arus listrik

Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang disebabkan dari pergerakan elektron-elektron, mengalir melalui suatu titik dalam sirkuit listrik tiap satuan waktu. Arus listrik dapat diukur dalam satuan Coulomb/detik atau Ampere. Contoh arus listrik dalam kehidupan sehari-hari berkisar dari yang sangat lemah dalam satuan mikroAmpere (μA) seperti di dalam jaringan tubuh hingga arus yang sangat kuat 1-200 kiloAmpere (kA) seperti yang terjadi pada petir. Dalam kebanyakan sirkuit arus searah dapat diasumsikan resistansi terhadap arus listrik adalah konstan sehingga besar arus yang mengalir dalam sirkuit bergantung pada voltase dan resistansi sesuai dengan hukum Ohm.

Arus listrik merupakan satu dari tujuh satuan pokok dalam satuan internasional. Satuan internasional untuk arus listrik adalah Ampere(A). Secara formal satuan Ampere didefinisikan sebagai arus konstan yang, bila dipertahankan, akan menghasilkan gaya sebesar 2 x 10^-7Newton/meter di antara dua penghantar lurus sejajar, dengan luas penampang yang dapat diabaikan, berjarak 1 meter satu sama lain dalam ruang hampa udara.

Fisika

Arus yang mengalir masuk suatu percabangan sama dengan arus yang mengalir keluar dari percabangan tersebut. i₁ + i₄ = i₂ + i₃ 

Untuk arus yang konstan, besar arus I dalam Ampere dapat diperoleh dengan persamaan:

di mana I adalah arus listrik, Q adalah muatan listrik, dan t adalah waktu (time).

Sedangkan secara umum, arus listrik yang mengalir pada suatu waktu tertentu adalah:

Dengan demikian dapat ditentukan jumlah total muatan yang dipindahkan pada rentang waktu 0 hingga t melalui integrasi:

Sesuai dengan persamaan di atas, arus listrik adalah besaran skalar karena baik muatan Q maupun waktu t merupakan besaran skalar. Dalam banyak hal sering digambarkan arus listrik dalam suatu sirkuit menggunakan panah, salah satunya seperti pada diagram di atas. Panah tersebut bukanlah vektor dan tidak membutuhkan operasi vektor. Pada diagram di atas ditunjukkan arus mengalir masuk melalui dua percabangan dan mengalir keluar melalui dua percabangan lain. Karena muatan listrik adalah kekal maka total arus listrik yang mengalir keluar haruslah sama dengan arus listrik yang mengalir ke dalam sehingga i₁ + i₄ = i₂ + i₃. Panah arus hanya menunjukkan arah aliran sepanjang penghantar, bukan arah dalam ruang.

Arah arus

Definisi arus listrik yang mengalir dari kutub positif (+) ke kutub negatif (-) baterai (kebalikan arah untuk gerakan elektronnya)

Pada diagram digambarkan panah arus searah dengan arah pergerakan partikel bermuatan positif (muatan positif) atau disebut dengan istilah arus konvensional. Pembawa muatan positif tersebut akan bergerak dari kutub positif baterai menuju ke kutub negatif. Pada kenyataannya, pembawa muatan dalam sebuah penghantar listrik adalah partikel-partikel elektron bermuatan negatif yang didorong oleh medan listrik mengalir berlawan arah dengan arus konvensional. Sayangnya, dengan alasan sejarah, digunakan konvensi berikut ini:

Panah arus digambarkan searah dengan arah pergerakan seharusnya dari pembawa muatan positif, walaupun pada kenyataannya pembawa muatan adalah muatan negatif dan bergerak pada arah berlawanan.

Konvensi demikian dapat digunakan pada sebagian besar keadaan karena dapat diasumsikan bahwa pergerakan pembawa muatan positif memiliki efek yang sama dengan pergerakan pembawa muatan negatif.

Rapat arus

Rapat arus (bahasa Inggris: current density) adalah aliran muatan pada suatu luas penampang tertentu di suatu titik penghantar. Dalam SI, rapat arus memiliki satuan Ampere per meter persegi (A/m²).

di mana I adalah arus pada penghantar, vektor J adalah rapat arus yang memiliki arah sama dengan kecepatan gerak muatan jika muatannya positif dan berlawan arah jika muatannya negatif, dan dA adalah vektor luas elemen yang tegak lurus terhadap elemen. Jika arus listrik seragam sepanjang permukaan dan sejajar dengan dA maka J juga seragam dan sejajar terhadap dA sehingga persamaan menjadi:

maka

di mana A adalah luas penampang total dan J adalah rapat arus dalam satuan A/m².

