sedangkan untuk mendapatkan data-data waktu relaksasi dielektrik digunakan grafik hubungan antara frekuensi medan listrik terhadap konstanta dielektrik. Populasi dan Sampel Penelitian Populasi dalam penelitian ini adalah semua larutan polimer yang bersifat dipolar. Sedangkan yang menjadi sampel adalah larutan poli (N-Vinilkarbazol), yaitu (1) PVK murni, dan (2) PVK dicampur dengan Na2So4. Teknik Prosedur Pengumpulan Data Adapun teknik prosedur pengumpulan data yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari beberapa tahap yakni : Tahap pertama : Pembuatan atau disain alat ukur jembatan Wheastone Tahap kedua : Pada tahap ini pembuatan sampel larutan poli (N-Vinilkarbazol) dicampur dengan natrium sulfat. Tabel 1. Komposisi tiap sampel : No Sampel 01 02
Bahan penyusun PVK 0.5025 gr dilarutkan dalam 5 ml air suling PVK 0.5025 gr dicampur dengan 0.0500 gr Na2So4 dan dilarutkan dalam 5 ml air
Diameter Penampang
Panjang Larutan
1.00 mm
8.40 mm
1.00 mm
9.22 mm
9 suling Tahap ketiga : Pada tahap keempat adalah tahap pengukuran sampel. Pengukuran dilakukan dengan mode pertama. Kabel-kabel penghubung diusahakan memakai kabel koaksial untuk meredam derau. Setelah rangkaian dipasang atau resistor variable sehingga didapat tegangan yang paling minimum diosiloskop, karena pengukuran dengan osiloskop Tekstronix 100 MHz terdapat dua keluaran dan penunjukan tegangan rms secara digital, maka pengukuran tegangan yang paling minimum dapat dilakukan dengan cukup teliti. Pengukuran hambat dalam dari sampel dilakukan dengan alat ukur osiloskop, pengukuran dilakukan secara berulang, sebelum dan sesudah pengamatan. Pengukuran kekentalan dilakukan dengan metode pengukuran waktu tempuh, yang bergerak karena pengaruh medan gravitasi bumi, untuk menempuh jarak tertentu dalam larutan. Dalam perhitungan digunakan percepatan gravitasi di laboratorium fisika 9.98 ms-2 dan diasumsikan grafik fluida dalam keadaan laminear, dimensi bola jauh lebih kecil daripada volume larutan. Tehnik Pengolahan Data Data yang terkumpul selama penelitian ini, mulai dari pembuatan larutan PVK sampai dengan pengukuran waktu relaksasi dengan menggunakan alat ukur Wheastone Bridge tekniknya sebagai berikut : (a). Ketelitian hasil pengukuran dilakukan dengan menggunakan anasalisis ketidakpastian hasil pengukuran untuk menentukan ketelitian alat; (b). Data yang terkumpul dari hasil pengukuran akan digunakan dengan menggunakan teknik : (1). Untuk menjawab permasalahan pertama, maka digunakan analisis perhitungan teoritis; (2). Untuk menjawab permsalahan kedua, maka digunakan analisis grafik yaitu menganalisis hubungan antara konstanta dielektrik dengan log(f). Besarnya waktu relaksasi akan terbaca pada kurva dielektrik ; (3). Untuk menjawab permasalahan ketiga, dan kelima dianalisis dengan perhitungan teoritis dicocokkan dengan kurva hasil percobaan dan model. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Penelitian Tabel 2. Kekentalan dan hambat dalam untuk masing-masing sampel.
10 No sampel
Resistansi (K)
01 02
330 16 266 12
Hambat Jenis ( K.m) 18.2878 17.7596
Kekentalan ( mili pouse) 1510 10 1725 25
Hasil pengukuran resistansi diperoleh dengan mengukur resistensi sampel yang dilakukan secara berulang sebelum dan sesudah pengamatan dengan menggunakan multimeter digital type HC-3500 T. Multimeter, harga yang dilaporkan pada tabel 2 di atas merupakan harga rata-rata dan ketidakpastiannya. Pengukuran hambat dalam sampel dilakukan dengan alat ukur osiloskop, pengukuran dilakukan secara berulang, sebelum dan sesudah pengamatan, harga yang dilaporkan pada tabel 2 di atas merupakan harga rata-rata dan ketidakpastiannya. Pengukuran kekentalan dilakukan dengan metode pengukuran waktu tempuh bola, yang bergerak karena pengaruh medan gravitasi bumi, untuk menempuh jarak tertentu dalam larutan. Dalam perhitungan digunakan percepatan gravitasi di Laboratorium Fisika FMIPA UNM 9.98 ms-2 dan diasumsikan gerak fluida keadaan linear, dimensi bola jauh lebih kecil dari volume larutan, hasil perhitungan diungkapkan pada tabel 2.
