UNIVERSITAS NAHDATUL ULAMA SURABAYA TAHUN AJARAN 2013-2014

SUHU DAN KALORSUHU : SUHU PADA SUATU BENDA DAPAT MENGALAMI PERUBAHAN. PERUBAHAN SUHU TERSEBUT DAPAT MENGAKIBATKAN PERUBAHAN SIFAT-SIFAT PADA BENDA TERSEBUT. SIFAT-SIFAT BENDA YANG BERUBAH KARENA PERUBAHAN SUHU DISEBUT DENGAN SIFAT TERMOMETRIK ZAT YAKNI :Pemuaian zat padatPemuaian zat cairPemuaian gas Tekanan zat cairTekanan udaraRegangan zat padatHambatan zat terhadap arus listrikIntensitas cahaya (radiasi)

Termometrik :Mengetahui panas dinginnya suatu benda atau zat dengan mempergunakan indra peraba merupakan penilaian yang subyektif dan tidak ilmiahAlat yang dipakai untuk pengukuran suhu disebut Termometer, prinsip dasarnya adalah fenomena pemuaian yang merupakan indeks temperatur Contoh : Termometer air raksa, dan termometer alkoholMacam-macam Termometer :Termometer air raksa atau alkoholTermometer tahanan (termistor termometer)Termometer elemen (termocouple)Pyrometer optikTermometer gas bervolume tetap

PEMUAIAN Pada umumnya , zat padat, zat cair dan gas akan memuai ketika dipanaskan dan menyusut ketika didinginkan ,kecuali air. Air memiliki suatu keistimewaan, yaitu dipanaskan dari suhu 0oC sampai pada 4oC maka air akan menyusut dan jika didinginkan dari suhu 4oC sampai pada 0oC maka air akan memuai

Contoh kerugian akibat pemuaian zat padatRetaknya beton pembatas jalanBengkoknya rel kereta apiRuntuhnya jembatan

Solusi :Beton pembatas jalan dibuat terputus-putusRel sambungan dibuat celah atau runcingUjung jembatan dibuat celah pemuaian

PERPINDAHAN PANASKalor berpindah dari benda yang suhunya tinggi ke benda yang suhunya rendah. Ada 3 cara perpindahan kalor yaitu konduksi, konveksi dan radiasi

Besarnya kalor tersebut dirumuskan sebagai:Q=m c TDengan:m= massa benda (kg,g)t= T T = KENAIKAN SUHU (C,K)C = kalor jenis benda (kal,gC, J/kg K)Dalam satuan SI, satuan kalor adalah joule (J)1 kalori = 4,184 joule1 joule = 0.24 kaloriSatu kalori adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1C air minum yang massanya 1 gram. Soal No. 1 Panas sebesar 12 kj diberikan pada pada sepotong logam bermassa 2500 gram yang memiliki suhu 30oC. Jika kalor jenis logam adalah 0,2 kalori/groC, tentukan suhu akhir logam! Pembahasan Data : Q = 12 kilojoule = 12000 joule m = 2500 gram = 2,5 kg T1 = 30oC c = 0,2 kal/groC = 0,2 x 4200 joule/kg oC = 840 joule/kg oC T2 =...? Q = mcT 12000 = (2,5)(840)T T = 12000/2100 = 5,71 oC T2 = T1 + T = 30 + 5,71 = 35,71 oC

Contoh Soal : Air bermassa 100 g bersuhu 20C berada dalam wadah terbuat dari bahan yang memiliki kalor jenis 0,20 kal/gC dan bermassa 200 g. Ke dalam wadah kemudian dituangkan air panas bersuhu 90C sebanyak 800 g. Jika kalor jenis air adalah 1 kal/gC, tentukan suhu akhir air campuran! Pembahasan Kalor yang berasal dari air panas 90C saat pencampuran, sebagian diserap oleh air yang bersuhu 20 dan sebagian lagi diserap oleh wadah. Tidak ada keterangan terkait dengan suhu awal wadah, jadi anggap saja suhunya sama dengan suhu air di dalam wadah, yaitu 20C. Data : -Air panas m1 = 800 g c1 = 1 kal/gC -Air dingin m2 = 100 g c2 = 1 kal/gC -Wadah m3 = 200 g c3 = 0,20 kal/gC

PERPINDAHAN PANAS (TRANSFER PANAS)Rata-rata reaksi kimia di dalam tubuh tergantung pada temperaturHukum Vant Hoof menyatakan bahwa reaksi kimia tubuh seiring dengan menurunnya temperaturFungsi pengaturan suhu terutama terletak pada reaksi biokimia dari organisme itu sendiriContoh : Keadaan hipotermia pada operasi jantung agar dapat mencegah terjadinya kekurangan oksigen , aliran darah dapat terhenti sejenak tanpa membahayakan jaringan, karena jaringan yang hipotermia membutuhkan oksigen yang sangat rendah

