DASAR TEORIVISKOSITASA. PengertianCairan mempunyai gaya gesek yang lebih besar untuk mengalir daripada gas. Sehingga cairan mempuyai koefisien viskositas yang lebih besar daripada gas. Viskositas gas bertambah dengan naiknya temperatur. Koefisien gas pada tekanan tidak terlalu besar, tidak tergantung tekanan, tetapi untuk cairan naik dengan naiknya tegangan.Viskositas (kekentalan) dapat diartikan sebagai suatu gesekan di dalam cairan zat cair. Kekentalan itulah maka diperlukan gaya untuk menggerakkan suatu permukaan untuk melampaui suatu permukaan lainnya, jika diantaranya ada larutan baik cairan maupun gas mempunyai kekentalan air lebih besar daripada gas, sehingga zat cair dikatakan lebih kental daripada gas.Koefisien viskositas fluida atau disingkat sebagai perbandingan tegangan luncur F/A, dengan cepat perubahan tegangan luncur :B. Dasar Teori ViskositasKoefisien viskositas secara umum diukur dengan dua metode, yaitu :1. Viskositas OstwaldWaktu yang dibutuhkan untuk mengalirkan sejumlah tertentu cairan dicatat dan dihitung dengan menggunakan hubungan :Karena P = . g . h maka persamaan di atas dapat ditulis sebagai berikut :Dimana :P = tekanan hidrostatikR = jari-jari kapiler / tabungT = waktu aliran zat cair sebanyak volume (V) dengan beda tinggi (h)l = panjang kapiler / tabungUmumnya koefisien viskositas dihitung dengan membendingkan laju aliran cairan yang koefisien viskositasnya diketahui.Hubungan itu adalah :Dimana : d . t = laju aliran1. Metode bola jatuhMetode bola jatuh menyangkut gaya gravitasi yang seimbang dengan gerakan aliran pekat dan hubungannya adalah :Dimana :b = bola jatuh atau manik-manikg = konstanta gravitasiPada persamaan di atas bila digunakan perbandingan maka akan didapatkan :dicatat dengan stopwatch. Percobaan diulangi lagi dengan cairan pembanding setelah dibersihkan. Dengan ini ditentukan t1 dan t2.Viskositas suatu cairan murni merupakan indeks hambatan air cairan atau larutan. Viskositas dapat diukur dengan menggunakan tabung Cannon Fenske, yaitu dengan menghitung waktu alir zat cair di dalam tabung Cannon Fenske. Cara ini juga untuk menghitung jari-jari molekul. Caranya yaitu setelah didapatkan waktu alir zat cair maka akan didapatkan viskositas dari zat cair tersebut. Selanjutnya akan didapat slope (A), akhirnya akan didapatkan jari-jari (r) dengan menggunakan persamaan :A = 6,3 x 1021 x r3Dimana :A = slopePersamaan tersebut didapatkan dari persamaan yang telah diturunkan oleh Einstein.Aliran cairan viskositas dapat dikelompokkan menjadi dua tipe, yaitu :1. Aliran laminer atau aliran kentalMenggambarkan laju aliran kecil melalui sebuah pipa dengan garis tengah kecil.1. Aliran turbulenMenggambarkan laju aliran yang besar melalui pipa dengan diameter yang lebih besar.Dengan kata lain pembagian ini ialah pertama bagian air yang mengalir seakan-akan mengikuti suatu garis tak putus, bik lurus maupun melengkung. Ada bagian-bagian yang alirannya berputar-putar dengan putaran yang tidak jelas ujung dan pangkalnya.Aliran yang mengikuti suatu garis (lurus ataupun melengkung) yang jelas ujung dan pangkalnya disebut aliran garis arus atau dalam bahasa Inggris disebut aliran Streamline. Secara lebih cermat dikatakan bahwa aliran garis arus adalah aliran yang tiap partikel yang melalui suatu titik mengikuti suatu garis yang sama seperti partikel-partikel lain melalui titik itu. Selain itu, pada aliran garis arus arah gerak partikel-partikel itu sama dengan arah aliran secara keseluruhan. Garis yang dilalui oleh partikel-partikel itu pada aliran seperti ini disebut garis arus.Berbeda dengan aliran garis arus, ada aliran yang disebut aliran turbulent. Aliran turbulent ditandai oleh adanya aliran berputar. Ada partikel-partikel yang arah geraknya berbeda, bahkan berlawanan dengan arah gerak keseluruhan fluida. Jika aliran turbulent maka akan terdapat pusaran-pusaran dalam gerakannya dan lintasan partikel-partikelnya senantiasa berubah. Aliran turbulent menggambarkan laju aliran yang beasar melqlui pipa dengan diameter yang lebih besar.Sifat dari fluida sejati adalah kompersibel, artinya volume dan massa jenisnya akan berubah bila diberikan tekanan. Selain itu juga fluida sejati mempunyai viskositas yaitu gesekan di dalam fluida sedangkan dalam anggapan fluida ideal semua sifat-sifat ini diabaikan.Viskositas di dalam zat cair disebabkan oleh gaya kohesi antar molekul dan di dalam gas disebabkan oleh pelanggaran-pelanggaran antar molekul yang bergerak dengan cepat. Terutama dalam arus turbulent, viskositas ini naik dengan cepat sekali hamper berbanding lurus dengan pangkat tiga kecepatannya. Makin besar kecepatannya, makin besar viskositasnya.Viskositas zat cair lebih besar daripada gas. Viskositas gas sedemikian kecilnya sehingga sering diabaikan. Viskositas fluida bergantung kepada suhunya. Viskositas ini pada umumnya yaitu zat cair, yang umumnya berkurang jika suhunya naik. Tetapi sebaliknya viskositas gas lebih besar jika suhunya naik.Lapisan-lapisan gas atau zat cair yang mengalir saling berdesakan. Karena itu terdapat gaya gesek yang bersifat menahan aliran yang besarnya tergantung dari kekentalan zat cair tersebut.Dimana := angka kental dinamisG = gaya gesekA = luas lapisandV = beda kecepatan antara dua lapisan berjarak dYdV/dY = gradient kecepatanPengukuran viskositas merupakan cara termudah dalam menentukan berat molekul dan jari-jari molekul. Diantaranya, yaitu untuk menentukan viskositas dapat digunakan :1. Viskometer OswaldDigunakan untuk menentukan viskositas dari suatu cairan dengan menggunakan air sebagai pembandingnya. Caranya yaitu dengan membandingkan waktu alir dan berat jenis cairan yang akan ditentukan dengan berat jenis cairan dan waktu alir.Persamaan, yaitu :Dimana :Hubungan antara viskosits dan suhu pertama kali ditemukan oleh Carransicle pada tahun 1913.Pada viskositas Ostwald yang diukur adalah waktu yang dibutuhkan oleh sejumlah cairan tertentu mengaliri pipa kapiler dengan gaya yang disebabkan oleh gaya beratnya sendiri.Pengukuran viskositas merupakan cara termudah dan termurah dalam menentukan berat molekul makro. Persamaan yang digunakan dalam pengukuran viskositas dengan viscometer ostwald adalah :Pengukuran viskositas mempunyai beberapa bentuk diantaranya adalah :1. Viskositas spesifik = =2. Viskositas reduksi = =3. Viskositas intrinsik = = limitC 0Dimana : C = konsentrasi makro molekul (gr/100 ml)Einsteinlah yang pertama kali menghubungkan viskositas dengan berat molekul yaitu pada tahun 1906. Einstein memperlihatkan bahwa viskositas larutan molekul membentuk bulatan yang encer dapat dicari dengan menggunakan rumus :Dimana : = fraksi volume zat terlarut makro molekulDengan menyusun kembali persamaan di atas, diperoleh :Karena makro molekul biasanya tidak berbentuk bulat maka sp/pada persamaan di atas mempunyai nilai lebih besar dari 2,5.C. Hukum StokesBenda bulat dengan radius r dan rapat adalah d yang jatuh karena gaya gravitasi melalui fluida dengan rapat dm akan dipengaruhi gaya sebagai berikut :f1 = 4/3 r3 ( d dm ) gBenda yang jatuh mempunyai kecepatqan yang makin lama makin besar tetapi dalam medium ada gaya gesek yang makin besar bila kecepatan benda jatuh makin besar. Pada saat kesetimbangan, besarnya kecepatan benda jatuh adalah tetap (v konstan). Menurut George Stokes, untuk benda bulat tersebut besarnya gaya gesek pada saat kesetimbangan adalah :f2 = 6 r Vf1 = f2 4/3 r3 ( d dm ) g = 6r VRumus ini berlaku bila jari-jari benda yang jatuh relative besar bila dibandingkan dengan jarak antara molekul-molekul fluida.Rumus Stokes inilah yang merupakan dasar viskositas atau viscometer bola jatuh. Viscometer ini tersiri dari gelas silinder dengan cairan yang akan diteliti dan dimasukkan dalam thermostat.Bola baja dengan rapat d dan diameter r dijatuhkan ke dalam tabung dan waktu yang diperlukan untuk jatuh di antara dua tanda a dan b dicatat dengan stopwatch.D. Pengaruh Temperatur Terhadap ViskositasViscositas merupakan besaran yang harganya tergantung terhadap temperatur. Pada kebanyakan fluida cair, bila temperatur naik viscositas akan turun, dan sebaliknya bila temperatur turun maka viscositas akan naik. PadaDinyatakan dengan rumus:; A dan B tetapan untuk cairan tertentuT = Temperatur mutlakRumus ini dapat dipakai untuk cairan murni, adapun rumus untuk sistem beberapa cairan adalah:; A, B dan C adalah tetapan