Kelajuan hanyutan

Saat sebuah penghantar tidak dilalui arus listrik, elektron-elektron di dalamnya bergerak secara acak tanpa perpindahan bersih ke arah mana pun juga. Sedangkan saat arus listrik mengalir melalui penghantar, elektron tetap bergerak secara acak namun mereka cenderung hanyut sepanjang penghantar dengan arah berlawanan dengan medan listrik yang menghasilkan aliran arus. Tingkat kelajuan hanyutan (bahasa Inggris: drift speed) dalam penghantar adalah kecil dibandingkan dengan kelajuan gerak-acak, yaitu antara 10^-5 dan 10^-4 m/s dibandingkan dengan sekitar 10⁶ m/s pada sebuah penghantar tembaga.

Tegangan Permukaan

Tegangan permukaan adalah gaya yang diakibatkan oleh suatu benda yang bekerja pada permukaan zat cair sepanjang permukaan yang menyentuh benda itu. Apabila F = gaya (newton) dan L = panjang (m), maka tegangan-permukaan, S dapat ditulis sebagai S = F/L

Tegangan permukaan zat cair (Fluida)

Tegangan permukaan (y) adalah besar gaya (F) yang dialami pada permukaan zat cair persatuan panjang (l)

y = F / 2l

Definisi tegangan permukaan zat cair

Tegangan permukaan zat cair adalah kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang, sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan elastis. Penyebab terjadinya Tegangan Permukaan Partikel A dalam zat cair ditarik oleh gaya sama besar ke segala arah oleh partikel-partikel di dekatnya. partikel B di permukaan zat cair hanya ditarik oleh partikel-partikel disamping dan dibawahnya, sampai pada permukaan zat cair terjadi tarik ke bawah.Penurunan Rumus Rumus tegangan permukaan Ƴ = F / d Dalam kasus ini d = 2l, sehingga Ƴ = F / 2 * l Keterangan: Ƴ = perbandingan antara gaya tegangan permukaan F = tegangan permukaan d = dimana gaya itu bekerja satuannya = N / m (atau N m-1) Percobaan yang Terkait Untuk lebih memahami Tegangan permukaan zat Dapat diamati pada percobaan dengan menggunakan gelas yang berisi air kemudian Diletakkan jarum diatasnya, maka jarum akan mengapung.Apabila dicampur dengan deterjen, maka jarum akan tenggelam. Dan juga dapat diamati pada percobaan dengan menyiapkan gabus yang dibentuk menyerupai perahu.Kemudian, bila berada sabun dilekukan perahu tersebut, maka perahu akan bergerak.Pengertian gejala kapiler Gejala yang disebabkan oleh gaya kohesi dari tegangan permukaan dan gaya adhesi antara zat cair dan tabung kaca. Penerapan tegangan permukaan dalam kehidupan sehari-hari: -mencuci dengan air panas jauh lebih bersih dibandingkan dengan air yang bersuhu normal -antiseptik yang dipakai untuk mengobati luka, selain dapat mengobati luka ini dapat membasahi seluruh luka.

Asam Karboksilat dan Turunannya

Dalam kimia organik, turunan asam karboksilat adalah kelompok senyawa organik yang memiliki gugus karbonil dan memiliki sebuah atom elektronegatif (oksigen, nitrogen atau halogen yang terikat pada atom karbon karbonil. Turunan senyawa karboksilat berbeda dengan keton dan aldehida yang memiliki gugus karbonil tapi tidak terikat dengan atom elektronegatif. Keberadaan atom elektronegatif ini menyebabkan perubahan signifikan pada reaktivitas senyawa ini. Kelompok-kelompok senyawa yang termasuk turunan asam karboksilat adalah:

• Asam karboksilat
• Ester
• Amida
• Asil halida
• Anhidrida asam

Asam alkanoat (atau asam karboksilat) adalah golongan asam organik [[alifatik] yang memiliki gugus karboksil (biasa dilambangkan dengan -COOH). Semua asam alkanoat adalah asam lemah. Dalam pelarut air, sebagian molekulnya terionisasi dengan melepas atom Hidrogen menjadi ion H⁺.
Asam karboksilat dapat memiliki lebih dari satu gugus fungsional. Asam karboksolat yang memiliki dua gugus karboksil disebut asam dikarboksilat (alkandioat), jika tiga disebut asam trikarboksilat (alkantrioat), dan seterusnya.
Asam karboksilat dengan banyak atom karbon (berantai banyak) lebih umum disebut sebagai asam lemak karena sifat-sifat fisiknya.