CARA PERPINDAHAN PANAS Ada 3 cara suatu energi panas dapat lepas atau masuk ke dalam tubuh yakni :Konduksi (penghantaran) Proses transfer panas objek yang suhunya lebih tinggi ke objek yang suhunya lebih rendah dengan jalan kontak langsung. Contoh : pada pengompresan pasien yang demamKonveksi (aliran) Transfer panas yang terjadi dalam bentuk aliran. - Terjadi karena perbedaan massa jenis antara udara panas dan udara dingin - Terjadi bila angin secukupnya mengalir melalui tubuh - Pertukaran panas dan gaya konveksi berbanding lurus dengan kecepatan udara dan perbedaan temperatur antara kulit dan udara Contoh pada mesin penghangat ruangan, pendinginan melalui kipas angin

Radiasi (aliran) Adalah transfer energi panas dari suatu objek kepada objek lain tanpa adanya kontak langsung Contoh : Radiasi dari cahaya matahari

Evaporasi (penguapan) Adalah transfer panas dari bentuk cairan menjadi uap Dapat terjadi apabila :Adanya perbedaan tekanan uap air antara keringat pada kulit dengan udaraTemperatur lngkungan di bawah normal sehngga evaporasi keringat terjadi (dapat menghilangkan panas dari tubuh)Adanya gerakan anginAdanya kelembaban

Perpindahan kalor secara konduksiKonduksi proses perpindahan kalor tanpa disertai pepindahan partikel. Setiap zat dapat menghantar kalor secara konduksi baik zat yang tergolong konduktor maupun isolatorBanyaknya kalor (Q) yang berpindah melalui dinding dalam waktu t dinotasikan :

THERMODINAMKAThermodinamika berasal dari dua kata , yaitu Thermal yakni berkenaan dengan panas Dinamika yakni berkenaan dengan pergerakan Jadi yang dimaksud dengan Thermodinamika adalah :Ilmu mengenai fenomena-fenomena tentang energi yag berubah-rubah (dinamis) karena pengaliran panas dan usaha yang dilakukanBerawal dari penyelidikan tentang berbagai mesin yang sengaja dirancang untuk melakukan usaha. Misalnya : mesin mobil , dirancang untuk menjalankan mobil , turbin uap untuk menjalankan generator listrikMerupakan akar dari beberapa cabang ilmu fisikaMempelajari bukan hanya fenomena suhu tetapi juga tuntunan logika , sifat-sifat gas, larutan dan reaksi kimia

Hukum-hukum TermodinamikaDalam mempelajari termodinamika dikenal ada 4 hukum termodinamika yaitu Hukum ke nol termodinamikaHukum pertama termodinamikaHukum kedua termodinamikaHukum ketiga termodinamika

Pada pembahasannya akan lebih mudah bila menggunakan matematik ,tetapi sering terasa sulit untuk dimengerti, oleh karena banyak diperlukan imaginasi dan banyak kaitan dengan zat-zat, sehingga dalam pembahasannya dipakai gas oleh karena gas mempunyai sifat sederhana

Hukum ke nol ThermodinamikaDalam keadaan adiabatik suatu gas ideal dalam ruangan tertutup pemuaian sangat lambat tidak ada panas yang dimasukkan maupun dilepaskan. Jadi proses adiabatik adalah suatu proses dimana tidak ada panas masuk maupun keluar dari suatu sistem.

Dapat dilakukan dengan cara :Membalut sistem dengan lapisan tebal isolasi panas (misal :gabus, asbes, bata tahan api, dll) Contoh : termos dingin atau panas, kompresi campuran uap bensin dan udara pada langkah kompresi sebuah motor bensin

b. Melakukan proses secara cepat, karena proses pengaliran panas relatif berjalan lambat, maka tiap proses yang berjalan cukup cepat, praktisnya bersifat adiabatik

II.Hukum Pertama ThermodinamikaE = U1 U2 = Q-WMisalkan suatu zat berubah dari keadaan 1 ke keadaan 2 menurut lintasan tertentu , maka Q (kalor) yang diberikan itu akan diserap dan menyebabkan usaha sebesar W. Contoh mesin uap

