FISIKA UMUM

Chapter 9.

Panas dan Teori Kinetik

Kelompok VIII (Delapan)

1. Puguh Dwi K.

2. Budiman

3. Resti

9.1 Kalor dan Pemanasan

9.2 Teori Kinetik pada Zat

9.3 Definisi

9.4 Perpindahan Panas

9.5 Transpor Molekul dengan

Difusi

9.6 Difusi melalui Membran

9.7 Sistem Pernapasan

9.8 Surfaktan dan Pernapasan

9.9 Difusi dan Lensa Kontak

Chapter 9 Kalor dan Teori Kinetik

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.

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.

9.2 Teori Kinetik pada Zat

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 partikel-partikel.

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:

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)

9.3.1 Satuan Kalor

Satu kalori adalah jumlah yang diperlukan kalor untuk kenaikan temperatur 10C pada 1 gram air.

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.

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.

9.3.2 Kalor Jenis

9.3.3 Kalor Laten

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).

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

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 eT1

4 dan tingkat energi yang diserap per unit adalah eT2

4. Dimana nilai e dan adalah sama untuk pemancaran dan penyerapan.

Jika Tubuh pada suhu T1 berada dalam suatu lingkungan dengan suhu rendah T2, Energi tubuh yang hilang adalah Hr = e (T1

4 – 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.

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

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

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

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.

Gambar 9.6 : Beberapa molekul mungkin masih bisa melewati membran, namun,

dengan melarutkan ke dalam bahan membran.

9.6 Difusi melalui Membran

Jika ukuran molekul lebih kecil dari ukuran pori-pori, satu-satunya 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.

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)

Gambar Paru-paru

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.

9.7 Sistem Pernapasan

Persentase 𝑵𝟐, 𝑶𝟐, 𝑪𝑶𝟐, dan

dalam Terinspirasi dan Expired Air untuk

Orang Istirahat:

𝑵𝟐 𝑶𝟐 𝑪𝑶𝟐

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

𝐕𝐨𝐥𝐮𝐦𝐞 =

𝑹𝟐

𝑹𝟑 =𝟏

𝐑

Dengan:

R2 = Luas permukaan kulit

R3 = Volume hewan

R = Dimensi linier karakteristik hewan

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.

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.