Bab 9 membahas tentang panas dan teori kinetik. Termasuk di dalamnya adalah definisi kalor, teori kinetik pada zat, perpindahan panas melalui konduksi, konveksi dan radiasi, difusi zat, sistem pernapasan, dan hubungan antara surfaktan dengan pernapasan serta difusi dan lensa kontak.
2. Chapter 9
Kalor dan Teori Kinetik
9.1 Kalor dan
Pemanasan
9.4 Perpindahan
Panas
9.2 Teori Kinetik
pada Zat
9.5 Transpor
Molekul dengan
Difusi
9.3 Definisi
9.6 Difusi melalui
Membran
9.7 Sistem
Pernapasan
9.8 Surfaktan dan
Pernapasan
9.9 Difusi dan Lensa
Kontak
3. 9.1 Kalor dan Pemanasan
Kalor dapat diubah kedalam kerja, sehingga dinamakan sebuah
energi.
Kalor dapat digambarkan seperti energi sebagai wujud
perubahan dari benda panas ke benda dingin.
9.2 Teori Kinetik pada Zat
Zat tersusun atas atom dan molekul, yang keduanya bergerak
bebas.
Pada gas, atom atau molekul tidak terikat bersama dan bergerak
secara acak saling bertabrakan satu sama lain dengan dinding
wadah.
Pada zat padat, atom terikat bersama-sama dengan gerakan
terbatas.
Partikel-partikel yang bergerak dalam bahan memiliki energi
kinetik.
Energi kinetik yang bergerak dalam bahan dinamakan energi
internal dan gerakan di dalam bahan disebut gerak termal.
Suhu adalah ukuran kuantitatif panas. Energi internal pada zat
sebanding dengan suhu.
4. Gas dibentuk oleh partikel-partikel
kecil (atom dan molekul) yang terus
bergerak acak.
Masing-masing partikel berjalan
lurus hingga bertabrakan dengan
partikel lain atau dengan dinding
wadah.
Setelah bertubrukan arah dan
kecepatan dengan acak, energi
kinetik berjalan diantara partikelpartikel.
9.1 Tabrakan partikel Gas
Hubungan suhu dengan rata-rata
energi kinetik pada molekul:
Energi internal gas ideal adalah dalam bentuk energi kinetik, dan
rata energi kinetik sebanding dengan suhu.
Perbandingan dapat disetarakan dengan mengalikan suhu T
dengan konstanta Boltzmann. Kobstanta Boltzmann dikalikan
dengan faktor3/2 untuk menghubungkan suhu rata-rata energi
kinetik molekul, dengan demikian:
5. Kecepatan Thermal
Perubahan momentum per satuan waktu adalah suatu
gaya.
Hubungan antara tekanan (P), volume (v),, dan suhu (T)
adalah sebagai berikut:
PV = NkT
Keterangan:
P
: Tekanan (atm)
V
: Volume (m3)
N
: Jumlah molekul
k
: Tetapan Bolzman (
J/molekul K)
T
: Suhu (Kelvin)
6. 9.3.1 Satuan Kalor
Satu kalori adalah jumlah yang diperlukan kalor
untuk kenaikan temperatur 10C pada 1 gram air.
9.3.2 Kalor Jenis
Kalor Jenis adalah jumlah yang diperlukan untuk menaikkan
temperatur pada 1 gram zat dengan kadar
Komposisi tubuh manusia tersusun atas air, protein, lemak, dan
mineral.
Dengan komposisi 75% air dan 25% protein, spesifik kalor pada tubuh
manusia, dinyatakan dengan rumus:
Kalor Jenis = 0,75 x1 + 0,25 x 4 = 0,85
Kalor Jenis rata-rata pada tubuh manusia mendekati 0,83 untuk
lemak dan kandungan mineral yang tidak termasuk perhitungan.
9.3.3 Kalor Laten
Kalor Lebur adalah jumlah energi yang diperlukan untuk
mengubah 1 gram zat padat menjadi zat cair.
Kalor Uap adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk mengubah
1 gram zat cair menjadi gas.
7. Perpindahan panas ada 3 yaitu,
Konduksi, Konveksi dan Radiasi
1. Konduksi
Perpindahan Panas yang dialirkan
pada zat padat.
Jumlah panas Hc yang dikonduksi per
detik melalui balok dapat dihitung
dengan cara :
Hc = Kc A (T1 – T2)
L
A
= Luas penampang balok.