2R 2 g ( s ) 9V
(42)
dalam hal ini R adalah jari-jari, s rapat massa bola, rapat massa larutan, dan V kecepatan akhir bola, sedangkan adalah kekentalan larutan. Hasil pengukuran sampel I ( larutan PVK murni) Data hasil percobaan diungkapkan dalam bentuk grafik hubungan antara log(f) terhadap konstanta dielektrik (dalam orde 10-7) pada lampiran 1. Analisa Data untuk sampel I ( larutan PVK murni) Berdasarkan dari kurva ini ternyata ada dua kutub yang mungkin, yang terletak pada frekuensi 650 Hz dan 75 Hz. Bentuk persamaan lingkaran (Charles Phelips S, 1955). 2
1 0 11 0 2 2
2
(43)
11 sehingga dengan membuat kurva 1 dan 11 dapat diperidiksi kesesuaian persamaan Debye dengan data percobaan. Ada dua superposisi lingkaran, pusat dan jari-jari masingmasing lingkaran memnerikan harga 0 dan untuk masing-masing kutub, tetapi karena kesukaran dalam menentukan dari grafik, maka ditentukan dari data percobaan, yaitu data terkecil pada konstanta dielektrik bagian nyata. Kemudian harga yang dapat dimasukkan ke dalam persamaan Debye dengan memasukkan frekuensi disekitar terjadinya kutub. Pembuatan grafik dari model dilakukan dengan menggunakan software Mathcad versi 2.6 dengan iterasi 100. Analisa data dilakukan dengan mencocokan kurva hasil percobaan dengan model grafik , didapat persamaan yang paling cocok.
1 2.10 9
13.108 109 f 1 80.000
11
1.6125.10 12 f f 1 80.000
2
2
5.10 8 10 9 f 1 600
8.166667.10 11 f f 1 600
2
2
(44)
(45)
dalam hal ini 1 dan 11 dinyatakan dalam satuan MKz dan frekuensi dalam Hz. Permasalahan lebih lanjut menunjukkan persamaan di atas merupakan superposisi linear dari dua kutub yang berbeda dimana : (1). Konstanta dielektrik optik kutub ke –1
= 10-9 C2 N-1 m-2 ; (2). Konstanta dielektrik static
1 = 5.10-8 C2N-1 m-2; (3). Konstanta dielektrik static kutub ke- 2
2 =
13.10-8 C2 N-1 m-2 ; (4). Waktu relaksasi kutub ke –1 1 = 1.667.10-3 detik; (5). Waktu relaksasi kutub ke-2
2 = 1.25.10-1 detik.
Apabila dianggap bentuk molekul PVK dalam larutan berbentuk bola, jari-jari bola dan suhu ruang saat pengukuran 220C (rata-rata) diperoleh jari-jari molekul yang bersesuaian dengan kutub ke-1 adalah 7.09A0, dan yang bersesuaian dengan kutub ke-2 adalah 1.389A0 . Kekentalan dari larutan PVK tidak terlalu besar, maka digunakan model Rouse untuk memprediksi derajat polimerisasi (DP) dalam larutan atau panjang rantai polimer. Dengan mengetahui kekentalan air (sebagai pelarut = s) yang berharga 1.0007 milipoise (200C) ( Charles D.H. 1951) dan kekentalan larutan polimer = 1510 milipoise (lihat
12 tabel 2), sedangkan berat molekul larutan polimer untuk kutub ke –1 (Mw) = 30008 dan berat molekul larutan polimer untuk kutub ke-2 (Mw) = 222.088, maka diperoleh :
Mw1 C1
1RT 22.431 mol-1 m3 1.21( s )
( Mw) 2 2 RT 0.1680 mol-1 m3 C2 1.21( s )
(46)
(47)
