1 PENGARUH ISOLATOR (FOAM) TERHADAP ALTERASI TEMPERATUR PADA EFEK MPEMBA Iip Trisna Maulinda 1) Wipsar Sunu Brams Dwandaru 2), Eko Widodo 3) 1) Mahasiswa Program Studi Fisika FMIPA UNY ({HYPERLINK "mailto:iiptrisnamaulinda@gmail.com"}) 2), 3) Dosen Program Studi Fisika FMIPA UNY Abstrak Penelitianinibertujuanuntukmengetahui(1) terjadinyaefekMpembapadaair pada suhu90oC danpadasuhu27oC,(2)pengaruhisolator(foam)terhadapalterasitemperaturdan(3)titikpotonglaju penurunan suhu keduanya. Subjekpadapenelitianiniadalahair.Objekpenelitianiniadalahprosesperubahansuhutanpa menggunakanisolatordandenganmenggunakanisolatordaribusa(foam).Isolatordilapiskandengan beberapavariasiyangberbedayakniterbukasemua(tanpaisolator),terbukaatas(isolatorpadasisi permukaanselimuttabungdanpermukaanalastabung),terbukasamping(isolatorpadapermukaanatas tabung),dantertutupsemua(seluruhpermukaandilapiskanisolator).Metodeyangdigunakanuntuk menganalisis data adalah dengan menggunakan Microsoft Excel dan Origin 6.1. Hasil penelitian menunjukkan bahwa (1) terjadi efek Mpemba pada air pada suhu yang 90oC dan padasuhu27oC,(2)isolator(foam)berpengaruhterhadapalterasitemperaturdan(3)titikpotonglaju penurunan suhukeduanya adalah: (1)terbukasemuafittingnyaberpotonganpadamenit ke(x =50,338) pada suhu (y = 5,831300) sedangkan kelajuannya berpotongan pada menit ke (x = 67,11864) pada suhu (y = -0,108) dan percepatannya berpotongan pada menit ke (x = 86,9491525) pada suhu (y = 0,001265308), (2)terbukaatasfittingnyatidakberpotongansedangkankelajuannyaberpotonganpadamenitke(x= 67,11864)padasuhu(y=-0,109)danpercepatannyaberpotonganpadamenitke(x=85,42372)pada suhu(y=0,0017411),(3)terbukasampingtidakterjadiperpotonganbaikfitting,kelajuannyamaupun percepatannya,(4)tertutupsemuatidakterjadiperpotonganbaikfitting,kelajuannyamaupun percepatannya Kata-kata kunci: isolator, alterasi temperatur, efek Mpemba Abstract The aims of this study were to determine (1) the Mpemba effect on water at 90oC and 27oC, (2) the influence of insulator (foam) on the alteration of temperature and (3) the cutoff poin of the decrease of temperature. The subjects of this study was water. The object of this study is the alteration of temperature by withoutusingfoamandusingfoam.Insulationwithdifferentdesignswereappliedtotwocylindrical containers,theseare:openedall(withoutinsolator),openedattopcontainer(insulatoronthecylinder surfaceandthesurfaceofthebasetubes),withinsulatorsattopandbottomonly,andwithallsides coveredbyinsulator(theentiresurfacecoveredbyinsulator).Thecollecteddatawerethenanalyzed using Microsoft Excel and Origin 6.1. Theresultsshowedthat (1)theMpembaeffectonwaterat90oCand27oC,(2) theinfluenceof insulator(foam)onthealterationoftemperatureand(3)thecutoffpoinofthedecreaseoftemperature are:(1)withoutinsulators:thetwofittinggraphsintersectatminute(x=50.338)atatemperature(y= 5.831300)whereasvelocityintersectatminute(x=67.11864)atatemperature(y=-0.108)and acceleration intersect at minute (x= 86.9491525) ata temperature (y =0.001265308), (2) openedattop { PAGE \* MERGEFORMAT } container fitting graphs not intersect, while minute speed intersect at (x = 67.11864) on the temperature (y =-0.109)andaccelerationminuteintersectat(x=85.42372)onthetemperature(y=0.0017411),(3) withinsulatorsattopandbottomonlynotintersectedwellfitting,speedandacceleration,(4)withall sides covered by insulator intersected well fitting, speed and acceleration Key words: insulator, the alteration of temperature, Mpemba effect 1.Pendahuluan Jikaadaduacontainerberisiairdengan jenis air yang sama, volume yang sama, dengan suhuyangberbeda(90oCdan27oC)ketika dimasukkan ke dalam freezer apa yang terjadi? Serentakorangakanmengatakanbahwaair yangbersuhulebihrendahyakni27oCakan lebihcepat membeku dibandingkandenganair bersuhutinggiyakni90oC.Merekaberasumsi bahwaairdengansuhulebihtinggi membutuhkanwaktulebihlamauntuk mencapaisuhunolderajatcelcius.Sehingga membekulebihlamadibandingkandenganair bersuhurendah.Ternyatayangterjadiadalah airdengansuhuyanglebihtinggilebihcepat membeku.Peristiwainidisebutdenganefek Mpemba, yang diambil dari Erasto B. Mpemba yaitu seorang pelajar sekolah menengah (SMA) diTanzaniaAfrikayangpadatahun1963 menemukanperistiwaanehtersebut.Secara tidak sengaja saat berada dalam kelas memasak ketikaiainginmembekukanadonaneskrim panasdanmenemukanbahwaadonannyaini membekulebihcepatdaripadaadonanlain yang sudah dingin. Beberapapenelitiberasumsiperistiwaini terjadikarenaadanyaevaporasi,yanglainnya mengatakanadanyakonveksi.Namunsampai saatinibelumadasatupundariparapeneliti yangmampumenjelaskansecarapastiapa yangmenyebabkanterjadinyaefekMpemba. PeristiwaefekMpembaberpotensi menyebabkanterjadinyasalahkonsepbagi guru,mahasiswadanpenelitiyang berkecimpungdalambidangFisika.Oleh karenaitudiperlukanpenelitianyanglebih dalamterhadapberbagaifaktoryang berpengaruhterhadapefektersebut.Peneliti berpendapatbahwaisolatorpadawadah (container)airberpengaruhterhadapefek Mpemba.Untukitupenelitiantelahdilakukan untukmengungkappengaruhisolatorterhadap penurunan suhu pada efek Mpemba. 2.Kajian Pustaka EfekMpembaadalahsalahsatugejala anomaliairdimanaairdengansuhutinggi lebih cepat membeku daripada air dengan suhu yanglebih rendah.EfekMpembapertamakali ditemukanpadatahun1963,olehseorang siswaSMATanzaniayangbernamaMpemba danmenerbitkanhasilpenelitiantersebut dalam sebuah jurnal Physics Education dengan judulTheMpembaEffectbersamaDr.G. Osborne.HasilpenelitianolehMpembadan Dr. Osborne disajikan pada Gambar 1. Gambar1.Grafikhubunganantaratemperatur awalairdenganwaktuyangdiperlukanuntuk mencapaititik00C(olehMpembadan Osborne).Dikutipdari:KeanuPo-YenHsu. 2008.AStudyoftheMpembaEffectand WaterSolidification,amasterthesisin NationalTaiwanUniversityofScienceand Technology { PAGE \* MERGEFORMAT } 3.Metode Penelitian Penelitianinimenggunakanairsumur UniversitasNegeriYogyakartayangdiambil darikeran.Sampelairdigunakansebanyak2 sampeldenganjumlahairmasing-masing100 ml.Salahsatusampelairdiberiperlakuan denganpemanasansebesar90oC,sedangkan sampelairlainnyadigunakandengansuhu ruanganyaitu27oC.wadahsampelairberupa beakerglassdengandiberivariasipenyekat wadahnyayangberbahanfoam.Macamvarian penyekatwadahnyaadalahwadahairterbuka semua(tanpaisolator),terbukaatas(isolator padasisipermukaanselimuttabungdan permukaanalastabung),terbukasamping (isolatorpadapermukaanatastabung),dan tertutupsemua(seluruhpermukaandilapiskan isolator). Air pada masing-masing beaker glass yangtelahdiberiperlakuandimasukanke dalamfreezersecarabersamaan,dandilihat perubahansuhunyayangterjadisetiap5 menit sampaimenitke90.Semualangkahkerjadi atasdilakukanuntuksetiappenyekatwadah dandiulangsebanyak5kali.5hasildatayang didapatkanpadamasing-masingperlakuan penyekatwadah,kemudiandirata-ratakan. Hasildarirata-ratadatadianalisisdalam bentukgrafikmenggunakanprogramOrigin 6.1. 4.Hasil Penelitian dan Pembahasan Grafikperubahanpenurunansuhuair terhadapwaktu,mendekatigrafik eksponensial.Maka,fittinggrafikyang digunakanuntukgrafikpenurunansuhuair terhadapwaktuadalahfittingexponensial (Decay1).Denganmenggunakanpersamaan inidiperolehtingkatkesalahanyangcukup kecil,jikadibandingkandenganmodelyang lainnya,halituditandaidengannilaiR2yang mendekati 1. Pada grafik eksponensial, nilai A1 merupakan titik potong grafik dengan sumbu y, nilai1/t1menyatakankemiringandarigrafik eksponensial, y0 adalah ketetapan.Berikutgrafikdariperubahanpenurunan suhu terhadap waktu masing-masing sampel air pada masing-masing perlakuan wadah. { EMBED PowerPoint.Slide.12 }Gambar 2. Grafik perubahan penurunan suhu terhadap waktu terbuka atas PadaGambar2diatasdapatkitalihat bahwa fitting grafik perubahan penurunan suhu 90oCmula-mula(saatmenitke-0adalah 84,9059)sementarafittinggrafikperubahan penurunansuhu27oCmula-mula(saatmenit ke-0adalah27,1935),seiringberjalannya waktu fitting grafik perubahan penurunan suhu 90oC pada menit terakhir (menit ke-90 menjadi 7,55914)sedangkanfittinggrafikperubahan penurunansuhu27oCpadamenitterakhir (menitke-90menjadi6,01604).Ini menunjukkanbahwagrafikperubahan penurunansuhupadasuhu90oClebihcepat jika dibandingkan dengan suhu 27oC walaupun tidakterjadititikperpotonganantarakedua grafik. { EMBED PowerPoint.Slide.12 }Gambar 3. Grafik perubahan penurunan suhu terhadap waktu terbuka samping PadaGambar3diatasdapatkitalihat bahwa fitting grafik perubahan penurunan suhu 90oCmula-mula(saatmenitke-0adalah 89,4063)sementarafittinggrafikperubahan penurunansuhu27oCmula-mula(saatmenit ke-0adalah26,9682),seiringberjalannya waktu fitting grafik perubahan penurunan suhu 90oC pada menit terakhir (menit ke-90 menjadi 5,86873)sedangkanfittinggrafikperubahan penurunansuhu27oCpadamenitterakhir (menitke-90menjadi1,98336).Ini menunjukkanbahwagrafikperubahan penurunansuhupadasuhu90oClebihcepat jika dibandingkan dengan suhu 27oC walaupun tidakterjadititikperpotonganantarakedua grafik. { EMBED PowerPoint.Slide.12 }Gambar 4. Grafik perubahan penurunan suhu terhadap waktu terbuka semua PadaGambar4diatasdapatkitalihat bahwa fitting grafik perubahan penurunan suhu { PAGE \* MERGEFORMAT } 90oCmula-mula(saatmenitke-0adalah 89,9368)sementarafittinggrafikperubahan penurunansuhu27oCmula-mula(saatmenit ke-0 adalah 25,839), seiring berjalannya waktu fittinggrafikperubahanpenurunansuhu90oC padamenitterakhir(menitke-90menjadi 0,67551)sedangkanfittinggrafikperubahan penurunansuhu27oCpadamenitterakhir (menitke-90menjadi2,78115).Ini menunjukkanbahwagrafikperubahan penurunansuhupadasuhu90oClebihcepat jikadibandingkandengansuhu27oCdan terjadititikperpotonganantarakeduagrafik pada menit ke 50,339 pada suhu 5,8313 oC. { EMBED PowerPoint.Slide.12 }Gambar 5. Grafik perubahan penurunan suhu terhadap waktu tertutup semua PadaGambar5diatasdapatkitalihat bahwa fitting grafik perubahan penurunan suhu 90oCmula-mula(saatmenitke-0adalah 89,4177)sementarafittinggrafikperubahan penurunansuhu27oCmula-mula(saatmenit ke-0adalah27,1878),seiringberjalannya waktu fitting grafik perubahan penurunan suhu 90oC pada menit terakhir (menit ke-90 menjadi 16,3752)sedangkanfittinggrafikperubahan penurunansuhu27oCpadamenitterakhir (menitke-90menjadi6,76174).Ini menunjukkanbahwagrafikperubahan penurunansuhupadasuhu90oClebihcepat jika dibandingkan dengan suhu 27oC walaupun tidakterjadititikperpotonganantarakedua grafik. Berdasarkanuraiandiatas,dapat disimpulkanbahwagrafikperubahan penurunansuhuairterhadapwaktupadaair yang bersuhu 90oC lebih cepat menuju titik nol derajatdaripada airdengansuhu27oC.Hal ini dapatjugadibuktikandarinilaikemiringan garis(gradient)masing-masinggrafiksampel air,yangdiwakilkanolehnilaipadagrafik fittingeksponensialdecay1.Berikutadalah tabelnilaigradienmasing-masinggrafik sampel air. Tabel 1. Nilai gradien pada grafik perubahan penurunan suhu terhadap waktu pada setiap kondisi wadahKondisi wadah Nilai t1Nilai Gradien90oC27oC90oC27oC Terbuka atas 18,26839,5940,05470,025 Terbuka samping 23,97024,3080,04170,041 Terbuka semua 18,39926,3280,05430,037 Tertutup semua 44,522571,5330,02240,013 Grafikdengannilaigradienyangbesar menunjukanbahwagrafiktersebutcuramdan grafikdengannilaigradienyangkecil menunjukan bahwa grafik tersebut landai. Pada kasusperubahanpenurunansuhuair,grafik yangcurammenunjukkanbahwadatapada grafiktersebutberadapadasuhuyanglebih tinggidangrafikyanglandaimenunjukkan bahwadatapadagrafiktersebutberadapada suhu yang lebih rendah. 5. Kesimpulan Daripembahasandiatasdapatdisimpulkan bahwa: 1.TerjadiefekMpembapadapendinginanair yang bersuhu 90oC dan yang bersuhu 27oC 2.Isolator(foam)berpengaruhterhadap alterasi temperatur pada efek Mpemba3.Lajupenurunansuhudantitikpotongnya (fitting, kelajuan dan percepatan): a.Terbukaataskeduagrafiksebagaihasil fitting data tidak berpotongan sedangkan kelajuannyaberpotonganpadamenitke (x=67,11864)padasuhu(y=-0,109) danpercepatannyaberpotonganpada menitke(x=85,42372)padasuhu(y= 0,0017411)b.Terbukasampingtidakterjadi perpotonganbaikkeduagrafiksebagai hasilfittingdata,kelajuanmaupun percepatannya{ PAGE \* MERGEFORMAT } c.Terbukasemuakeduagrafiksebagai hasil fitting data berpotongan pada menit ke(x=50,338)padasuhu(y= 5,831300)sedangkankelajuannya berpotonganpadamenitke(x= 67,11864)padasuhu(y=-0,108)dan percepatannyaberpotonganpadamenit ke(x=86,9491525)padasuhu(y= 0,001265308)d.Tertutupsemuatidakterjadi perpotonganbaikkeduagrafiksebagai hasilfittingdata,kelajuanmaupun percepatannya 6.Daftar Pustaka [1]Jeng, Monhwea. 2006. The Mpemba Effect: When hot water freeze quicker than cold. Am. J. Phys, Vol 74, No.6.11 514-522 diakses dari {HYPERLINK "http://arxiv.org/abs/physics/0512262"}, pada tanggal 22 Juli 2012 [2]Keanu Po-Yen Hsu. 2008. A study of the Mpemba Effect and Water Solidification, a master thesis in National Taiwan University of Science and Technology [3]Sears & Salinger. 1975. Thermodynamics, Kinetic Theory, and Statistical Thermodynamics (third edition). New York: Addison Wesley [4]Frank Kreith dan Arko Prijono M.Sc. 1991. Prinsip-prinsip Perpindahan Panas (edisi ketiga).Jakarta: Erlanga.