SUHU DAN KALORSUHU DAN KALOR

• SUHU : 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 :

a. Pemuaian zat padat

b. Pemuaian zat cair

c. Pemuaian gas

d. Tekanan zat cair

e. Tekanan udara

f. Regangan zat padat

g. Hambatan zat terhadap arus listrik

h. Intensitas cahaya (radiasi)

Termometrik :Mengetahui panas dinginnya suatu benda atau zat dengan mempergunakan indra peraba merupakan penilaian yang subyektif dan tidak ilmiah

Alat yang dipakai untuk pengukuran suhu disebut Termometer, prinsip dasarnya adalah fenomena pemuaian yang merupakan indeks temperatur Contoh : Termometer air raksa, dan termometer alkohol

Macam-macam Termometer :

a)Termometer air raksa atau alkohol

b)Termometer tahanan (termistor termometer)

c)Termometer elemen (termocouple)

d)Pyrometer optik

e)Termometer gas bervolume tetap

PEMUAIAN 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

Pemuanain Zat PadatPada umumnya zat memuai jika suhunya naik

Muai panjang Lt = L0 + ΔL = L0 + α L0 ΔT = L0 (1 + α ΔT)

L0 = panjang mula-mula (m)Lt = panjang pada suhu T (m)

α = koefisien muai panjang (K-1)ΔL = perubahan panjang (m)

ΔT = perubahan suhu (K)Muai luas

At = A0 + ΔA = A0 + βA0 ΔT = A0 (1 + β ΔT)A0 = luas mula-mula (m2)

At = luas pada suhu T (m2) β = koefisien muai luas (K-1)

ΔA = perubahan luas (m2)ΔT = perubahan suhu (K)

Muai volumeVt = V0 + ΔV = V0 + γV0 ΔT = V0 (1 + γΔT)

V0 = volume mula-mula (m3)Vt = volume pada suhu T (m3)

γ = koefisien muai volume (K-1)ΔV = perubahan volume (m3)

ΔT = perubahan suhu (K)

Contoh kerugian akibat pemuaian zat padatContoh kerugian akibat pemuaian zat padat

• Retaknya beton pembatas jalan

• Bengkoknya rel kereta api• Runtuhnya jembatan

Solusi :

Beton pembatas jalan dibuat terputus-putus

Rel sambungan dibuat celah atau runcing

Ujung jembatan dibuat celah pemuaian

PERPINDAHAN PANASPERPINDAHAN PANAS

Kalor berpindah dari benda Kalor berpindah dari benda yang suhunya tinggi ke yang suhunya tinggi ke benda yang suhunya rendah. benda yang suhunya rendah. Ada 3 cara perpindahan kalor Ada 3 cara perpindahan kalor yaitu konduksi, konveksi dan yaitu konduksi, konveksi dan radiasiradiasi

PERPINDAHAN PANAS (TRANSFER PANAS)PERPINDAHAN PANAS (TRANSFER PANAS)

• Rata-rata reaksi kimia di dalam tubuh tergantung pada temperatur

• Hukum Vant Hoof menyatakan “ bahwa reaksi kimia tubuh seiring dengan menurunnya temperatur”

• Fungsi pengaturan suhu terutama terletak pada reaksi biokimia dari organisme itu sendiri

Contoh : 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 CARA PERPINDAHAN PANAS

Ada 3 cara suatu energi panas dapat lepas atau masuk ke dalam tubuh yakni :

1. 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 demam

2. Konveksi (aliran)

Transfer panas yang terjadi dalam bentuk aliran.

Dapat terjadi karena perbedaan massa jenis antara udara panas dan udara dingin

Dapat 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

3. 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 :

a. Adanya perbedaan tekanan uap air antara keringat pada kulit dengan udara

b. Temperatur lngkungan di bawah normal sehngga evaporasi keringat terjadi (dapat menghilangkan panas dari tubuh)

c. Adanya gerakan angin

d. Adanya kelembaban

Perpindahan kalor secara konduksiPerpindahan kalor secara konduksi

• Konduksi proses perpindahan kalor tanpa disertai pepindahan

partikel. Setiap zat dapat menghantar kalor secara

konduksi baik zat yang tergolong konduktor maupun

isolator

• Banyaknya kalor (Q) yang berpindah melalui dinding dalam waktu t dinotasikan :

d

TkA

t

Q ∆=

Pemuaian zatPemuaian zatPada umumnya zat memuai jika suhunya naikPada umumnya zat memuai jika suhunya naik

Muai panjang Muai panjang

LLtt = L = Loo + ΔL = L + ΔL = Loo + α L ΔT = L + α L ΔT = Loo (1 + α ΔT) (1 + α ΔT)