dari persamaan (46) dan persamaan (47) diperoleh konsentrasi larutan polimer pada kutub ke-1 dan kutub ke-2 berturut-turut sebagai berikut C1= 1339.64 mol m-3 dan C2 = 1340.61 mol m-3, dalam hal ini R adalah konstanta gas yang berharga 8.317 J/Kmol. Persamaan Debye berlaku dalam sampel ini, sehingga persamaan (22) dapat dipergunakan untuk memperkirakan derajat polimerisasi yang menyebabkan terjadinya waktu relaksasi. Diasumsikan satu molekul polimer mempunyai momen dipol permanen P , sehingga konsentrasi larutan (C) dapat dikaitkan dengan N persamaan : N
banyaknyadipol banyaknyapo lim er C volume volume
(48)
jumlah massa dari polimer tetap, sehingga berlaku : N1(Mw)1 + N2(Mw)2 = 2.24451 mg
(49)
Selanjutnya dari persamaan koefisien dielektrik relatif diperoleh :
( r )1
1 0
dan
( r ) 2
2 1
(50)
berat molekul monomer PVK adalah 193, dengan menggunakan persamaan (22) dimana harga diabaikan (untuk molekul air ordenya 10-9 N-1 m ( Condon, E.U, et al, 1967), maka diperoleh: (1). Polaribilitas melekul 2.3014 . 10-35 C2N-1 m, (2). Derajat Polimerisasi kutub ke – 1 D p1 155.5 dan untuk kutub ke - 2 DP 2 = 1.662, (3). Momen dipol P1 = 5.30210-28 cm .Dari kesesuaian data dengan model pada frekuensi rendah , menunjukkan adanya kontak ohmik antara elektroda dan larutan . Na2So5) Hasil Pengukuran Sampel 2 (PVK + Na2So4). Data hasil percobaan diungkapkan dalam bentuk grafik hubungan antara log(f) terhadap konstanta dielektrik (dalam orde 10-7) diperoleh pusat lingkaran pada diagram Cole dan Cole tidak terletak pada sumbu nyata, sehingga persamaan Debye perlu
13 dimodifikasi ke bentuk lain. Pusat lingkaran terletak di titik yang membentuk sudut dengan sumbu real sebesar 270. Jika dicocokkan dengan persamaan empiris yang diajukan oleh Cole dan Cole yang diungkapkan secara matematis (Charles Phelps Sunyth, 1977).
*
( 0 ) 1 (i )
(51)
Dari lampiran 6 didapat harga yang paling sesuai dengan data hasil percobaan adalah 0.28, tetapi data pada bagian nyata menyimpang cukup jauh dari persamaan empiris di atas. Penentuan konstanta dielektrik optik diambil dari data bagian nyata yang terkecil. Data pada bagian nyata sangat cocok dengan persamaan Debye, sehingga persamaan empiris yang sesuai untuk sampel ini adalah :
1( f )
1.875.10 6 1.15.1011 f 1 450
2
1.15.10 11
f 1 ) 450 11 ( f ) cos( ) f 2 2(cosh 1 ) ln( ) ) sin( ) 450 2
(52)
(1.875.10 6 1.15.1011 )(
(53)
dari persamaan (52) dan (53) dapat diperkirakan : (1). Waktu relaksasi dielektrik 2.22.109
detik:(2). Konstanta dielektrik static 1.875.10-6 C2 N-1 m-2 ; (3). Konstan dielektrik optik
1.15.10-11 C2 N-1 m-2:Dengan menganggap bentuk geometri bola dari dipol, maka : R (jari-jari) dari dipol = 161.45 A0 . Jika diasumsikan persamaan Debye berlaku pada sampel ini, maka didapat : (1).3.56.10-35C2N-1 m;(2) M w DP .BM (monomer ) 32.641 ; (3). DP 169.12 (4). P 6.5963.10 28 mC
Pembahasan Hasil Penelitian Alat ukur Wheastone Bridge merupakan salah satu alat yang paling sederhana untuk mengukur waktu relaksasi dari larutan poli (N-Vinilkarbazol) dengan hasil pengukuran yang dapat dipertanggungjawabkan.