U1 = energi dalam keadaan 1U2 = energi dalam keadaan 2Q = kalor (energi) yang diberikan kepada sistemW=usaha (energi) yang terambil dari sistemE = energi untuk bekerjaQ-W adalah sama untuk semua lintasan yang menghubungkan 1 dan 2Q adalah energi yang diberikan kepada sistem oleh pemndahan panas dan W adalah energi yang terambil dari sistem oleh kerja atau usahaContoh Mesin uap mengambil panas dari sebuah wadah panas (ketel) , mengubah air (keadaan 1) menjadi uap air (keadaan 2), mengubah energi yang didapat sebagian menjadi usaha mekanik dan membuang selebihnya ke wadah dingin (water cooler)Lemari es atau kulkas berlaku kebalikannya

Kasus khusus : Sistem yang terisolasiAdalah suatu sistem yang tidak melakukan usaha luar dan tidak ada panas yang mengalir ke dalamnya (adiabatik)

Terjadi W-Q = 0 dan U = 0, artinya energi dalam suatu sistem terisolasi adalah konstanEnergi dalam suatu sistem yang terisolasi tidak dapat dirubah oleh proses apapun (proses listrik, mekanis, kimia ataupun biologis). Energi dalam suatu sistem hanya dapat dirubah jika ada aliran panas yang menembus dinding batasnya atauoleh kerja usahaContoh : Termos air panas yang dibuka tutupnya

Jadi hukum pertama Thermodinamika membahas tentang berapa energi yang diserap atau bebas dan menjadi usaha

III.Hukum Kedua ThermodinamikaTidak mungkin ada proses yang hasilnya hanya menyerap panas dari reservoir pada satu suhu dan mengubah seluruh panas ini menjadi usaha Mesin ideal yaitu mesin yang tidak membuang panas dan yang mengubah seluruh panas yang diserap menjadi usaha mekanik, konsisten dengan hukum pertama thermodinamikaMesin seperti ini tidak akan pernah ada. Tidak ada satu mesinpun yang dapat menyerap panas dan mengubah seluruhnya menjadi usaha (efisiensi 100%)

Contoh : Seandainya hukum termodinamika kedua tersebut tidak ada, makaManusia dapat meggerakan kapal laut dengan hanya mengambil panas dari lautanMenjalankan pembangkit tenaga listrik dengan mengambil panas dari udara sekitar

Hukum pertama menolak kemungkinan untuk menciptakan dan memusnahkan energi , hukum kedua menolak kemungkinan untuk memanfaatkan energi menurut satu cara tertentuHukum kedua thermodinamika juga membahas mengenai efisiensi (dinyatakan dalam %)Rumus : W = Q2 Q1 Dimana :n = EfisiensiW = Usaha yang dilakukanQ1 = Banayaknya kalor yang diberikan (dilepaskan)Q2 = Banyaknya kalor yang diterima (diserap)

IV.Hukum Ketiga ThermodinamikaEntropi (perubahan entropi) adalah pengukuran yang menyimpang dari suatu sistemHukum ketiga thermodinamika : Pada suhu 0oC (nol absolut = - 273 oC) , perubahan entropi adalah konstanPada suhu 0 oK, maka koefisien kapasitas kalor dari seluruh zat cenderung nolApabila semua sistem yang mengambil bagian dalam suatu proses dimasukkan perhitungan , entropi akan tetap konstan atau berambah (tidak mungkn berkurang)Contoh : penyimpanan sperma, darah , organ lain pada lemari es untuk mematikan kerja sel

APLIKASI TERMODINAMIKA(METABOLISME)Metabolisme sebagai konversi energi Metabolisme berarti change ialah kata yang dipakai untuk mengidentifikasi perubahan yang terjadi dala kehidupan organisme yang bernyawaDalam arti luas metabolisme sinonim dengan jumlah total reaksi kimia atau fisika yang diperlukan untuk kehidupanMetabolisme = Anabolisme + KatabolismeAnabolisme = Reaksi sintesis untuk menyimpan energi ke dalam tempat penyimpanannya di dalam tubuhKatabolisme = Penggunaan dari sumber energiDalam metabolisme akan muncul energi panasKadar kalori, contoh : protein dan karbohidrat = 4,1 Kcal/gram, Lemak = 9,3 Kcal/gramBerdasarkan hukum termodinamika satu, total energi :Food intake = Heat loss + Work output + energi storageKesimpulan : Metabolisme merupakan konversi energi

Respon manusia terhadap dingin :Untuk meningkatkan produksi panas : menggigil , kelaparan, peningkatan otot bergaris, peningkatan sekresi nonefenefrin dan efenefrinUntuk penurunan kehilangan panas : penyempitan pembuluh darah, kulit mengkerut

Respon manusia terhadap panas :Untuk peningkatan kehilangan panas : pelebaran pembuluh darah, berkeringat, peningkatan pernafasan

