LAPORAN PRAKTIKUM

EKSPERIMEN FISIKA

“TEGANGAN PERMUKAAN ZAT CAIR”

Nama :

Endah Juniarti (A1E010005)

Erwina Susanti (A1E010016)

Mentari Darma Putri (A1E010030)

Faruq Haroki (A1E010025)

Dosen Pembimbing : M. Sutarno, M.Pd

UNIVERSITAS BENGKULU

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

LABORATORIUM PENGAJARAN FISIKA

2013

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Banyak fenomena-fenomena alam yang kurang kita perhatikan akan tetapi fenomena-fenomena tersbut mempunyai hubungan dengan adanya tegangan permukaan. Sering terlihat peristiwa-peristiwa alam yang tidak diperhatikan dengan teliti misalnya tetes-tetes zat cair pada pipa keran yang bukan suatu aliran, laba-laba air yang berada di atas permukaan air, gelembung-gelembung sabun, pisau silet yang diletakkan perlahan-lahan di atas permukaan zat cair yang terapung, dan naiknya air pada pipa kapile. Hal tersebut dapat terjadi karena adanya gaya-gaya yang bekerja pada permukaan zat cair atau pada batas antara zat cair dengan bahan lain.

Tegangan permukaan merupakan fenomena menarik yang terjadi pada zat cair (fluida) yang berada pada keadaan diam (statis).

Suatu molekul dalam fase cair dapat dianggap secara sempurna dikelilingi oleh molekul lainnya yang secara rata-rata mengalami daya tarik yang sama ke semua arah. Gejala ini yang disebut dengan tegangan permukaan.

Oleh karena itu dilakukan percobaan penentuan koefisien tegangan permukaan zat cair agar dapat mengetahui nilai tegangan permukaan pada aquades dan alkohol.

1.2 Rumusan Masalah

Bagaimanakah cara menentukan koefisien tegangan permukaan zat cair?

1.3 Tujuan

Menentukan koefisien tegangan permukaan zat cair (y)

1.4 Hipotesis

Besarnya tegangan permuakaan zat cair dipengaruhi oleh: massa, volume, luas penampang pipa kapiler dan kenaikan zat cair. Semakin kecil luas penampang pipa kapiler nya, semakin tinggi kenaikan zat cair nya.

BAB II

LANDASAN TEORI

Tegangan permukaan zat cair merupakan kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang, sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan elastic. Selain itu, tegangan permukaan juga diartikan sebagai suatu kemampuan atau kecenderungan zat cair untuk selalu menuju ke keadaan yang luas permukaannya lebih kecil yaitu permukaan datar atau bulat seperti bola atau ringkasnya didefinisikan sebagai usaha yang membentuk luas permukaan baru. Dengan sifat tersebut zat cair mampu untuk menahan benda-benda kecil di permukaannya. Seperti silet, berat silet menyebabkan permukaan zat cair sedikit melengkung ke bawah tampak silet itu berada. Lengkungan itu memperluas permukaan zat cair namun zat cair dengan tegangan permukaannya berusaha mempertahankan luas permukaan-nya sekecil mungkin.

Tegangan permukaan merupakan fenomena menarik yang terjadi pada zat cair (fluida) yang berada dalam keadaan diam (statis). Tegangan permukaan γ didefinisikan sebagai gaya F persatuan panjang L yang bekerja tegak lurus pada setia garis di permukaan fluida.

