BAB I PENGANTAR KELISTRIKAN

1.1 LISTRIK DALAM KEDOKTERAN

Listrik adalah suatu fakta alam yang dapat ditemukan dalam berbagai bidang termasuk dalam bidang kedokteran. Dalam kedokteran kelistrikan dapat ditemukan dalam dua kelompok besar bidang yaitu listrik yang berkaitan dengan fisiologi tubuh manusia secara terpisah dibahas tentang listrik sel dan saraf serta kelistrikan pada jantung dan sisi kelistrikan yang lain adalah yang berkenaan dengan instrumentasi.

Ketiga aspek ini akan dibicarakan dalam mata kuliah Fisika Medik ini, namun untuk Fisika Medik I secara detail di fokuskan pada hal kelistrikan yang berkaitan dengan fisiologi tubuh manusia yaitu kelistrikan yang berperan dalam fungsi operasional tubuh manusia.

Secara umum kelistrikan yang berperan dalam tubuh manusia memiliki prinsip-prinsip kelistrikan yang sama namun berbeda dalam operasionalnya. Dalam bab ini akan diurai terlebih dahulu tentang prinsip dasar listrik yang memberikan pemahaman tentang konsep listrik dan sifat-sifatnya. Kemudian pada sub bab berikutnya akan dibahas perannya dalam tubuh manusia dengan mengkorelasikannya dengan struktur sel manusia.

1.2 PRINSIP DASAR LISTRIK

Interaksi muatan-muatan listrik yang berada dalam keadaan diam dinamakan interaksi elektrostatik. Interaksi ini sangat penting sebagai contoh Interaksi yang mengikat atom-atom, molekul-molekul dan tubuh kita secara utuh dan lain lain serta mempunyai banyak sekali aplikasi teknologi. Interaksi ini ditentukan melalui hubungan sederhana yang dikenal dengan hukum Coulomb dan paling mudah dijelaskan dengan menggunakan konsep medan listrik.

1.2.1 Muatan Listrik (electric charge)

Tidak ada definisi pasti mengenai muatan listrik, kita hanya dapat menjelaskan sifat-sifat dan perilakunya. Contoh yang paling baik untuk mendemonstrasikan fenomena elektrostatis ini adalah batang plastik dan bulu.

Gambar ini memperlihatkan dua batang plastic dan selembar bulu.

BIO ELECTRIC

Cell Membrane Potentials

Hearth Electrical

Phenomena

Bio-Electric Measurement

Nerve Cell

Action Potentials

Natural Pacemaker

Hearth Electrical Sequence

EEG

Electro-myogram

ECGVector ECG

Yang penting dalam

Yang menghasilkan

Seperti contohnya

Yang memicu

Yang kita ukur dari luar sebagai

dan

Seperti contohnya

dan

Gambar 22-1 (Sears and Zemansky) – Freedman and Young

Setelah kita memberi muatan setiap batang dengan cara menggosoknya dengan selembar bulu tersebut, kita dapatkan kedua batnag tersebut saling tolak menolak. Hal yang sama terjadi pula bila dua batang gelas kita gosok dengan sutera. Tetapi batang plastic bermuatan tadi akan menarik batang gelas bermuatan. Lebih jauh lagi batang plastik dan bulu akan tarik menarik, dan batang gelas dengan sutera akan tarik menarik juga.Hal ini memperlihatkan bahwa ada dua jenis muatan listrik yaitu jenis muatan pada batang plastic yang digosok dengan bulu dan muatan listrik pada batang gelas yang digosok dengan sutera. Kedua muatan in berturut-turut disebut sebagai muatan negatif dan muatan positif. Batang plastik dan sutera memiliki muatan negatif, sedangkan batang gelas dan bulu memiliki muatan positif.

Muatan listrik, seperti massa adalah salah satu sifat dasar partikel yang membentuk materi. Interaksi yang menentukan struktur dan sifat-sifat atom dan molekul terutama adalah interaksi listrik diantara partikel-partikel bermuatan listrik. Hal ini berlaku pada sifat materi biasa yang dibentuk oleh atom dan molekul. Gaya normal yang diberikan lantai pada kucing yang sedang duduk, gaya tegangan tali yang ditarik, gaya adhesif pada lem, semua pada dasarnya adalah listrik di alam yang timbul dari gaya-gaya listrik diantara partikel-partikel bermuatan dalam atom-atom yang berdekatan.

Struktur atom dideskripsikan sebagai gabungan dari tiga partikel : elektron yang bermuatan negatif, proton yang bermuatna positif dan neutron yang netral/tidak bermuatan. Proton dan neutron dalam sebuah atom membentuk sebuah inti (core) kecil yang sangat padat yang dinamakan intri (nucleus), dengan dimensi (orde) 10-15 m. leektron-elektron bergerak mengelilingi inti ini yang membentang keluar mencapai jarak yang ordenya sebesar 10-10 m dari inti itu. Elektron yang bermuatan negatif dipertahankan di dalam atom itu oleh gaya terikan listrik yang diberikan pada elektron oleh inti yang bermuatan positif. Proton dan neutron dipertahankan di dalam inti atomik yang stabil oleh sebuah interaksi yang disebut gaya inti atau gaya nuklir yang mengatasi tolakan listrik dari proton-proton. Massa proton dan massa neutron hampir sama dan besarnya kira-kira 2000 kali massa elektron. Lebih dari 99,9 % massa setiap atom terkonsentrasi di dalam intinya.Bilangan dalam kurung adalah ketidakpastian dalam kedua angka terakhir. Dalam sebuah atom netral banyaknya elektron sama dengan banyaknya proton dalam inti, dan muatan listrik netto (jumlah aljabar dari semua muatan) sama dengan nol. Banyaknya proton atau elektron pada sebuah atom netral suatu unsur disebut nomor atom (atomic number) dari unsur itu. Jika satu atau lebih elektron dihilangkan, struktur bermuatan positif yang tertinggal dinamakan ion positif. Sedangkan Ion negatif adalah sebuah atom yang telah memperoleh satu atau lebih elektron. Proses perolehan atau kehilangan elektron disebut ionisasi (ionization).

Bila jumlah total proton dalam sebuah benda makroskopik menyamai jumlah total elektron maka muatan totalnya adalah no dan benda tersebut dikatakan netral secara listrik. Untuk membuat benda netral menjadi bermuatan negatif dapat dilakukan dengan cara memberikan atau menambah muatan negatif atau menghilangkan muatan postitif dari benda tersebut. Dan sebaliknya sama bila kita ingin membuat sebuah benda netral menjadi bermuatan positif. Namun secara umum dalam berbagai macam kejadian adalah dengan menambahkan atau menghilangkan elektron (yang sangat mudah berpindah-pindah), dan benda yang bermuatan poitif adalah bila kehilangan beberapa komponen normal elektronnya.

Dua prinsip yang sangat penting : a. prinsip kekekalan muatan (principles of conservation of charge), jumlah aljabar dari semua muatan

listrik dalam setiap sistem tertutup adalah konstan.b. Besarnya muatan elektron atau proton alalah satuan alami manusia. Setiap jumlah muatan listrik

yang dapat diamati selelu merupakan kelipatan bulat dari satuan dasar ini. Dikatakan bahwa muatan listrik ini terkuantunisasi. Muatan listrik tidak dapat lagi ke dalam jumlah yang lebih kecil lagi dari muatan satu elektron atau proton. Jadi muatan pada sembarang benda makroskopik selalu sama dengan nol atau sama dengan kelipatan bulat (negatif atau positif) dari muatan elektron.

“ Dua muatan positif atau dua muatan negatif akan saling tolak menolak. Sedangkan sebuah muatan positif dan sebuah muatan negatif akan saling tarik menarik”.

Massa elektron (me) adalah 9,1093897 (54) x 10-31 kgMassa proton (mp) adalah 1,6726231 (10) x 10-27 kgMassa neutron (mn) adalah 1,6749286 (10) x 10-27 kg

Dalam bab ini akan dibahas mengenai sifat muatan listrik. Dimana muatan listrik dikuantisasi dan muatan listrik ini akan memenuhi prinsip kekekalan.

Gaya dan medan listrikGejala dan penerapan dalam kaitannya dengan tubuh manusiaPotensial listrikProses terjadinya arus listrik

Elektron dan ion sebagai pembawa muatan listrik

Gaya gerak listrik (gglPersamaan dasar arus listrikEfek Fisiologis ArusPrinsip rangkaian arus searah sederhana