2. Untuk penurunan produksi panas : nafsu makan berkurang, lesu dan lembam

Efek PanasSejak 600 tahun SM minyak panas telah dipergunakan untuk memijatEfek panas dibagi tiga kelompok yaitu :1.Fisik ; panas menyebabkan zat mengalami pemuaian2.Kimia : peningkatan suhu akan mengakibatkan kecepatan reaksi kimia dalam tubuh, permeabilitas membran sel dan metabolisme meningkat3.Biologis : adalah sebagai akibat dari efek panas terhadap fisik dan kimia. Contoh : Pelebaran pembuluh darah mengakibatkan peningkatan sirkulasi darah

PENGGUNAAN ENERGI PANAS DALAM PENGOBATAN :Alur Perjalanan Energi Panas Dalam tubuh :Jika energi panas mengenai salah satu bagian tubuh, maka suhu pada bagian tesebut akan meningkatKemudian melalui bagian tubuh tersebut, energi panas akan melakukan penetrasi ke dalam jaringan kulit dan menghilang ke jaringan tubuh yang lebih dalam berupa panasPanas tersebut kemudian diangkut ke jaringan lain dengan cara konveksi, malalui cairan tubuh

Pada metoda KONDUKSI pemindahan energi panas bergantung pada :Luas daerah kontakPerbedaan suhu Lama melakukan kontakMaterial konduksi panas :* Contoh : Kantong air panas, handuk panas, mandi uap, lumpur panas, parafin bath, elektrik pads ,dll

Metode RADIASI :Dipegunakan untuk pemanasan permukaan tubuh serupa dengan pemanasan sinar matahari atau nyala apiSumber radiasi dapat berasal dari : electric fire, infra merah dllMetode adiasi biasanya lebih efektif daripada metode konduksi karena penetrasi jaringan lebih dalam

Metode ELEKTROMAGNETIS :Ada dua metode yang dipakai untuk transfer ke dalam jaringan tubuh :1.Diatermi gelombang pendek :Teknik kondensor , dimana tubuh diletakkan diantara dua metal plate elektrode kemudian dialiri arus listrik. Dengan adanya aliran arus AC, maka terjadi kenaikan suhu dan tubuh menjadi terpanaskanTeknik Induksi , dimana tubuh dililiti kabel dan dialiri arus listrik akan menimbulkan medan magnet bolak balik pada jaringan dan medan magnet itu akan menimbulkan suatu arus yang mempoduksi panas pada daerah besangkutan

2.Diatermi gelombang mikro : termasuk gelombang radio pada frekwensi yang sangat tinggi. Energinya antara gelombang pendek dan infra merah. Biasanya digunakan diantaranya pada penyakit :Patah tulangRadang tendonArthritis

Metode GELOMBANG ULTRASONIKPanas dibangkitkan dai gelombang bunyi pada frekwensi 1 MHzPenggunaan lebih efektif pada tulang karena tulang lebih banyak menyerap panas Dipergunakan juga untuk diagnostik

Penggunaan energi dingin dalam kesehatan/kedokteranTerjadi efek patologis pada jaringan yang terkena suhu di bawah titik beku, yaitu :Krioadhesi (menghasilkan adhesi)Krionekrosis (merusakan jaringan) dengan cara pecahnya membran sel, dehidasi intraseluler, denaturasi potein, hipometabolisme seluler, iskemik lokal, respon imunologikefek hemostasisanastesia

Penggunaan suhu rendah pada bidang kedokteran :Bank darah, bank sperma, sumsum tulang dan jaringan tubuh. Suhu rendah dipergunakan untuk menurunkan kecepatan reaksi kimia dan metabolismePenyimpanan obat-obatan idem diatasPengobatan sakit kepala dan nyeri /bengkak lokal , digunakan kantong es/kompres dingin. Suhu rendah dipegunakan untuk mempersempit pembuluh darahOperasi jaringan kanker, Suhu rendah dipegunakan untuk merusak jaringan kanker

DASAR TERMOGRAFIThermo = panasGrafi = gambar Penggambaran distribusi temperatur permukaan kulit Distribusi suhu permukaan kulit pada setiap titik cenderung berbedaHal ini tergantung dari :Faktor fisik luarMetabolik internalProses sikulasi yang dekat dengan kulitSetiap objek akan memancarkan radiasi yang berbeda-beda sesuai dengan perbedaan temperatur yang adaPada tahun 1950 telah dibuat termogram dari radiasi infra red pemukaan tubuh. Hal ini diperlukan sebagai acuan bagi kondisi tubuh normalPenggunaan termografi : penyakit pembuluh darah, nyei pada lutut ,dll

*