γ=FLPermukaan fluida yang berada dalam keadaan tegang meliputi permukaan

luar dan dalam (selaput cairan sangat tipis tapi masih jauh lebih besar dari ukuran satu molekul pembentuknya), sehingga untuk cincin dengan keliling L yang diangkat dari permukaan fluida 2γL dapat ditentukan dari pertambahan panjang pegas halus penggantung cincin (Dianometer) sehingga tegangan permukaan fluida memiliki nilai sebesar :

γ=F2L

Dimana :          γ = tegangan permukaan (N/m)                        F = Gaya (Newton)                        L = Panjang permukaan selaput fluida (m)

Tegangan antar muka adalah gaya persatuan panjang yang terdapat pada antarmuka dua fase cair yang tidak bercampur. Tegangan antar muka selalu lebih kecil dari pad tegangan permukaan karena gaya adhesi antara dua cairan tidak bercampur lebih besar dari pada adhesi antara cairan dan udara

                                                                                                (Hamid.2010)

Faktor yang mempengaruhiTegangan permukaan terjadi karena permukaan zat cair cenderung untuk

menegang, sehingga permukaannya tampak seperti selaput tipis. Hal ini dipengaruhi oleh adanya gaya kohesi antara molekul air. Pada zat cair yang adesiv berlaku bahwa besar gaya kohesinya lebih kecil dari pada gaya adesinya dan pada zat yang non-adesiv berlaku sebaliknya. Salah satu model peralatan yang sering digunakan untuk mengukur tegangan permukaan zat cair adalah pipa kapiler. Salah satu besaran yang berlaku pada sebuah pipa kapiler adalah sudut kontak, yaitu sudut yang dibentuk oleh permukaan zat cair yang dekat dengan dinding. Sudut kontak ini timbul akibat gaya tarik-menarik antara zat yang sama (gaya kohesi) dan gaya tarik-menarik antara molekul zat yang berbeda (adesi).

Molekul biasanya saling tarik-menarik. Dibagian dalam cairan, setiap molekul cairan dikelilingi oleh molekul-molekul cairan di samping dan di bawah. Di bagian atas tidak ada molekul cairan lainnya karena molekul cairan tarik-menarik satu dengan yang lainnya, maka terdapat gaya total yang besarnya nol pada molekul yang berada di bagian dalam caian. Sebaliknya molekul cairan yang terletak di permukaan di tarik oleh molekul cairan yang berada di samping dan bawahnya. Akibatnya, pada permukaan cairan terdapat gaya total yang berarah ke bawah karena adanya gaya total yang arahnya ke bawah, maka cairan yang terletak di permukaan cenderung memperkecil luas permukaannya dengan menyusut sekuat mungkin. Hal ini yang menyebabkan lapisan cairan pada permukaan seolah-olah tertutup oleh selaput elastis yang tipis.

Ada beberapa metode dalam melakukan tegangan permukaan : -          Metode kenaikan kapilerTegangan permukaan diukur dengan melihat ketinggian air/ cairan yang

naik melalui suatu kapiler. Metode kenaikan kapiler hanya dapat digunakan untuk mengukur tegangan permukaan tidak bisa untuk mengukur tegangan permukaan tidak bias untuk mengukur tegangan antar muka.

-          Metode tersiometer Du-NouyMetode cincin Du-Nouy bisa digunakan utnuk mengukur tegangan

permukaan ataupun tegangan antar muka. Prinsip dari alat ini adalah gaya yang diperlukan untuk melepaskan suatu cincin platina iridium yang diperlukan sebanding dengan tegangan permukaan atau tegangan antar muka dari cairan tersebut.

                                                                                                (Atfins. 1994)Pada dasarnya tegangan permukaan suatu zat cair dipengaruhi oleh beberapa

factor diantaranya suhu dan zat terlarut. Dimana keberadaan zat terlarut dalam suatu cairan akan mempengaruhi besarnya tegangan permukaan terutama molekul

zat yang berada pada permukaan cairan berbentuk lapisan monomolecular yang disebut dngan molekul surfaktan. Faktor-faktor yang menpengaruhi :

-          SuhuTegangan permukaan menurun dengan meningkatnya suhu, karena

meningkatnya energy kinetik molekul-          Zat terlarut (solute)Keberadaan zat terlarut dalam suatu cairan akan mempengaruhi tegangan

permukaan. Penambahan zat terlarut akan meningkatkan viskositas larutan, sehingga tegangan permukaan akan bertambah besar. Tetapi apabila zat yang berada dipermukaan cairan membentuk lapisan monomolecular, maka akan menurunkan tegangan permukaan, zat tersebut biasa disebut dengan surfaktan.

-          SurfaktanSurfaktan (surface active agents), zat yang dapat mengaktifkan permukaan,

karena cnderung untuk terkonsentrasi pada permukaan atau antar muka. Surfaktan mempunyai orientasi yang jelas sehingga cenderung pada rantai lurus. Sabun merupakan salah satu contoh dari surfaktan.

Struktur surfaktan secara 3 dimensi Molekul surfaktan yang bersifat amfifil yaitu suatu molekul yang

mempunyai dua ujung yang terpisah, yaitu ujung polar (hidrofilik) dan ujung non polar (hidrifobik). Sifat surfaktan yang amfifil menyebabkan surfaktan diadsorpsi pada antar muka baik itu cair/gas (yang tidak saling bercampur).

Surfaktan akan selalu berada pada antar muka suatu cairan (berbeda jenis), bila jumlah gugus hidrofil dan lipofilnya seimbang. Tapi, apabila suatu surfaktan memiliki gugus hidrofil lebih besar lipofil, maka surfaktan akan lebih berada pada fase air dan sedikit berada pada antar muka. Sebaliknya, bila suatu surfaktan memiliki gugus hidrofil lebih kecil dari lipofil maka surfaktan akan lebih berada pada fase minyak dan sedikit berada pada antar muka.

Surfaktan dapat digunakan menjadi dua golongan besar yaitu, surfaktan yang larut dalam minyak dan surfaktan yang larut dalam pelarut air.

Surfaktan yang larut dalam minyak : Ada tiga yang termasuk dalam golongan ini, yaitu senyawa polar berantai panjang, senyawa fluorocarbon, dan senyawa silicon.

Surfaktan yang larut dalam pelarut air : Golongan ini banyak digunakan antara lain sebagai zart pembasah, zat pembusa, zat pengemulsi, zat anti busa, detergen, zat flotasi, oencegah korosi, dan lai-lain. Ada empat yang temasuk dalam golongan ini yaitu surfaktan anion yang bermuatan negative, surfaktan yang bermuatan positif, surfaktan nonion yang tak terionisasi dalam larutan, dan surfaktan amfoter yang bermuatan negative dan positif bergantung pada pH-nya.

Surfaktan menurunkan tegangan permukaan air dengan mematahkan ikatan-ikatan hydrogen pada permukaan. Hal ini dilakukan dengan menaruh kepala-kepala hidrofiliknya terentang menjauhi permukaan air. Sabun dapat membentuk misel (miceves), suatu molekul sabun mengandung suatu rantai hidrokarbon panjang plus ujung ion. Bagian hidrokarbon dari molekul sabun bersifat hidrofobik dan larut dalam zat-zat non polar, sedangkan ujung ion bersifat hidrofilik dan larut dalam air. Karena adanya rantai hidrokarbon, sebuah molekul sabun secara keseluruhan tidaklah benar-benar larut dalam air, tetapi dengan mudah akan tersuspensi di dalam air. Larutan surfaktan dalam air menunjukkan perubahan sifat fisik yang mendadak pada daerah konsentrasi yang tertentu. Perubahan yang mendadak ini disebabkan oleh pembentukan agregat atau penggumpalan dari beberapa molekul surfaktan menjadi satu, yaitu pada konsentrasi kritik misel (KMK).

Tegangan permukaan juga merupakan sifat fisik yang berhubungan dengan gaya antarmolekul dalam cairan dan didefinisikan sebagai hambatan peningkatan luas permukaan cairan. Awalnya tegangan permukaan didefinisikan pada antar muka cairan dan gas. Namun, tegangan yang mirip juga ada pada tegangan antar muka cairan-cairan, atau padatan dan gas. Tegangan semacam ini secara umum disebut dengan tegangan antar muka.

