I.PENDAHULUAN
- Tujuan Percobaan
- Untuk menentukan viskositas berbagai cairan dengan Metode Oswald.
- Mengetahui hubungan antara viskositas dengan fluiditas waktu alir dari cairan atau berbagai larutan.
- Mengetahui hubungan antara koefisien viskositas, massa jenis, dan
waktu antara suatu cairan tertentu dengan cairan pembandingnya.
- Mengetahui dan memahami prinsip kerja dari percobaan viskositas berbagai larutan dengan metode Ostwald.
2. Dasar Teori
Viskositas adalah sebuah ukuran penolakan sebuah fluid terhadap perubahan bentuk di bawah tekanan shear.
Biasanya diterima sebagai "kekentalan", atau penolakan terhadap
penuangan. Viskositas menggambarkan penolakan dalam fluid kepada aliran
dan dapat dipikir sebagai sebuah cara untuk mengukur gesekan fluid. Air memiliki viskositas rendah, sedangkan minyak sayur memiliki viskositas tinggi.Viskositas dapat dinyatakan sebagai tahanan aliaran fluida yang
merupakan gesekan antara molekul – molekul cairan satu dengan yang
lain. Suatu jenis cairan yang mudah mengalir dapat dikatakan memiliki
viskositas yang rendah, dan sebaliknya bahan – bahan yang sulit
mengalir dikatakan memiliki viskositas yang tinggi. Pada hukum aliran
viskos, Newton menyatakan hubungan antara gaya – gaya mekanika dari
suatu aliran viskos sebagai : Geseran dalam ( viskositas ) fluida adalah konstan sehubungan dengan gesekannya. Hubungan tersebut berlaku untuk fluida Newtonian, dimana perbandingan antara tegangan
geser (s) dengan kecepatan geser (g) nya konstan. Parameter inilah yang
disebut dengan viskositas. Aliran viskos dapat digambarkan dengan dua
buah bidang sejajar yang dilapisi fluida tipis diantara kedua bidang
tersebut. Suatu bidang permukaan bawah yang tetap dibatasi oleh lapisan
fluida setebal h, sejajar dengan suatu bidang permukaan atas
yang bergerak seluas A. Jika bidang bagian atas itu ringan, yang
berarti tidak memberikan beban pada lapisan fluida dibawahnya, maka
tidah ada gaya tekan yang bekerja pada lapisan fluida. Suatu gaya F dikenakan
pada bidang bagian atas yang menyebabkan bergeraknya bidang atas dengan
kecepatan konstan v, maka fluida dibawahnya akan membentuk suatu
lapisan – lapisan yang saling bergeseran.Setiap lapisan tersebut akan
memberikan tegangan geser (s) sebesar F/A yang seragam, dengan kecepatan lapisan fluida yang paling atas sebesar v dan
kecepatan lapisan fluida paling bawah sama dengan nol. Maka kecepatan
geser (g) pada lapisan fluida di suatu tempat pada jarak y dari bidang
tetap, dengan tidak adanya tekanan fluida
Konsep Viskositas
Fluida, baik zat cair maupun zat gas yang jenisnya berbeda memiliki
tingkat kekentalan yang berbeda. Viskositas alias kekentalan sebenarnya
merupakan gaya gesekan antara molekul-molekul yang menyusun suatu
fluida. Jadi molekul-molekul yang membentuk suatu fluida saling
gesek-menggesek ketika fluida tersebut mengalir. Pada zat cair,
viskositas disebabkan karena adanya gaya kohesi (gaya tarik menarik
antara molekul sejenis). Sedangkan dalam zat gas, viskositas disebabkan
oleh tumbukan antara molekul.
Fluida yang lebih cair biasanya lebih mudah mengalir, contohnya air.
Sebaliknya, fluida yang lebih kental lebih sulit mengalir, contohnya
minyak goreng, oli, madu dkk. Hal ini bisa dibuktikan dengan menuangkan
air dan minyak goreng di atas lantai yang permukaannya miring. Pasti
air ngalir lebih cepat daripada minyak goreng atau oli. Tingkat
kekentalan suatu fluida juga bergantung pada suhu. Semakin tinggi suhu
zat cair, semakin kurang kental zat cair tersebut. Misalnya ketika ibu
menggoreng paha ikan di dapur, minyak goreng yang awalnya kental
menjadi lebih cair ketika dipanaskan. Sebaliknya, semakin tinggi suhu
suatu zat gas, semakin kental zat gas tersebut.