LLoo = panjang mula-mula (m) = panjang mula-mula (m)

LLtt = panjang pada suhu T (m) = panjang pada suhu T (m)

α = koefisien muai panjang (Kα = koefisien muai panjang (K-1-1))

ΔΔL = perubahan panjang (m)L = perubahan panjang (m)

ΔΔT = perubahan suhu (K)T = perubahan suhu (K)

Pemuaian zatPemuaian zatPada umumnya zat memuai jika suhunya naikPada umumnya zat memuai jika suhunya naik

Muai luasMuai luas

AAtt = A = Aoo + ΔA = A + ΔA = Aoo + βA + βAoo ΔT = A ΔT = Aoo (1 + β ΔT) (1 + β ΔT)

AAoo = luas mula-mula (m = luas mula-mula (m22))

At = luas pada suhu T (mAt = luas pada suhu T (m22) )

β = koefisien muai luas (Kβ = koefisien muai luas (K-1-1))

ΔA = perubahan luas (mΔA = perubahan luas (m22))

ΔT = perubahan suhu (K)ΔT = perubahan suhu (K)

Pemuaian zatPemuaian zatPada umumnya zat memuai jika suhunya naikPada umumnya zat memuai jika suhunya naik

Muai volumeMuai volume

Vt = V0 + ΔV = V0 + γV0 ΔT = V0 (1 + Vt = V0 + ΔV = V0 + γV0 ΔT = V0 (1 + γΔT)γΔT)

V0 = volume mula-mula (m3)V0 = volume mula-mula (m3)

Vt = volume pada suhu T (m3) Vt = volume pada suhu T (m3)

γγ = koefisien muai volume (K-1) = koefisien muai volume (K-1)

ΔV = perubahan volume (m3)ΔV = perubahan volume (m3)

ΔT = perubahan suhu (K)ΔT = perubahan suhu (K)

Pemuaian zat cairPemuaian zat cair

• Pada zat cair hanya terjadi pemuaian volume atau ruang saja yang dirumuskan :

V = Vo (1 + γ ΔT)• Pada zat cair ,ketika suhunya naik ,volumenya akan

bertambah sementara massanya tetap. Akibatnya , massa jenis zat berkurang. Massa jenis zat cair setelah pemuaian dirumuskan ;

)1(0

T∆+=

γρρ

ρo = massa jenis zat mula-mula (g/cm3)

• Telah disebutkan sebelumnya bahwa pada pemuaian , air memiliki suatu keistimewaan. Keistimewaan ini disebut anomali air, anomali air dapat dinyatakan dengan grafik seperti berikut :

V(cm3)

T(oC) T(oC)

ρ(g/cm3)

44

00

Perubahan volume terhadap suhu Perubahan massa jenis terhadap suhu

Pemuaian gasPemuaian gas

Ada 3 hukum tentang gas yang berkaitan dengan pemuaian gas

Cgas 0273

1=γ

• Seperti zat cair pada gas juga hanya terjadi pemuaian volume atau ruang saja. Besar koefisien muai volume untuk semua jenis gas adalah sama yaitu :

1.Hukum Boyle1.Hukum Boyle

• Hukum Boyle menjelaskan tentang pemuaian gas pada suhu tetap (proses isotermis) ,yaitu pada gas walaupun suhunya konstan, volumenya bisa berubah karena adanya perubahan tekanan

• p1V1 = p2V2 atau p.V = konstan

• p = tekanan gas (atm,N/m2, Pa)

• V = volume gas (cm3 atau m3) p

V0

2.Hukum Charles atau Hukum Gay Lussac2.Hukum Charles atau Hukum Gay Lussac

Dengan T = suhu mutlak gas (K)

tan2

2

1

1 konsT

Vatau

T

V

T

V==

• Hukum Charles atau hukum gay Lussac menjelaskan tentang pemuaian gas pada tekanan tetap (proses isobarik), yaitu bila gas dipanaskan pada tekanan tetap maka suhu dan volume berubah.

3.Hukum Tekanan3.Hukum Tekanan• Hukum tekanan menjelaskan tentang pemuaian

gas pada volume tetap (proses isohorik) ,yaitu apabila gas dipanaskan pada volume tetap ,maka tekanan dan suhu berubah

tan2

2

1

1 konsT

patau

T

p

T

p==

Hukum Boyle-Gay Lussac/Hukum Boyle-Gay Lussac/Persamaan Gas IdealPersamaan Gas Ideal

• Apabila ketiga hukum di atas digabungkan ,maka akan diperoleh suatu persamaan umum yang disebut persamaan gas yang hanya berlaku pada gas ideal dengan tekanan diukur dalam keadaan absolut (yaitu dalam atm) dan suhu dinyakatan dengan suhu absolut (yaitu dalam Kelvin)

tan2

22

1

11 konsT

pvatau

T

vp

T

vp==

THERMODINAMKATHERMODINAMKA

• Thermodinamika berasal dari dua kata , yaitu

• Thermal yakni berkenaan dengan panas

• Dinamika yakni berkenaan dengan pergerakan

Jadi yang dimaksud dengan Thermodinamika adalah :

1) Ilmu mengenai fenomena-fenomena tentang energi yag berubah-rubah (dinamis) karena pengaliran panas dan usaha yang dilakukan

2) Berawal dari penyelidikan tentang berbagai mesin yang sengaja dirancang untuk melakukan usaha.