                                                                                                (Douglas.2001)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Alat dan Bahan

NO Alat Jumlah1 Pipa Kapiler 1 buah2 Tabung Beaker 1 buah3 Loupe 1 buah4 Jangka Sorong 1 buah5 Aquades Secukupnya6 Alkohol Secukupnya

3.2 Langkah Kerja

1. Diukur diameter tabung pipa kapiler yang dligunakan dengan jangka sorong

2. Dicelupkan tegak lurus tabung pipa kapiler ke dalam zat cair yang telah disediakan dalam tabung beaker. tunggu beberapa menit hingga zat cair naik dalam pipa kapiler.

3. Diukur tinggi (h) zat cair yang naik dalam pipa dan gunakan loupe untuk melihat permukaan zat cair.

4. Dilakukan percobaan beberapa kali dengan terlebih dahulu mengeluarkan zat cair yang tersisa dalam tabung pipa kapiler.

5. Dengan jenis zat cair yang sama, dilakukan percobaan dengan pipa kapiler yang berbeda diameternya.

6. Lakukan langkah 1-5 untuk zat cair yang berbeda.

7. Ditentukan massa jenis setiap zat cair yang digunakan (ρ=m /V ) untuk memperoleh massa jenis zat cair yang digunakan, timbanglah massa zat cair dan tentukan volume zat cair yang digunakan.

3.3 Gambar Percobaan

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data

No Jenis Zat Cair ρ(kg/m3) h(mm) r1(mm) Volume(ml) Massa(gr) γ(N/m)

1 aquades 1,5 8,5 40 40,3 0,0642282 aquades 2 7 40 40,3 0,0705253 aquades 4 3,5 40 40,3 0,070525

Rata-rata=0,0684

No Jenis Zat Cair ρ(kg/m3) h(mm) r1(mm) volume(ml) Massa(gr) γ(N/m)

1 Alkohol1 2 8,5 40 34 0,0840112 Alkohol2 3 7 40 34 0,1037793 Alkohol3 5 3,5 40 34 0,08648

Rata-rata=0,09143

4.2 Perhitungan

4.2.1 Aquades

Dik :

Massa aquades = 40,3 gr

Volume aquades = 40 ml

h1 = 1,5 mm= 1,5 x 10-3 m

h2 = 2 mm = 2 x 10-3 m

h3 = 4 mm = 4 x 10-3 m

r1 = 8,5 mm = 8,5 x 10-3 m

r2 = 7 mm = 7 x 10-3 m

r3 = 3,5 mm = 3,5 x 10-3 m

Menghitung massa jenis aquades:

ρaquades=massavolume

=40,3 gram40 ml

=1,0075 gramml

=1007,5 kg/m3

Menghitung Tegangan permukaan aquades1:

γ= ρgrh2 cosθ

γ1=1007,5 kg

m3 x10 m / s2 x 8,5 x10−3m x1,5 x10−3 m

2cos0 °=0,06422 N /m

Menghitung Tegangan permukaan aquades2:

γ= ρgrh2 cosθ

γ2=1007,5 kg

m3 x10 m / s2 x7 x10−3m x2 x10−3 m

2cos0 °=0,070525 N /m

Menghitung Tegangan permukaan aquades3:

γ= ρgrh2 cosθ

γ3=1007,5 kg

m3 x10 m / s2 x3,5 x10−3m x 4 x10−3 m

2 cos0 °=0,070525 N /m

Rata-rata tegangan permukaan aquades:

γ=γ1+γ 2+γ 3

3 ❑

γ=0,06422 N

m+0,070525 N

m+0,070525 N

m3

=0,0684 N /m

4.2.2 Alkohol

Dik :

Massa Alkohol = 40,3 gr

Volume Alkohol = 40 ml

h1 = 2 mm = 2 x 10-3 m

h2 = 3 mm = 3 x 10-3 m

h3 = 5 mm = 5 x 10-3 m

r1 = 8,5 mm = 8,5 x 10-3 m

r2 = 7 mm = 7 x 10-3 m

r3 = 3,5 mm = 3,5 x 10-3 m

Menghitung massa jenis Alkohol:

ρalkohol=massavolume

=34 gram40 ml

=0,85 gramml

=850kg /m3

Menghitung Tegangan permukaan Alkohol1:

γ= ρgrh2 cosθ

γ1=850 kg

m3 x 10 m /s2 x8,5 x10−3 m x2 x10−3m

2 cos30 °=0,1445

1,72=0,08401 N /m

Menghitung Tegangan permukaan Alkohol2:

γ= ρgrh2 cosθ

γ2=850 kg

m3 x 10 m /s2 x8,5 x10−3 m x3 x10−3 m

2cos30 °=178,5 x 10−3

1,72=0,1038 N /m

Menghitung Tegangan permukaan Alkohol3:

γ= ρgrh2 cosθ

γ1=850 kg

m3 x 10 m /s2 x8,5 x10−3 m x5 x10−3m

2 cos30 °=0,14875

1,72=0,08648 N /m

Rata-rata tegangan permukaan Alkohol:

γ=γ1+γ 2+γ 3

3 ❑

γ=0,08401 N /m+0,1038 N /m+0,08648 N /m3

=0,09143 N /m

4.3 Analisis Data

Aquades

No Data X ( X−X ) (X−X )2

1 0,06422 -0,00418 0,0000174724

2 0,070525 0,002125 0,0000045156

3 0,070525 0,002125 0,0000045156

X=0,0684 ∑ (X−X )2 = 0,0000265

1. Ralat Mutlak(∆ X )

∆ X=√∑ (X−X )2

n(n−1)=√ 0,0000265

6=√0,000004416=0,002101

2. Ralat Nisbi (∆ l )

∆ l=∆ XX

x100 %=0,0021010,0684

x100 %=3,072 %

3. Keseksamaan (K)

K = 100% - ∆ l = 100% - 3,072 % =96,93%

4. Data hasil Pengukuran: X ± ∆ X

X+∆ X=0,0684+0,002101=0,070501

X−∆ X=0,0684−0,002101=0,066299

Alkohol

No Data X ( X−X ) (X−X )2

1 0,08401 -0,00742 0,0000550564

2 0,1038 0,01237 0,0001530169

3 0,08648 -0,00495 0,0000245025

X=0,09143 ∑ (X−X )2 = 0,0002325

5. Ralat Mutlak(∆ X )

∆ X=√∑ (X−X )2

n(n−1)=√ 0,0002325

6=√0,00003875=0,006224

6. Ralat Nisbi (∆ l )

∆ l=∆ XX

x100 %=0,0062240,09143

x100 %=6,807 %

7. Keseksamaan (K)

K = 100% - ∆ l = 100% - 6,807 % =93,193%

8. Data hasil Pengukuran: X ± ∆ X

X+∆ X=0,09143+0,006224=0,097654

X−∆ X=0,09143−0,006224=0,085206

4.4 Pembahasan

Berdasarkan perhitungan percobaan menghitung koefisien tegangan permukaan pada aquades dan alkohol yang telah dilakukan pengulangan sebanyak tiga kali, diperoleh hasil sebagai berikut:

1. Pada percobaan menghitung koefisien tegangan permukaan pada aquades,

dengan massa aquades 40,3 gram dan volume nya 40 ml, besar jari-jari pipa

kapiler pertama: 0,85 cm, jari-jari pipa kapiler kedua: 0,7 cm, jari-jari pipa

kapiler ketiga: 0,35 cm didapat kenaikan yang sama setelah dilakukan 3 kali

pengulangan pada pipa kapiler pertama yaitu 0,15 cm. Dan juga didapat

kenaikan yang sama pada pipa kapiler kedua setelah dilakukan pengulangan

sebanyak 3 kali yaitu 0,2 cm serta didapat kenaikan yang sama juga pada

pipa kapiler ketiga setelah dilakukan pengulangan sebanyak 3 kali yaitu 0,4

cm. Kemudian setelah itu kami mengitung besarnya massa jenis aquades,

yaitu didapat sebesar 1007,5 kg /m3 dan rata-rata besarnya tegangan

permukaan aquades yaitu 0,0684 N /m. Setelah mendapatkan besarnya

massa jenis dan tegangan permukaan pada aquades, kami melakukan

analisis data dengan menggunakan teori ralat, didapat besarnya ralat nisbi

yaitu 3,072 %dan keseksamaannya atau keberhasilannya sebesar 96,93% .

2. Pada percobaan menghitung koefisien tegangan permukaan pada alkohol,

dengan massa aquades 34 gram dan volume nya 40 ml, besar jari-jari pipa

kapiler pertama: 0,85 cm, jari-jari pipa kapiler kedua: 0,7 cm, jari-jari pipa

kapiler ketiga: 0,35 cm didapat kenaikan yang sama setelah dilakukan 3 kali

pengulangan pada pipa kapiler pertama yaitu 0,2 cm. Dan juga didapat

kenaikan yang sama pada pipa kapiler kedua setelah dilakukan pengulangan

sebanyak 3 kali yaitu 0,3 cm serta didapat kenaikan yang sama juga pada

pipa kapiler ketiga setelah dilakukan pengulangan sebanyak 3 kali yaitu 0,5

cm. Kemudian setelah itu kami mengitung besarnya massa jenis alkohol,

yaitu didapat sebesar 850 kg /m3 dan rata-rata besarnya tegangan permukaan

alkohol yaitu 0,09143 N /m. Setelah mendapatkan besarnya massa jenis dan

tegangan permukaan pada alkohol, kami melakukan analisis data dengan

menggunakan teori ralat, didapat besarnya ralat nisbi yaitu 6,807 %dan

keseksamaannya atau keberhasilannya sebesar 93,193%.

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang bisa didapat dari praktikum tegangan permukaan adalah:

Tegangan permukaan zat cair adalah kecendrungan permukaan zat cair untuk menegang, sehingga permukaannya seperti ditutup oleh suatu lapisan elastis.

Faktor-faktor yang mempengaruhi tegangan permukaan adalah suhu: tegangan suatu permukaan menurun dengan meningkatnya suhu, karena meningkatnya energy kinetic molekul; zat terlarut (solute): keberadaan zat terlarut mempengaruhi tegangan permukaan, penambahan zat terlarut akan meningkatkan viskositas larutan, sehingga tegangan permukaan akan bertambah besar; surfaktan: zat yang dapat mengaktifkan permukaan, karena cenderung untuk terkonsentrasi pada permukaan atau antar muka.

Besarnya tegangan permuakaan zat cair dipengaruhi oleh: massa, volume, luas penampang pipa kapiler dan kenaikan zat cair. Semakin kecil luas penampang pipa kapiler nya, semakin tinggi kenaikan zat cair nya. Rumus untuk mencari Koefisien Tegangan permukaan zat cair adalah

γ= ρgrh2 cosθ

5.2 Saran

5.2.1 Diharapkan sebelum melakukan percobaan, praktikan mengetahui maksud

dan tujuan percobaan tersebut agar percobaan dapat berjalan lancar dean

praktikan dapat mengambil peljaran dari percobaan tersebut.

5.2.2 Diharapkan sebelum melakukan percobaan, praktikan mengetahui alat-alat

apa saja yang digunakan, dan apa fungsi dari alat-alat yang akan

digunakan tersebut, agar praktikan dapat melakukan percobaan dengan

baik dan benar.

5.2.3 Praktikan harus teliti dalam pengukuran maupun perhitungan

DAFTAR PUSTAKA

Atkins, P. W. 1994. Kimia Fisik edisi ke-4 jilid 1. Erlangga: Jakarta.

Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika jilid 1. Erlangga: Jakarta.

Hamid, Rimba. 2010. Penuntun Kimia Fisik. Universitas Hauoleo: Kendari.