Perlu diketahui bahwa viskositas alias kekentalan cuma ada pada
fluida riil (rill = nyata). Fluida riil/nyata tuh fluida yang kita
temui dalam kehidupan sehari-hari, seperti air, sirup, oli, asap
knalpot, dan lainnya. Fluida riil berbeda dengan fluida ideal. Fluida
ideal sebenarnya tidak ada dalam kehidupan sehari-hari. Fluida ideal
hanya model yang digunakan untuk membantu kita dalam menganalisis
aliran fluida (fluida ideal ini yang kita pakai dalam pokok bahasan
Fluida Dinamis). Mirip seperti kita menganggap benda sebagai benda
tegar, padahal dalam kehidupan sehari-hari sebenarnya tidak ada benda
yang benar-benar tegar/kaku. Tujuannya sama, biar analisis kita menjadi
lebih sederhana.
Satuan Sistem Internasional (SI) untuk koofisien viskositas adalah Ns/m2 = Pa.s (pascal sekon). Satuan CGS (centimeter gram sekon) untuk si koofisien viskositas adalah dyn.s/cm2
= poise (P). Viskositas juga sering dinyatakan dalam sentipoise (cP). 1
cP = 1/100 P. Satuan poise digunakan untuk mengenang seorang Ilmuwan
Perancis, almahrum Jean Louis Marie Poiseuille (baca : pwa-zoo-yuh).
1 poise = 1 dyn . s/cm2 = 10-1 N.s/m2
| Fluida | Temperatur (o C) | Koofisien Viskositas |
| Air | 0 | 1,8 x 10-3 |
| 20 | 1,0 x 10-3 | |
| 60 | 0,65 x 10-3 | |
| 100 | 0,3 x 10-3 | |
| Darah (keseluruhan) | 37 | 4,0 x 10-3 |
| Plasma Darah | 37 | 1,5 x 10-3 |
| Ethyl alkohol | 20 | 1,2 x 10-3 |
| Oli mesin (SAE 10) | 30 | 200 x 10-3 |
| Gliserin | 0 | 10.000 x 10-3 |
| 20 | 1500 x 10-3 | |
| 60 | 81 x 10-3 | |
| Udara | 20 | 0,018 x 10-3 |
| Hidrogen | 0 | 0,009 x 10-3 |
| Uap air | 100 | 0,013 x 10-3 |
Setiap zat cair mempunyai karakteristik yang khas, berbeda satu zat
cair dengan zat cair yang lain. Salah satunya adalah viskositas.
Viskositas merupakan tahanan yang dilakukan oleh suatu lapisan fluida
terhadap suatu lapisan lainnya. Sifat viskositas ini dimiliki oleh
setiap fluida, gas, atau cairan. Viskositas suatu cairan murni
adalah indeks hambatan aliran cairan. Aliran cairan dapat dikelompokan
menjadi dua yaitu aliran laminar dan aliran turbulen. Aliran
laminar menggambarkan laju aliran kecil melalui sebuah pipa dengan
garis tengah kecil. Sedangkan aliran turbulen menggambarkan laju aliran
yang besar dengan diameter pipa yang besar. Penggolongan ini
berdasarkan bilangan Reynoldnya.
Viskositas menentukan kemudahan suatu molekul bergerak karena adanya
gesekan antar lapisan material. Karenanya viskositas menunjukkan
tingkat ketahanan suatu cairan untuk mengalir. Semakin besar viskositas
maka aliran akan semakin lambat. Besarnya viskositas dipengaruhi oleh
beberapa faktor seperti temperatur, gaya tarik antar molekul dan ukuran
serta jumlah molekul terlarut. Fluida, baik zat cair maupun zat gas
yang jenisnya berbeda memiliki tingkat kekentalan yang berbeda. Pada
zat cair, viskositas disebabkan karena adanya gaya kohesi (gaya tarik
menarik antara molekul sejenis). Sedangkan dalam zat gas, viskositas
disebabkan oleh tumbukan antara molekul.
Fluida yang lebih cair biasanya lebih mudah mengalir, contohnya air.
Sebaliknya, fluida yang lebih kental lebih sulit mengalir, contohnya
minyak goreng, oli, madu dll. Tingkat kekentalan fluida dinyatakan
dengan koefisien viskositas (h). Kebalikan dari Koefisien viskositas disebut fluiditas, , yang merupakan ukuran kemudahan mengalir suatu fluida.