Misalnya : mesin mobil , dirancang untuk menjalankan mobil , turbin uap untuk menjalankan generator listrik

3) Merupakan akar dari beberapa cabang ilmu fisika

4) Mempelajari bukan hanya fenomena suhu tetapi juga tuntunan logika , sifat-sifat gas, larutan dan reaksi kimia

Hukum-hukum TermodinamikaHukum-hukum TermodinamikaDalam mempelajari termodinamika dikenal ada 4 hukum termodinamika yaitu

I.Hukum ke nol termodinamika

II.Hukum pertama termodinamika

III.Hukum kedua termodinamika

IV.Hukum 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”

I.I.Hukum ke nol ThermodinamikaHukum ke nol Thermodinamika

• Dalam 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 :

a. 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

Apabila ada dua sitem A dab B dalam keadaan setimbang termal, maka sistem ketiga C Apabila ada dua sitem A dab B dalam keadaan setimbang termal, maka sistem ketiga C juga berada dalam keadaan setimbang termal juga berada dalam keadaan setimbang termal Contoh : plat seng yang diletakan diatas 2 termos berisi air panasContoh : plat seng yang diletakan diatas 2 termos berisi air panas

•Secara skematis digambarkan sebagai berikut :

RUMUS :

=γ)(2

1

V

V

1

2

p

p

35=γ

1+=VC

Rγ

VP CC /

Vp CCR −==

SISTEM C

SISTEM A SISTEM B

II.Hukum Pertama ThermodinamikaII.Hukum Pertama Thermodinamika

E = U1 – U2 = Q-W

Misalkan 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 1• U2 = energi dalam keadaan 2• Q = kalor (energi) yang diberikan kepada sistem• W=usaha (energi) yang terambil dari sistem• E = energi untuk bekerja• Q-W adalah sama untuk semua lintasan yang menghubungkan 1 dan

2• Q adalah energi yang diberikan kepada sistem oleh pemndahan

panas dan W adalah energi yang terambil dari sistem oleh kerja atau usaha

• Contoh 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 terisolasiKasus khusus : Sistem yang terisolasi

• Adalah 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 konstan

• Energi 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 usaha

• Contoh : Termos air panas yang dibuka tutupnya

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

III.Hukum Kedua ThermodinamikaIII.Hukum Kedua Thermodinamika

“Tidak 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 thermodinamika

• Mesin 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 tertentu

• Hukum kedua thermodinamika juga membahas mengenai efisiensi (dinyatakan dalam %)

• Rumus :

W = Q2 – Q1

Q

Wn =

Dimana :

n = Efisiensi

W = Usaha yang dilakukan

Q1 = Banayaknya kalor yang diberikan (dilepaskan)

Q2 = Banyaknya kalor yang diterima (diserap)

IV.Hukum Ketiga ThermodinamikaIV.Hukum Ketiga Thermodinamika

• Entropi (perubahan entropi) adalah pengukuran yang menyimpang dari suatu sistem

• Hukum ketiga thermodinamika : Pada suhu 0oC (nol absolut = - 273 oC) ,

perubahan entropi adalah konstan Pada suhu 0 oK, maka koefisien kapasitas kalor

dari seluruh zat cenderung nol Apabila 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 TERMODINAMIKAAPLIKASI TERMODINAMIKA(METABOLISME)(METABOLISME)

• Metabolisme sebagai konversi energi • Metabolisme berarti “change” ialah kata yang dipakai untuk mengidentifikasi

perubahan yang terjadi dala kehidupan organisme yang bernyawa• Dalam arti luas metabolisme sinonim dengan jumlah total reaksi kimia atau fisika

yang diperlukan untuk kehidupan• Metabolisme = Anabolisme + Katabolisme• Anabolisme = Reaksi sintesis untuk menyimpan energi ke dalam tempat

penyimpanannya di dalam tubuh• Katabolisme = Penggunaan dari sumber energi• Dalam metabolisme akan muncul energi panas• Kadar kalori, contoh : protein dan karbohidrat = 4,1 Kcal/gram, Lemak = 9,3