L
= Panjang balok.
T1 –T2= perbedaan suhu antara kedua
ujung.
Kc
= Koefisien konduktivitas
thermal (cal cm/sec cm2 C0).
8. 2. Konveksi
Perpindahan Panas pada fluida ( gas dan
cairan)
Ketika cairan atau gas dipanaskan
molekul dekat sumber panas, cenderung
menjauh dari sumber panas. Sehingga
cairan di dekat sumber panas menjadi
kurang padat
Fluida mengalir dari kerapatan tinggi
menuju ke bagian kerapatan rendah, dan
membawa energi dari sumber panas
Besarnya kalor yang diberikan
dalam peristiwa konveksi per
waktu per unit adalah :
Hc = Kc A (T1 – T2)
A
= Daerah yang terkena arus
konveksi
Kc
= Koefisien Konveksi
T1 – T2 = perbedaan suhu pada
fluida
9. 3. Radiasi
Perpindahan panas melalui radiasi elektromagnetik
sebagai hasil konfigurasi elektron dalam atom.
Tingkat emisi dari energi cahaya Hr per satuan luas dengan suhu
tubuh T adalah:
Hr = e T 4
= Konstanta Stefan Boltzman = 5.67 x 10 -8 W/m2.K4
Suhu diukur pada skala absolut
e = emisivitas permukaan yang tergantung dari suhu dan sifat
permukaan. Nilai emisitas bervariasi 0 – 1
Jika tubuh dengan suhu T1 berada pada
lingkungan dengan suhu T2, keduanya akan
memancar dan menyerap radiasi. Tingkat energi
yang dipancarkan per satuan luas adalah eT14
dan tingkat energi yang diserap per unit adalah
eT24. Dimana nilai e dan adalah sama untuk
pemancaran dan penyerapan.
10. Jika Tubuh pada suhu T1 berada dalam suatu lingkungan dengan suhu
rendah T2, Energi tubuh yang hilang adalah
Hr = e (T14 – T24)
= Konstanta Stefan Boltzman = 5.67 x 10 -8 W/m2.K4
e = emisivitas merupakan bilangan antara 0 – 1 yang merupakan
karakteristik permukaan yang tergantung dari suhu dan sifat
permukaan
DIFUSI
Perpindahan partikel dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah
Dalam skala yang besar proses difusi
akan berjalan lambat tetapi dalam
skala kecil pada jaringan sel proses
difusi berjalan cukup cepat untuk
membantu proses yang terjadi
dalam kehidupan sel.
11. analisis dari tipe gerakan yang ditunjukkan setelah N tabrakan dengan
jarak molekul dari titik awal adalah
L adalah rata-rata jarak yang ditempuh sebelum bertabrakan disebut
rata-rata gerak bebas. Dari tipe ini gerakan difusi disebut Gerak Acak.
Menghitung banyaknya langkah dari tabrakan yang terjadi dengan jarak S
Total jarak yang ditempuh adalah hasil dari banyaknya langkah dan
panjang setiap langkah
Jika kecepatan rata-rata dari partikel sebesar v, maka besarnya waktu (t)
yang diperlukan untuk melakukan difusi dengan jarak S
12. Misal , difusi molekul sekitar 10-8 cm ( jarak antar atom dalam
cairan), Kecepatan molekul tergantu ng pada suhu dan
massanya. Pada suhu kamar, kecepatan molekul cahaya 10-4
cm/detik. Waktu yang dibutuhkan untuk molekul menempuh
jarak 1 cm adalah
Namun waktu yang dibutuhkan untuk menempuh jarak 10-3 cm
yang merupakan ukuran khas sel jaringan hanya 10-2 detik
13. Tranpor molekul dengan difusi
Kita akan menghitung banyaknya molekul yang diangkut dengan
cara difusi dari satu bagian ke bagian yang lain.
Subtitusi
Banyaknya molekul J per detik per
satuan luas dari daerah satu yang
memiliki konsentrasi C1 menuju daerah
kedua ( J disebut Flux )
Pada saat yang sama, molekul juga
berdifusi dari daerah kedua menuju
daerah pertama dimana konsentrasinya
sebesar C2
14. Besarnya Fluks bersih dari molekul dalam daerah 2 adalah selisih antara
fluks yang datang dan pergi yaitu
Subtitusi dengan VD = Lv / x
Dapat juga ditulis
Dimana D adalah koefisien difusi
Bagaimanapun Koefisien Difusi merupakan fungsi yang sangat komplek
karena L tergantung dari ukuran dari molekul dan kepekatan dari medium.
15. 9.6 Difusi melalui Membran
Jika ukuran molekul lebih kecil
dari ukuran pori-pori, satusatunya efek membran adalah
mengurangi area difusi efektif
sehingga mengurangi laju difusi.
Jika molekul lebih besar dari
ukuran pori-pori, aliran molekul
melalui
membran
mungkin
dilarang.
Gambar 9.6 : Beberapa molekul mungkin
masih bisa melewati membran, namun,
dengan melarutkan ke dalam bahan
membran.
16. Aliran molekul yang disimbolkan (J) yang mengalir
melalui membran dapat ditulis dengan persamaana:
J = P (C1 - C2)
Dengan:
J = Aliran molekul yang mengalir melalui membrane
P = Permeabilitas membrane
C = Konsentrasi zat (konsentrasi molekul yang
berdifusi)
17. 9.7 Sistem Pernapasan
Ketika diafragma turun, volume paru-paru
meningkat, menyebabkan penurunan tekanan
gas di dalam paru-paru,
Akibatnya, udara memasuki paru-paru melalui
trakea. Cabang-cabang trakea menjadi lebih kecil
dan lebih kecil tabung, yang akhirnya berakhir
pada rongga kecil yang disebut alveoli.
Hal ini, bahwa gas dipertukarkan oleh difusi
antara darah dan udara di paru-paru.
Gambar Paru-paru
18. Persentase 𝑵 𝟐 , 𝑶 𝟐 , 𝑪𝑶 𝟐 , dan
dalam Terinspirasi dan Expired Air untuk
Orang Istirahat:
𝑵𝟐
𝑶𝟐
𝑪𝑶 𝟐
Inspired air
79,02
20,94
0,40
Expired air
79,2
16,3
4,5
Hewan yang tingkat takson lebih rendah mendapatkan oksigen melalui
difusi dengan kulit. Jumlah oksigen menyebar melalui kulit sebanding
dengan luas permukaan kulit, maka:
𝐋𝐮𝐚𝐬 𝐩𝐞𝐫𝐦𝐮𝐤𝐚𝐚𝐧
𝑹𝟐
= 𝟑
𝐕𝐨𝐥𝐮𝐦𝐞
𝑹
=
𝟏
𝐑
Dengan:
R2 = Luas permukaan kulit
R3 = Volume hewan
R = Dimensi linier karakteristik hewan
19. 9.8 Surfaktan dan Pernapasan
Molekul surfaktan adalah campuran kompleks dari lipid dan protein yang
dihasilkan oleh sel-sel, khusus dalam alveolus yang dapat mengurangi
tegangan permukaan sekitar 1 dyn/cm.
Dinding dalam bagian alveolus terdapat lapisan air yang berfungsi
melindungi jaringan dibawahnya. Tegangan permukaan air cenderung
menyusutkan ronga alveolar. Saat bernapas, maka alveolus akan
diperluas.
Sehingga, saat bernapas, kita dibantu oleh surfaktan yang menutupi
lapisan air dalam alveolus yang mengurangi tegangan permukaan.
20. 9.9 Difusi dan Lensa Kontak
Sebagian besar bagian dari tubuh manusia menerima oksigen
yang diperlukan dari sirkulasi darah. Namun, kornea, yang
merupakan lapisan permukaan transparan mata, tidak
mengandung pembuluh darah (ini memungkinkan untuk menjadi
transparan).
Sel-sel di kornea menerima oksigen dengan difusi di lapisan permukaan
cairan air mata, yang berisi oksigen. Hal ini memungkinkan kita untuk
memahami mengapa lensa kontak tidak harus dipakai saat tidur. Lensa
kontak yang dipasang mengharuskan mata sehingga berkedip. Gerakan
ini membawa cairan air mata segar kaya oksigen di bawah lensa.
Kekurangan oksigen dapat mengakibatkan mengakibatkan
hilangnya transparansi kornea. Misalnya: Ketika orang tidur
mereka tidak berkedip, karena itu, kornea di bawah lensa kontak
mereka kekurangan oksigen. Hal ini dapat mengakibatkan
hilangnya transparansi kornea.