Viskositas cairan adalah fungsi dari ukuran dan permukaan molekul,
gaya tarik menarik antar molekul dan struktur cairan. Tiap molekul
dalam cairan dianggap dalam kedudukan setimbang, maka sebelum sesuatu
lapisan melewati lapisan lainnya diperlukan energy tertentu. Sesuai
hokum distribusi Maxwell-Boltzmann, jumlah molekul yang memiliki energy
yang diperlukan untuk mengalir, dihubungkan oleh factor e-E/RT dan viskositas sebanding dengan e-E/RT. Secara kuantitatif pengaruh suhu terhadap viskositas dinyatakan dengan persamaan empirik,
h = A e-E/RT
A merupakan tetapan yang sangat tergantung pada massa molekul
relative dan volume molar cairan dan E adalah energi ambang per mol
yang diperlukan untuk proses awal aliran.
Cara menentukan viskositas suatu zat menggunakan alat yang dinamakan
viskometer. Ada beberapa tipe viskometer yang biasa digunakan antara
lain :
- Viskometer kapiler / Ostwald
Viskositas dari cairan yang ditentukan dengan mengukur waktu yang
dibutuhkan bagi cairan tersebut untuk lewat antara 2 tanda ketika
mengalir karena gravitasi melalui viskometer Ostwald. Waktu alir dari
cairan yang diuji dibandingkan dengan waktu yang dibutuhkan bagi suatu
zat yang viskositasnya sudah diketahui (biasanya air) untuk lewat 2
tanda tersebut (Moechtar,1990).
2. Viskometer Hoppler
Berdasarkan hukum Stokes pada kecepatan bola maksimum, terjadi
keseimbangan sehingga gaya gesek = gaya berat – gaya archimides.
Prinsip kerjanya adalah menggelindingkan bola ( yang terbuat dari kaca
) melalui tabung gelas yang berisi zat cair yang diselidiki. Kecepatan
jatuhnya bola merupakan fungsi dari harga resiprok sampel
(Moechtar,1990).
3. Viskometer Cup dan Bob
Prinsip kerjanya sample digeser dalam ruangan antaradinding luar
dari bob dan dinding dalam dari cup dimana bob masuk persis
ditengah-tengah. Kelemahan viscometer ini adalah terjadinya aliran
sumbat yang disebabkan geseran yang tinggi di sepanjangkeliling bagian
tube sehingga menyebabkan penurunan konsentrasi. Penurunan konsentras
ini menyebabkab bagian tengah zat yang ditekan keluar memadat. Hal ini
disebut aliran sumbat (Moechtar,1990).
4.Viskometer Cone dan Plate
Cara pemakaiannya adalah sampel ditempatkan ditengah-tengah papan,
kemudian dinaikkan hingga posisi di bawah kerucut. Kerucut digerakkan
oleh motor dengan bermacam kecepatan dan sampelnya digeser di dalam
ruang semitransparan yang diam dan kemudian kerucut yang berputar
(Moechtar,1990).
Viskositas cairan juga dapat ditentukan berdasarkan jatuhnya benda
melalui medium zat cair, yaitu berdasarkan hukum Stokes. Dimana benda
bulat dengan radius r dan rapat d, yang jatuh karena gaya gravitasi
melalui fluida dengan rapat dm/db, akan dipengaruhi oleh gaya gravitasi
sebesar :
F1 = 4/3 πr3 ( d-dm ) g
Perbedaan antara viskositas cairan dengan viskositas gas adalah sebagai berikut :
| Jenis Perbedaan | Viskositas Cairan | Viskositas Gas |
| Gaya gesek | Lebih besar untuk mengalir | Lebih kecil disbanding viskositas cairan |
| Koefisien viskositas | Lebih besar | Lebih kecil |
| Temperatur | Temperatur naik,viskositas turun | Temperatur naik,viskositas naik |
| Tekanan | Tekanan naik,viskositas naik | Tidak tergantung tekanan |
Pengaruh Temperatur Pada Viskositas
Koefisien viskositas berubah-ubah dengan berubahnya temperature, dan hubungannya adlah :
log η = A + B/T ( a )
dimana A dan B adalah konstanta yang tergantung pada cairan. Persamaan di atas dapat ditulis sebagai :
η = A’eksp ( -∆Evis/RT )