Kcal/gram• Berdasarkan hukum termodinamika satu, total energi :• Food intake = Heat loss + Work output + energi storage• Kesimpulan : Metabolisme merupakan konversi energi

• Respon manusia terhadap dingin :– Untuk meningkatkan produksi panas :

menggigil , kelaparan, peningkatan otot bergaris, peningkatan sekresi nonefenefrin dan efenefrin

– Untuk penurunan kehilangan panas : penyempitan pembuluh darah, kulit mengkerut

• Respon manusia terhadap panas :

1. Untuk peningkatan kehilangan panas : pelebaran pembuluh darah, berkeringat, peningkatan pernafasan

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

Efek PanasEfek Panas

• Sejak 600 tahun SM minyak panas telah dipergunakan untuk memijat

• Efek panas dibagi tiga kelompok yaitu :

1.Fisik ; panas menyebabkan zat mengalami pemuaian

2.Kimia : peningkatan suhu akan mengakibatkan kecepatan reaksi kimia dalam tubuh, permeabilitas membran sel dan metabolisme meningkat

3.Biologis : adalah sebagai akibat dari efek panas terhadap fisik dan kimia. Contoh : Pelebaran pembuluh darah mengakibatkan peningkatan sirkulasi darah

PENGGUNAAN ENERGI PANAS PENGGUNAAN ENERGI PANAS DALAM PENGOBATAN :DALAM PENGOBATAN :

• Alur Perjalanan Energi Panas Dalam tubuh :

1. Jika energi panas mengenai salah satu bagian tubuh, maka suhu pada bagian tesebut akan meningkat

2. Kemudian melalui bagian tubuh tersebut, energi panas akan melakukan penetrasi ke dalam jaringan kulit dan menghilang ke jaringan tubuh yang lebih dalam berupa panas

3. Panas tersebut kemudian diangkut ke jaringan lain dengan cara konveksi, malalui cairan tubuh

Pada metoda KONDUKSI pemindahan energi panas bergantung pada :

• Luas daerah kontak• Perbedaan suhu

• Lama melakukan kontak

• Material 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 api

• Sumber radiasi dapat berasal dari : electric fire, infra merah dll

• Metode 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 terpanaskan

• Teknik 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 tulang• Radang tendon

• Arthritis

• Metode GELOMBANG ULTRASONIK– Panas dibangkitkan dai gelombang bunyi

pada frekwensi 1 MHz– Penggunaan lebih efektif pada tulang karena

tulang lebih banyak menyerap panas – Dipergunakan juga untuk diagnostik

• Penggunaan energi dingin dalam kesehatan/kedokteran– Terjadi efek patologis pada jaringan yang terkena suhu

di bawah titik beku, yaitu :

1. Krioadhesi (menghasilkan adhesi)2. Krionekrosis (merusakan jaringan)

dengan cara pecahnya membran sel, dehidasi intraseluler, denaturasi potein, hipometabolisme seluler, iskemik lokal, respon imunologik

3. efek hemostasis4. anastesia

• Penggunaan suhu rendah pada bidang kedokteran :

• Bank darah, bank sperma, sumsum tulang dan jaringan tubuh. Suhu rendah dipergunakan untuk menurunkan kecepatan reaksi kimia dan metabolisme

• Penyimpanan obat-obatan idem diatas• Pengobatan sakit kepala dan nyeri /bengkak lokal ,

digunakan kantong es/kompres dingin. Suhu rendah dipegunakan untuk mempersempit pembuluh darah

• Operasi jaringan kanker, Suhu rendah dipegunakan untuk merusak jaringan kanker

Penggunaan energi dingin dalam kedokteran

• -Untuk mendapatkan suhu endah , perlu dipilih media yang disesuaikan dengan keperluan , berikut adalah titik didih beberapa zat ;

• Nitrogen (-196oC)• CO2 (-79 oC)• N2O (-89,5oC)• Freon (-41oC)

– DASAR TERMOGRAFI• Thermo = panas• Grafi = gambar• “ Penggambaran distribusi temperatur permukaan kulit “• Distribusi suhu permukaan kulit pada setiap titik cenderung berbeda• Hal ini tergantung dari :

• Faktor fisik luar• Metabolik internal• Proses sikulasi yang dekat dengan kulit

• Setiap objek akan memancarkan radiasi yang berbeda-beda sesuai dengan perbedaan temperatur yang ada

• Pada tahun 1950 telah dibuat termogram dari radiasi infra red pemukaan tubuh. Hal ini diperlukan sebagai acuan bagi kondisi tubuh normal

• Penggunaan termografi : penyakit pembuluh darah, nyei pada lutut ,dll