Fisika Kesehatan (medical physics)

Sejarah Penggunaan Panas Dalam Bidang Kesehatan:

Romans 600 thn SM memakai minyak panas untuk memijat

Tuan Fause mempergunakan “ hotsbrichs” dalam pengobatan nyeri yang disebabkan oleh rheumatik

Roebereiner 1816 membicarakan pemakaian sinar dalam bidang pengobatan

Lengevin tahun 1917 menemukan “Piezo Elektrik Generator “ yang kemudian para klinis mempergunakan Ultrasonik dalam pengobatan

Reyn thn 1913 menggunakan Sinar Ungu Ultra dalam irradiasi tubuh manusia

Schliepluke thn 1927 melaporkan hasil pengobatan dengan mempergunakan “Short Wave Diathermy”

TRANSFER PANAS

Menurut Hukum “ VANTT HOFF” yaitu menurunnya reaksi kimia tubuh seiring dngan menurunnya temperatur tubuh

Reaksi kimia di dalam tubuh tergantung pada temperatur tubuh

Apabila dalam keadaan dingin yang ekstrim “Homeostatic Mekanism” Hipotermia

Keadaan Hipotermia digunakan pada operasi jantung sebagai proteksi metabolisme agar dapat mencegah keadan Anoksia karena jaringan membutuhkan oksigen sangat rendah

Fungsi pengaturan suhu terutama terletak pada reaksi biokimia dari organisme itu sendiri, reaksi panas dan hasil metabolisme serta heat loss melalui lingkungan

Energi panas yang hilang atau masuk ke dalam tubuh melalui kulit ada empat cara yaitu:

KONDUKSI (Conduction)KONVEKSI (Convection)RADIASI (Radiation)EVAPORASI ( Evaporasi)

Mekanisme: Energi panas mula – mula akan penetrasi kedalam jaringan

kulit dalam bentuk berkas cahaya (radiasi atau konduksi), kemudian akan menghilang di daerah jaringan yang lebih dalam berupa panas. Panas akan diangkut kedalam jaringan dengan cara konveksi yaitu melalui aliran tubuh.

KONDUKSI

Konduksi adalah: Pemaparan panas dari suatu objek yang suhunya lebih tinggi ke objek lain dengan jalan kontak langsung

Berdasarkan tiori kinetis dimana energi kinetis dihantarkan dari suatu molekul ke molekul yang lain dengan jalan tabrakan sehingga terbentuk panas

Kecepatan pemaparan panas secara konduksi tergantung kepada besarnya perbedaan temperatur dan konduktivitas termal dari bahan

Konduktor yang baik seperti logam, besi. Semua logam konduktor panas yang baikjuga

merupakankonduksi listrik yang baik Konduktor yang buruk seperti udara,kain, karet

disebut sebagai isolator panas

• Konduktivitas termal bervariasi dengan temperatur; setiap peningkatan 1OC dari 0 OC, maka konduktivitas termal udara akan meningkat sekitar 0,28 prosen merupakan konduksi panas dari hukum Fourier yang berlaku bagi material homogen

• Ahli –ahli faal sangat tertarik mengenai aliran panas melalui material yang berbeda misalnya panas mengalir dari kulit ke udara

• Menurut hukum Fourier: Transfer panas secara konduksi adalah:

Sebanding dengan lias penampang Sebanding dengan beda temperatur Berbanding terbalik dengan tebal (atau panjang) Dan bergantung pada jenis materialnya Hukum tersebut jika konduksinya merupakan “ steady

flow” dapat diformulasikan sebagai berikut: Q = k. A t1 - t2 L Q = besar aliran panas secara konduksi k = Konduktivitas panas bahnnya (=Koefisien

konduksi) A = Luas permukaan L = panjang (jika batang), maka itu adalah tebal (=X)

KONVEKSI Konveksi adalah jenis transfer panas dari suatu

tempat (titik) ketempat(titik)lain dengan gerakan nyata dari material yang lebih panas.

Konveksi hanya mungkin pada material yang berwujud fluida (fase cair, gas)

Jika konveksi dilakukan pada material yang lebih panas dipaksa bergerak dengan pompa, kipas, blower dll maka namnya konveksi paksa

Menurut Hukum Newton

Aliran Panas secara konveksi adalah berbanding lurus dengan beda suhu dan berbanding lurus dengan luas permukaan serta tergantung pada jenis sistimnya. ( Perbedaan temperatur antara kulit dan udara dan kecepatan udara)Rumusnya: Q = h. A (t – to)

h = koefisien konduksi

Koefisien konveksi bergantung pada:

1. Permukaannya datar atau cekung 2. Permukaannya horizontal, vertikal atau

miring 3. Zat alir gas atau cair 4. Density, viskositas, panas jenis, thermal

conductivity zat alir, kecepatan zat alir, jenis aliran laminer atau turbulen

5. Ada atau tidaknya evaporasi, kondensasi

• Aliran konveksi dapat terjadi dikarenakan massa jenis udara panas sangat ringan dibandingkan udara dingin.

• Konveksi secara alam dapat terjadi oleh karena pemanasan yang asymetris

• Gaya konveksi bisa terjadi apabila angin secukupnya mengalir melewati tubuh

• Contoh konveksi paksa pada tubuh manusia adalah salah satu dari banyak fungsi sirkulasi darah yaitu penyeragaman suhu disemua bagian tubuh manusia dengan jantung sebagai mesin pompanya

RADIASI

Radiasi adalah transfer panas dari sebuah benda yang lebih tinggi suhunya dibanding suhu sekitarnya dengan pancaran sinar infra merah

Radiasi tidak membutuhkan suatu zat/material untuk merambatkannya

Hukum yang berlaku dalam radiasi ada dua yaitu hukum Stefan Boltzman dan hukum peralihan Wien

Hukum Stefan Boltzman: Semangkin tinggi suhu sumber pancar,

maka jumlah energi pancar semangkin besar berbanding lurus dengan pangkat empat suhu mutlak sumber pancaran

Q = e.σ. T 4 , σ = Konstanta Stefan Boltzman dalam

SI = 5, 672. 10 -8 . cgs = 5, 672. 10 -5

e = emissivity dari permukaan

Hukum Peralihan WienPanjang gelombang pancaran maksimun semangkin bergeser kekiri (artinya λ- nya semangkin ) jika suhu sumber pancar semangkin tinggiPenjelasan mengenai emissivity (=e) dan absorbtivity (=) dari benda/ suatu sistim:• Setiap benda memancarkan energi pada derjat yang sama seperti mengabsorbsi energi, artinya secara numerik e =• Penyerap yang baik adalah pemanasan yang baik tetapi pemantul yang jelek• Penyerap yang jelek adalah pemancaran yang jelek tetapi pemantul yang baik

Panas Yang Keluar Dari Tubuh Dengan Radiasi Tergantung Pada:

Suhu permukaan tubuh Suhu udara sekitar Luas permukaan tubuh total dan berapa

bagian yang tertutup Keadaan permukaan tubuh serta warnanya Warna dan jenis pakaiannya Jumlah darah yang berada pada pembuluh

darah dekat permukaan

EVAPORASI

Evaporasi atau penguapan adalah cara pengeluaran panas dari tubuh

Penguapan air melalui kulit dan paru-paru membutuhkan panas yang diambil dari tubuh. Panas penguapan air adalah dari 14 0C - 40 0C adalah:

Qt = ( 597,2 – 0,58 t) gkal/gramo Faktor utama yang menentukan kecepatan

menguap air adalah Kelembaban relatif dari udrao Faktor kedua yang menentukan kecepatan

penguapan adalah kecepatan bergerak dari udara (= angin)

o Faktor ketiga adalah luas permukan tubuh yang terbuka

• Evaporasi adalah peralihan panas dari bentuk cairan menjadi uap.

• Manusia kehilangan sekitar 9 X 10 3 kalori/gram melalui penguapan paru-paru

• Kehilangan panas lewat evaporasi dapat terjadi apabila:

a. Perbedaan tekanan uap air antara keringat pada kulit dan udara ambien b. Temperatur lingkungan rendah dari normal sehingga evaporasi dari keringat dapat terjadi dan dapat menghilangkan panas dari tubuh,& itu dapat terjadi apabila temperatur basah kering dibawah temperatur kulit c. Adanya gerakan angin d. Adanya kelembaban

By: Elvi Zuliani, SKMBy: Elvi Zuliani, SKM