14 Larutan poli (N-vinilkarbazol) atau merupakan salah satu jenis polimer yang terlarut dalam air dan tolen. Berdasarkan sifat tersebut sehingga pembuatan larutan PVK cukup sederhana. PVK yang terlarut dalam larutan polimer, dapat terjadi gangguan dipol pada anting-anting PVK yang tersusun dari molekul berbentuk aromatik. Dengan hadirnya ion So4-4 , maka akan menyebabkan terjadinya momen dipol karena perubahan panjang rantai polimer dan perubahan momen dipol pada anting-anting PVK. Pemanjangan polimer dengan mekanisasi penghilangan monomer bebas, sehingga menyebabkan konstanta dielektrik statik membesar, dalam hal ini terjadi proses pengentalan pada larutan, hilangnya mekanisme dari waktu relaksasi yang cepat, dan terjadi proses relaksasi yang lebih lambat. Apabila dibandingkan dengan hasil pada sampel PVK momen dipol dalam larutan bertambah 4 % dari momen dipol larutan PVK murni. Hal ini menyebabkan terjadi kenaikan dari konstanta dielektrik statik. Demikian pula dari hasil penelitian diperoleh bahwa waktu relaksasi yang lama bersesuaian dengan rantai polimer yang panjang, hal ini sesuai dengan logika, bahwa semakin panjang rantai polimer yang terlarut dalam fluida, maka semakin lama waktu relaksasinya. Penelaahan lebih lanjut menunjukkan 99.37 persen monomer berkontribusi dengan kutub ke –1 dan 0.63 persen merupakan monomer bebas dalam larutan. Adanya kesesuian data hasil penelitian dengan model pada frekuensi rendah, menunjukkan adanya kontak ohmik antara elektroda dan larutan. Berdasarkan dari hasil penelitian ini, maka dapat dikatakan bahwa larutan poli (Nkarbazol) dicampur dengan natrium sulfat merupakan salah satu bahan polimer yang dapat dijadikan bahan dasar pembuatan elemen kondensator. KESIMPULAN DAN SARAN Berdasarkan dari hasil penelitian dapat disimpulkan sebagai berikut :(1). Pada larutan PVK dan larutan PVK dicampur dengan Na2So4 berlaku persamaan Debye; (2). Dalam larutan PVK dicampur dengan Na2So4 terjadi dua kutub, pada selang
frekuensi
10 Hz dan 1 MHz; (3). Dalam larutan PVK yang dikotori oleh natrium sulfat, terjadi pemanjangan polimer dengan mekanisasi penghilangan monomer bebas, sehingga memperbesar konstanta dielektrik statik, terjadi proses pengentalan pada larutan,
15 hilangnya mekanisme dari waktu relaksasi yang cepat, dan terjadi proses relaksasi yang lebih lambat; (4). Semakin besar harga konstanta dielektrik statik maka semakin besar momen dipol dalam larutan; (5). Apabila dikaitkan dengan model molekul berbentuk bola, semakin panjang rantai polimer maka semakin panjang jari-jari bola dari gulungan polimer ; (6). Dalam larutan PVK yang dikotori oleh natrium sulfat besarnya polaribilitas larutan dalam orde 10-35. Sedangkan derajat polimerisasi terjadi peningkatan dibandingkan dengan larutan PVK murni. Berdasarkan dari hasil penelitian, ditemukan bahwa larutan poli (NVinilkarbazol) merupakan larutan dipolar yang konstanta dielektriknya dapat diukur dengan menggunakan jembatan Wheastone. Dengan demikian larutan PVK merupakan salah satu alternatif jenis polimer yang dapat digunakan sebagai bahan dasar pembuatan elemen kapasitor (ELCO).
DAFTAR PUSTAKA Bir. R.B. Curtis C.F. Armstrong C. Hossager O, 1997. Dynamics of Polymeric Liquid.John Wiley dan Son. Blythe A.R., 1977. Electrical Properties of Polymers. Cambridge University Press. Charles Phelps Smyth., 1955. Dielectric Behaviour and Structure. M.C. Graw-Hill. Charles D.H. (editor)., 1951. Hand Book of Chenistry and Physics. Chemical Rubber Publishing Co. Cowad M.A., 1991. Kimia Polimer. ITB Bandung. Condon E.U and Hugh Odishaw (editor)., 1967. Hand Book Physics. Second Edition. Dekker., 1958. Solid State Physics. Halliday and Resnick., 1988. Fisika. Erlangga edisi 3. Mort J. and Pai D.M., 1976. Photoconductifity and Belated Phenomena. Josep C. Wilson. Sutrisno., 1986. Elektronika Teori dan Penerapannya. ITB Bandung. Reif F. , 1981. Statistical Physics. Berkeley Physisc Course. Vol 5. Wagness, R.K., 1986. Electromagneties Field. John Wiley and Sons.
16
.
