Rabu, 11 November 2009

Sifat-Sifat Fluida

Densitas
Densitas adalah pengukuran massa setiap satuan volume benda. Semakin tinggi densitas suatu benda, maka semakin besar pula massa setiap volumenya. Densitas rata-rata setiap benda merupakan total massa dibagi dengan total volumenya. Sebuah benda yang memiliki densitas lebih tinggi (misalnya besi) akan memiliki volume yang lebih rendah daripada benda bermassa sama yang memiliki densitas lebih rendah (misalnya air). Satuan SI densitas adalah kilogram per meter kubik (kg•m-3).
Densitas berfungsi untuk menentukan zat. Setiap zat memiliki densitas yang berbeda. Dan satu zat berapapun massanya berapapun volumenya akan memiliki densitas yang sama. Rumus untuk menentukan densitas adalah

Dengan ρ adalah densitas,
m adalah massa,
V adalah volume.
Satuan densitas dalam 'CGS [centi-gram-sekon]' adalah: gram per sentimeter kubik (g/cm3). 1 g/cm3=1000 kg/m3. Densitas air murni adalah 1 g/cm3 atau sama dengan 1000 kg/m3.
Densitas merupakan salah satu parameter terpenting dalam mempelajari dinamika laut. Perbedaan densitas yang kecil secara horisontal (misalnya akibat perbedaan pemanasan di permukaan) dapat menghasilkan arus laut yang sangat kuat. Oleh karena itu penentuan densitas merupakan hal yang sangat penting dalam oseanografi.
Densitas air laut bergantung pada temperatur (T), salinitas (S) dan tekanan (p). Kebergantungan ini dikenal sebagai persamaan keadaan air laut (Equation of State of Sea Water):
ρ = ρ(T,S,p)
Penentuan dasar pertama dalam membuat persamaan di atas dilakukan oleh Knudsen dan Ekman pada tahun 1902. Pada persamaan mereka, ρ dinyatakan dalam g cm-3. Penentuan dasar yang baru didasarkan pada data tekanan dan salinitas dengan kisaran yang lebih besar, menghasilkan persamaan densitas baru yang dikenal sebagai Persamaan Keadaan Internasional (The International Equation of State, 1980). Persamaan ini menggunakan temperatur dalam oC, salinitas dari Skala Salinitas Praktis dan tekanan dalam dbar (1 dbar = 10.000 pascal = 10.000 N m-2). Densitas dalam persamaan ini dinyatakan dalam kg m-3. Jadi, densitas dengan harga 1,025 g cm-3 dalam rumusan yang lama sama dengan densitas dengan harga 1025 kg m-3 dalam Persamaan Keadaan Internasional.
Densitas bertambah dengan bertambahnya salinitas dan berkurangnya temperatur, kecuali pada temperatur di bawah densitas maksimum. Densitas air laut terletak pada kisaran 1025 kg m-3 sedangkan pada air tawar 1000 kg m-3. Para oseanografer biasanya menggunakan lambang σt (huruf Yunani sigma dengan subskrip t, dan dibaca sigma-t) untuk menyatakan densitas air laut. dimana σt = ρ - 1000 dan biasanya tidak menggunakan satuan (seharusnya menggunakan satuan yang sama dengan ρ). Densitas rata-rata air laut adalah σt = 25. Aturan praktis yang dapat kita gunakan untuk menentukan perubahan densitas adalah: σt berubah dengan nilai yang sama jika T berubah 1oC, S 0,1, dan p yang sebanding dengan perubahan kedalaman 50 m.
Perlu diperhatikan bahwa densitas maksimum terjadi di atas titik beku untuk salinitas di bawah 24,7 dan di bawah titik beku untuk salinitas di atas 24,7. Hal ini mengakibatkan adanya konveksi panas.
• S < 24.7 : air menjadi dingin hingga dicapai densitas maksimum, kemudian jika air permukaan menjadi lebih ringan (ketika densitas maksimum telah terlewati) pendinginan terjadi hanya pada lapisan campuran akibat angin (wind mixed layer) saja, dimana akhirnya terjadi pembekuan. Di bagian kolam (basin) yang lebih dalam akan dipenuhi oleh air dengan densitas maksimum. • S > 24.7 : konveksi selalu terjadi di keseluruhan badan air. Pendinginan diperlambat akibat adanya sejumlah besar energi panas (heat) yang tersimpan di dalam badan air. Hal ini terjadi karena air mencapai titik bekunya sebelum densitas maksimum tercapai.
Seperti halnya pada temperatur, pada densitas juga dikenal parameter densitas potensial yang didefinisikan sebagai densitas parsel air laut yang dibawa secara adiabatis ke level tekanan referensi.
Selain karena angkanya yang mudah diingat dan mudah dipakai untuk menghitung, maka densitas air dipakai perbandingan untuk rumus ke-2 menghitung densitas, atau yang dinamakan 'Densitas Relatif'
Rumus densitas relatif = Massa bahan / Massa air yang volumenya sama
Contoh Densitas Beberapa Material
Material ρ dalam kg/m3 Catatan
Interstellar medium
10-25 − 10-15 Assuming 90% H, 10% He; variable T
Atmosfir Bumi
1.2 Pada permukaan laut
Aerogel
1 − 2
Styrofoam
30 − 120 From