Dalam kimia, ester adalah suatu senyawa organik yang terbentuk melalui penggantian satu (atau lebih) atom hidrogen pada gugus hidroksil dengan suatu gugus organik (biasa dilambangkan dengan R'). Asam oksigen adalah suatu asam yang molekulnya memiliki gugus -OH yang hidrogennya (H) dapat menjadi ion H+.

 Amida adalah suatu jenis senyawa kimia yang dapat memiliki dua pengertian. Jenis pertama adalah gugus fungsional organik yang memiliki gugus karbonil (C=O) yang berikatan dengan suatu atom nitrogen (N), atau suatu senyawa yang mengandung gugus fungsional ini. Jenis kedua adalah suatu bentuk anion nitrogen.

Dalam kimia, istilah asil halida atau asam halida adalah suatu senyawa yang diturunkan dari sebuah asam karboksilat dengan menggantikan gugus hidroksil dengan gugus halida.
Jika asam tersebut adalah asam karboksilat, senyawa tersebut mengandung gugus fungsional -COX, yang terdiri dari gugus karbonil terikat pada atom halogen seperti pada klorin. Rumus umum untuk sebuah asil halida dapat dituliskan dengan RCOX, di mana R dapat sebuah gugus alkil, CO adalah gugus karbonil, dan X menunjukkan atom halogen.

Gugus RCO- adalah sebuah asil halida. Asol klorida adalah asil halida yang sering digunakan. Asil halida dibuat dengan halogenasi sebuah asam karboksilat, maka dari itu dinamakan asam halida.

 

Esterifikasi

Pengertian ester
Ester diturunkan dari asam karboksilat. Sebuah asam karboksilat mengandung gugus -COOH, dan pada sebuah ester hidrogen di gugus ini digantikan oleh sebuah gugus hidrokarbon dari beberapa jenis. Disini kita hanya akan melihat kasus-kasus dimana hidrogen pada gugus -COOH digantikan oleh sebuah gugus alkil, meskipun tidak jauh beda jika diganti dengan sebuah gugus aril (yang berdasarkan pada sebuah cincin benzen).
Contoh ester umum – etil etanoat
Ester yang paling umum dibahas adalah etil etanoat. Dalam hal ini, hidrogen pada gugus -COOH telah digantikan oleh sebuah gugus etil. Rumus struktur etil etanoat adalah sebagai berikut:

Perhatikan bahwa ester diberi nama tidak sesuai dengan urutan penulisan rumus strukturnya, tapi kebalikannya. Kata "etanoat" berasal dari asam etanoat. Kata "etil" berasal dari gugus etil pada bagian ujung.
Contoh ester yang lain
Pada setiap contoh berikut, pastikan bahwa anda bisa mengerti bagaimana hubungan antara nama dan rumus strukturnya.

Perhatikan bahwa asam diberi nama dengan cara menghitung jumlah total atom karbon dalam rantai – termasuk yang terdapat pada gugus -COOH. Misalnya, CH₃CH₂COOH disebut asam propanoat, dan CH₃CH₂COO disebut gugus propanoat.
Pembuatan ester dari asam karboksilat dan alkohol
Sifat kimiawi reaksi
Ester dihasilkan apabila asam karboksilat dipanaskan bersama alkohol dengan bantuan katalis asam. Katalis ini biasanya adalah asam sulfat pekat. Terkadang juga digunakan gas hidrogen klorida kering, tetapi katalis-katalis ini cenderung melibatkan ester-ester aromatik (yakni ester yang mengandung sebuah cincin benzen).Reaksi esterifikasi berlangsung lambat dan dapat balik (reversibel). Persamaan untuk reaksi antara sebuah asam RCOOH dengan sebuah alkohol R’OH (dimana R dan R’ bisa sama atau berbeda) adalah sebagai berikut:

Jadi, misalnya, jika kita membuat etil etanoat dari asam etanoat dan etanol, maka persamaan reaksinya adalah:


Reaksi esterifikasi Fischer adalah reaksi pembentukan ester dengan cara merefluks sebuah asam karboksilat bersama sebuah alkohol dengan katalis asam. Asam yang digunakan sebagai katalis biasanya adalah asam sulfat atau asam Lewis seperti skandium(III) triflat.
Pembentukan ester melalui asilasi langsung asam karboksilat terhadap alkohol, seperti pada esterifikasi Fischer lebih disukai ketimbang asilasi dengan anhidrida asam (ekonomi atom yang rendah) atau asil klorida (sensitif terhadap kelembapan). Kelemahan utama asilasi langsung adalah konstanta kesetimbangan kimia yang rendah. Hal ini harus diatasi dengan menambahkan banyak asam karboksilat, dan pemisahan air yang menjadi hasil reaksi. Pemisahan air dilakukan melalui distilasi Dean-Stark atau penggunaan saringan molekul.
Dalam sebuah penelitian ditemukan bahwa tetrabutilamonium tribromida (TBATB) adalah katalis yang amat efektif. Misalnya, asilasi 3-fenil propanol dengan asam asetat glasial dan TBATB dengan refluks menghasilkan ester dalam 15 menit, dengan rasio hasil 95%, tanpa harus memisahkan air. Para ahli percaya bahwa asam bromida yang dihasilkan oleh TBATB dapat memprotonasi alkohol terhadap asam karboksilat sehingga karboksilatnya-lah yang bertindak sebagai nukleofil, tidak seperti mekanisme esterifikasi standar.

Reaksi keseluruhan:

Mekanisme reaksi:

Keterangan:

A. Protonasi, aktivasi gugus karbonil

B. Adisi EtOH pada gugus aktif karbonil

C. Deprotonasi oxonium ion

D. Protonasi pada gugus hidroksi sehingga menghasilkan gugus pergi yang baik (air)

E. Eliminasi air dengan bantuan lone pair elektron dari oksigen

F. Deprotonasi, sebagai tahap terakhir.

Pada sesi selanjutnya akan dibahas bagaimana mekanisme reaksi esterifikasi dengan katalis basa, serta mekanisme reaksi yang lainnya.

Pektin

Pektin

Pektin merupakan segolongan polimer heterosakarida yang diperoleh dari dinding sel tumbuhan darat. Pertama kali diisolasi oleh Henri Braconnot tahun 1825. Wujud pektin yang diekstrak adalah bubuk putih hingga coklat terang. Pektin banyak dimanfaatkan pada industri pangan sebagai bahan perekat dan stabilizer (agar tidak terbentuk endapan).

Pektin pada sel tumbuhan merupakan penyusun lamela tengah, lapisan penyusun awal dinding sel. Sel-sel tertentu, seperti buah, cenderung mengumpulkan lebih banyak pektin. Pektinlah yang biasanya bertanggung jawab atas sifat "lekat" (Jawa: pliket) apabila seseorang mengupas buah. Penyusun utama biasanya polimer asam D-galakturonat, yang terikat dengan α-1,4-glikosidik. Asam galakturonat memiliki gugus karboksil yang dapat saling berikatan dengan ion Mg²⁺ atau Ca²⁺ sehingga berkas-berkas polimer "berlekatan" satu sama lain. Ini menyebabkan rasa "lengket" pada kulit. Tanpa kehadiran kedua ion ini, pektin larut dalam air. Garam-garam Mg- atau Ca-pektin dapat membentuk gel, karena ikatan itu berstruktur amorf (tak berbentuk pasti) yang dapat mengembang bila molekul air "terjerat" di antara ruang-ruang.

Penggunaan pektin yang paling umum adalah sebagai bahan perekat/pengental (gelling agent) pada selai dan jelly. Pemanfaatannya sekarang meluas sebagai bahan pengisi, komponen permen, serta sebagai stabilizer untuk jus buah dan minuman dari susu, juga sebagai sumber serat dalam makanan.

·  BAHAN

1. Kulit markisa
2. Larutan natrium bisulfit 1000 ppm. Untuk mendapatkan 10 liter larutan natrium bisulfit dilakukan dengan melarutkan 10 g natrium bislufit di dalam 10
   liter air.
3. Larutan HCL 1 %
4. Etanol 95 %

·  PERALATAN

1. Pengering. Alat ini digunakan untuk mengeringkan pektin baru. Berbagai tipe alat pengering dapat digunakan untuk keperluan tersebut.
2. Pengiling Basah. Alat ini digunakan untuk menghaluskan kulit markisa menjadi bubur markisa. Alat penggiling yang dapat digunakan adonan penggiling tipe cakram, dan penggiling tipe ulir. Untuk usaha rumah tangga dapat digunakan blender.
3. Penggilimgan kering. Alat ini digunakan untuk menghaluskan pektin kasar menjadi tepung pektin. Alat penggiling yang dapat digunakan adalah penggiling hammer mill. Untuk usaha rumah tangga dapat digunakan blender.
4. Panci tahan karat. Alat ini digunakan untuk merendam bubur markisa pada suhu hangat dan pH rendah.
5. Kain saring. Alat ini digunakan untuk menyaring bubur kulit markisa yang mengandung ekstrak pektin.
6. Wadah pengentalan. Wadah ini digunakan untuk mengentalkan fraksi pektin. Wadah berupa panci atau kotak bnermulut lebar.
   
   Gambar 2. Wadah Pengentalan

·  CARA PEMBUATAN

1. Persiapan

·  Pelepasan albido . Albido (bagian dalam kulit markisa yang berwarna putih) dilepaskan  dengan mengeroknya memakai sendok.

·  Ekstraksi Pektin

1. Penggilingan albido. Albido digiling secara basah atau diblender dengan penambahan larutan natrium bisulfit 1000 ppm . Setiap 1 kg albido ditambah dengan 3 liter larutan natrium bisulfit. Hasil yang diperoleh disebut dengan bubur albido. Sebelum diolah lebih lanjut, bubur ini didiamkan selama 30 menit.
2. Ekstraksi
• Bubur kulit jeruk diencerkan dengan air sebanyak 3 kali berat albido semula. Campuran diaduk sehingga menjadi bubur encer.
• Bubur encer ditambah dengan larutan HCL 1 % sehingga pH-nya menjadi 1,5. Hasilnya disebut bubur asam.
• Bubur asam dipanaskan sampai suhu 70-80 0 C sambil diaduk selama 60-90 menit.
• Bubur asam yang telah dipanaskan, disaring dengan kain saring rapat, atau kain saring rangkap empat sambil diperas untuk memisahkan filtratnya. Filtrat ini disebut dengan filtrat pektin.

·  Pengentalan
Filtrat pektin dipanaskan pada suhu 95-97 sambil diaduk secara interaktif sampai volumenya menjadi setengah volume semula. Hasil yang diperoleh disebut dengan filtrat pekat. Filtrat pekat ini didinginkan.

·  Pengendapan Pektin

1. Penyiapan larutan pengendap. Larutan Etanol 95 % diasami dengan menambahkan 2 ml HCL pekat. Larutan ini disebut alkohol asam.
2. Pengendapan
• Filtrat pekat ditambah dengan alkohol asam dan diaduk sampai rata. Setiap 1 liter filtrat pekat ditambah dengan 1,5 liter alkohol asam. Setelah itu, filtrat didiamkan selama 10-14 jam (semalam).
• Endapan pektin dipisahkan dari filtrat dengan kain saring rapat (rangkap empat). Hasil yang diperoleh disebut dengan pektin masam.

·  Pencucian Pektin Masam
Pektin masam ditambah dengan alkohol 95 % kemudian diaduk-aduk. Setiap 1 liter pektin masam ditambah dengan 1,5 alkohol 95 %. Setelah dilakukan penyaringan dengan kain saring rangkap empat. Hal ini dilakukan beberapa kali sampai pektin tidak bereaksi asam lagi. Hasil yang diperoleh disebut pektin basah. Pektin yang tidak beraksi asam ialah pektin yang tidak berwarna merah bila ditambah dengan indikator fenol ptalein.

·  Pengeringan
Pektin basah dijemur samapi kering atau dikeringkan dengan pengeringan pada suhu 40-60 0 C selama 6-10 jam sampai kadar air di bawah 9 %. Hasil yang diperoleh ·  disebut pektin kering.

·  Penggilingan Pektin Kering
Pektin kering digiling sampai halus (60 mesh) dengan mesin penggiling (hammer mill) atau dengan blender. Hasil diperoleh disebut dengan tepung pektin.

·  Pengemasan
Tepung pektin dikemas di dalam kantong plastik, kotak plastik atau kotak kaleng yang tertutup rapat, dan disimpan pada tempat yang tidak panas.