τ - UNM

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 ) 
4r 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 it
(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  it
(35)
misalkan solusinya berbentuk
d didefinisakan sebagai polaribilitas bolak-balik.
 d ( ) 
 d ( 0)
1  it
(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 
13.108  109
 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 :
Mw1
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  1.15.1011
 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  1.15.1011 )(
(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
.