Gabus
220 − 260 From

Udara
1000 Pada kondisi standar untuk suhu dan tekanan
Plastik
850 − 1400 For polypropylene and PETE/PVC

Bumi
5515.3 Mean density
Tembaga
8920 − 8960 Near room temperature

Timah
11340 Near room temperature

Inti Perut Bumi
~13000 As listed in Earth

Uranium
19100 Near room temperature

Iridium
22500 Near room temperature

Inti Matahari
~150000
Inti Atom
~3 × 1017 As listed in neutron star

Neutron star
8.4 × 1016 − 1 × 1018
Black hole
4 × 1017 Mean density inside the Schwarzschild radius of an earth-mass black hole (theoretical)

Viskositas
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.
Fluida adalah sub-himpunan dari fase benda, termasuk cairan, gas, plasma, dan padat plastik. Fluida memilik sifat tidak menolak terhadap perubahan bentuk dan kemampuan untuk mengalir (atau umumnya kemampuannya untuk mengambil bentuk dari wadah mereka). Sifat ini biasanya dikarenakan sebuah fungsi dari ketidakmampuan mereka mengadakan tegangan geser (shear stress dalam ekuilibrium statik). Konsekuensi dari sifat ini adalah hukum Pascal yang menekankan pentingnya tekanan dalam mengkarakterisasi bentuk fluid.
Fluid dapat dikarakterisasikan sebagai:
• Fluida Newtonian
• Fluida Non-Newtonian
Bergantung dari cara "stress" bergantung ke "strain" dan turunannya. Fluida juga dibagi menjadi cairan dan gas. Cairan membentuk permukaan bebas (yaitu, permukaan yang tidak diciptakan oleh bentuk wadahnya), sedangkan gas tidak.
Fluida Newtonian dan Fluida Non-newtonian
Fluida ditinjau dari tegangan geser yang dihasilkan maka fluida dapat dikelompokan dalam dua fluida yaitu, fluida Newtonian dan Non-newtonian. Fulida Newtonian mengalami hubungan yang linier antara besarnya tegangan geser dengan rate of share-nya yang berarti pada permukaan dinding pipa tegangan gesernya yang terjadi dan laju perubahan bentuk yang diakibatkan nya. Hal ini dapat diartikan bahwa viskositas fluida (μ) konstan. (sesuai dengan hukum viskos Newton), sedangkan fluida Non-newtonian mengalami hubungan yang tidak linier lagi antara besarnya tegangan geser yang terjadi dan laju perubahan bentuknya.
Suatu plastik ideal mempunyai tegangan searah tertentu dan hubungan linier yang konstan antara tegangan geser dan laju perubahan bentuk. Suatu zat tiksotropik, seperti tinta cetak, mempunyai viskositas yang tergantung pada perubahan bentuk zat langsung sebelumnya dan mempunyai kecenderungan untuk mengental bila tidak bergerak. Pada umumnya gas dan cairan encer cenderung bersifat Newtonian, sedangkan hidrokarbon berantai panjang yang kental mungkin bersifat Non-Newtonian.
Pada gas, semakin bertambah temperatur maka viskositas gas akan semakin bertambah. Begitu juga ketika temperatur semakin berkurang maka viskositas gas juga semakin bertambah pula. Pada likuid, semakin bertambah temperatur maka viskositas berkurang. Sedangkan ketika temperatur berkurang maka viskositas akan semakin bertambah.

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar