TUGAS MAKALAH

FISIKA - BIOMEDIK

MEKANISME TRANSFORMASI ENERGI PADA MAKHLUK HIDUP

DITINJAU DARI ASPEK FISIKA

OLEH :

KELOMPOK I

FAKULTAS KEDOKTERAN

UNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR 2009

1 | P a g e

BAB I

PENDAHULUAN

Energi kita perlukan untuk melakukan kerja. Dengan kata lain tanpa energi kita

tidak dapat melakukan kerja. Berjalan kaki dan menimba air adalah contoh kerja.

Membangun dan memelihara rumah adalah juga kerja. Waktu anak bertumbuh

tersusunlah materi menjadi tubuh anak, sehingga tubuh itu menjadi besar. Selama hidup

kita, ada bagian tubuh yang luka dan sel yang mati. Tubuh yang luka harus disembuhkan

dan sel yang mati diganti dengan sel yang baru. Penyembuhan luka dan penggantian sel

merupakan pemeliharaan tubuh yang harus dilakukan secara terus menerus.

Pertumbuhan dan pemeliharaan tubuh juga harus dilakukan secara terus menerus.

Pertumbuhan dan pemeliharaan tubuh itu juga merupakan kerja. Karena itu untuk dapat

hidup kita harus mendapatkan energi secara terus menerus.

Energi tidak dapat kita lihat, yang terlihat adalah efek energi tersebut. Misalnya,

kita menggunakan energi untuk mendorong sebuah benda. Energi yang terpakai tidak

nampak. Yang nampak ialah benda itu telah berpindah tempat. Demikian pula bensin

mengandung energi . Tetapi energinya itu sendiri tidak nampak. Adanya energi dalam

bensin itu dapat terlihat waktu bensin itu dibakar dalam mesin dan mesin itu

menggerakkan kendaraan.

Dalam kehidupan kita, kita menggunakan tiga jenis energi, yaitu energi yang

berasal dari Matahari, panas bumi dan energi nuklir yang berasal dari reaksi nuklir dalam

reaktor atom. Sebenarnya energi matahari juga berasal dari reaksi nuklir yang terjadi

dalam matahari. Energi itu dipancarkan oleh matahari dalam bentuk radiasi gelombang

elektromagnetik.

Hingga sekarang energi yang terbanyak kita pakai ialah energi matahari,

terutama yang ditangkap oleh tumbuhan hijau. Penangkapan energi matahari itu terjadi

dalam proses fotosintesis.

Dalam proses ini energi matahari diubah menjadi energi kimia yang tersimpan

dalam molekul gula glukose. Molekul gula itu terbentuk dalam proses fotosintesis dari

2 | P a g e

air dan gas CO2 yang terdapat dalam udara. Gula selanjutnya diubah menjadi

karbohidrat yang tersimpan dalam tubuh dan digunakan sebagai bahan untuk

membentuk tubuh tumbuhan, misalnya akar, batang dan daun.

Energi yang terkandung dalam tubuh tumbuhan itu menjadi sumber energi

makhluk hidup lain. Kalau kita makan nasi, misalnya, sebenarnya kita mendapatkan

energi dari matahari. Juga kalau kita membakar kayu untuk memasak, sebenarnya kita

menggunakan energi matahari.

Makanan yang kita makan mengalami ‘pembakaran’ dalam tubuh kita.

Pembakaran ini tidak menggunakan api, melainkan melalui reaksi imia tertentu dalam

tubuh yang merupakan bagian metabolisme. Dalam metabolisme itu energi dalam

makanan diubah menjadi bentuk yang dapat digunakan untuk melakukan kerja, seperti

gerak otot. Karena metabolisme itu terjadi di dalam tubuh kita, metabolisme ini disebut

metabolisme intern.

Dibawah kondisi tertentu tumbuhan yang mati tidak membusuk, melainkan jadi

fosil, misalnya dalam bentuk batubara. Dalam batubara masih tersimpan energi yang

semula ada dalam tubuh tumbuhan. Dari makhluk hidup lain dalam kondisi tertentu

dapat terbentuk minyak bumi. Dalam minyak bumi juga masih tersimpan energi yang

semula terdapat dalam tubuh makhluk hidup. Batubara dan minyak bumi disebut bahan

bakar fosil.

Angin, yang sebenarnya adalah udara yang bergerak, juga mengandung energi.

Energi angin itu dapat digunakan untuk menggerakkan perahu layar dan kincir angin.

Kincir angin dapat dipakai untuk memutar mesin atau membangkitkan listrik. Terjadinya

angin ialah oleh perbedaan suhu di dua tempat atau perbadaan penyerapan sinar

matahari, sehingga terjadi perbadaan tekanan di dua tempat itu. Contoh pada siang hari

suhu permukaan daratan lebih tinggi dari suhu permukaan laut, karena daratan lebih

mudah dipanaskan oleh matahari daripada air. Pada siang hari angin bergerak dari laut

ke daratan. Jadi angin itu sebanarnya juga berasal dari energi matahari. Kecuali angin

yang berasal dari energi matahari ada juga angin yang berasal dari perputaran bumi.

Air yang mengalir di sungai juga mengandung energi. Jika sungai dibendung,

energi aliran air itu dapat digunakan untuk memutar generator untuk membangkitkan

3 | P a g e

listrik. Air yang mengalir di sungai semula berasal dari laut. Air laut menguap karena

penyinaran oleh matahari. Uap terhembus oleh angin ke daratan dan terbentuk awan

waktu angin naik karena adanya gunung. Awan berubah menjadi hujan dan sebagian

aiur hujan mengalir di sungai. Jadi energi dalam air sungai berasal juga dari matahari.

Dengan makin mahalnya bahan bakar minyak, kini banyak usaha dilakukan

untuk secara langsung dapat menggunakan energi matahari, antara lain, untuk

membangkitkan listrik dan untuk memanaskan air. Dengan memanfaatkan peralatan

yang dilengkapi dengan solar sel atau sel surya.

Energi panas bumi berasal dari magma yang panas. Magma terdapat di dalam

perut bumi. Di daerah vulkanis magma itu terletak dekat dengan permukaan bumi. Air

tanah yang bersentuhan dengan batuan yang panas berubah menjadi uap. Dengan

pemboran, uap dalam tekanan tinggi dapat disalurkan melalui pipa untuk memutar

generator listrik. Pembangkit listrik demikianzdisebut Pusat Listrik Tenaga Panas bumi

(PLTP). Terkadang pemboran hanya mendapatkan gas alam, yang dapat dibuat gas alam

cair (LNG)

4 | P a g e

BAB II

PEMBAHASAN

II. a KALOR

Selanjutnya kita mendefinisikan suatu besaran yang dinamakan “kalor” yang

merupakan suatu kuantitas panas dinyatakan dalam satuan kalori. Dalam hal ini 1(satu)

kalori didefinisikan sebagai kuantitas panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu

gram air murni (H2o) dari 19,5oC-20,5oC. Selanjutnya menurut penyelidikan yang

dilakukan oleh Joule bila tenaga mekanik yang diberikan pada suatu sistem dapat diisolir

sedemikian rupa sehingga tak ada tenaga yang hilang, maka dari hasil eksperimen itu

tenaga mekanik 4,2 joule setara dengan 1 kalori.Jadi satuan tenaga (energi) sama

dengan satuan kalori dengan perbandingannya adalah 4,2 joule = 1 kalori atau 1

joule=0,24 kalori.

Andaikan kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu suatu bahan yang

massanya m dilambangkan dengan ΔQ, dan kenaikan suhu yang diterbitkannya

diandaikan ΔT, maka

“kalor(panas) jenis ( C )” bahan yang bersangkutan didefenisikan sebagai:

C=limΔT→0

1m

ΔQΔT

= 1m

dQdT ………………………. (2.a)

Jadi nyatalah bahwa besarnya kalor yang diserap suatu benda jika suhunya dinaikan

sebesar ΔT adalah:

ΔQ = m C ΔT .................................... (2.b)

Panas Pembakaran: Kalori Makanan

Nilai energi dari makanan yang masuk kedalam tubuh dinyatakan dalam bentuk

kalori, yakni panas atau satuan energi dalam. Panas hasil pembakaran dari beberapa

jenis makanan dapat dilihat dalam tabel 2. 1. Untuk mendapatkan keakuratan

pengukuran dari pada energi yang tersedia dalam tubuh tidak dapat dilakukan karena

substansi seperti selulosa tidak dapat dibakar dalam kalorimeter. Terdapat 3 jenis

makanan pokok yakni protein, karbohidrat dan lemak yang akan diperlihatkan kira-kira

5 | P a g e

hasilnya sama dengan panas ketika dibakar diluar tubuh dan ketika digunakan dalam

tubuh.

Seluruh aktivitas tubuh termasuk berpikir memerlukan energi. Perubahan energi

dari makanan dalam tubuh menjadi kerja mekanik seperti berjalan, mengangkat beban

dll., merupakan contoh hanya sebahagian kecil penggunaan energi dalam tubuh. Pada

keadaan istrahat, konsumsi energi tubuh terutama diguanakan oleh: otot rangka dan

jantung sebesar 25%, otak (19%), ginjal (10%), hati dan limpa (27%),. Sisanya 19%

digunakan oleh sistem yang lain seperti sistem pencernaan, dll.

Tabel 2. 1 Nilai energi dari Beberapa Jenis Makanan

No Jenis Makanan

Kandungan

Kalori

(kkal/gram)

Energi yang

dibebaskan per-

kg dikonsumsi

(J/kg)

Energi yang

dibebaskan per-

satuan Vol.O2 yg

dikonsumsi (J/m3)

1 Glukosa 3,8 1,6x107 21,0x106

2 Karbohidrat 4,1 1,72x107 22,2x106

3 Protein 4,1 1,72x107 18,0x106

4 Lemak 9,3 3,89x107 19,7x107

5 Appel 0,64 0,27x107

6 Buncis 3,54 1,49x107

7 Roti 2,66 1,12x107

8 Mentega 7,95 3,34x107

9 Coklat 5,70 2,39x107

10 Keju 3,93 1,65x107

11 Krimer 40% 3,81 1,60x107

12 Telur 1,62 0,68x107

13. Nasi 1,12 0,47x107

14 Susu 0.72 0,30x107

15 Gula 3,94 1,67x107

Contoh 1 : Jika seseorang beratnya 75 kg dimana diasumsikan mempunyai panas

jenis 0,8 kal/gramoC. Berapa banyak energi dalam yang dibutuhkan untuk

6 | P a g e

menaikkan suhu tubuhnya dari 98,6oF menjadi 104oF bila tidak melakukan

kerja.

Jawab: Perubahan energi dalam ΔU adalah sama dengan panas (kalor) bila tidak

melakukan kerja, yakni:

ΔU=Q= mC ΔT

Karena suhu dalam Fahrenheit, maka harus diubah ke dalam Celsius dengan

menggunakan persamaan (3.2), maka:

T (oC) = (5/9){T(oF)-32}

ΔT (oC )=59

(104−98,6 )=3oC

Energi yang dibutuhkan:

Q=(75 .000 gram )(0,8 kalori/goC )(3 oC )= 180 . 000 kalori= 180 kkal

II.b HUKUM KEKEKALAN ENERGI DALAM TUBUH

(2)

(1)

dQ = dU + dW .................................. (2.c)

Rumus (2.c) ini mengungkapkan apa yang disebut “Hukum Termodinamika I.

Kekekalan energi di dalam tubuh dapat ditulis sebagai:

[Perubahan simpanan ¿ ] [energi dalam tubuh yakni ¿ ] [makanan , energi , lemak tubuh ¿ ]¿¿

¿¿

7 | P a g e

Misalkan kalor yang masuk kedalam sistem

pada selang suhu tertentu adalah Q. Menurut

teori kinetik gas, mula-mula kalor tersebut

diserap oleh sistem ( energi dalam sisitem) U

dan digunakan mengangkat penutup pada posisi

(1) menjadi posisi (2).

Pada proses oksidasi melalui pembakaran terjadi pembebasan panas (kalor).

Pada proses oksidasi dalam tubuh, panas dibebaskan sebagai energi metabolisme.

Kecepatan pembentukan energi disebut laju metabolisme

Proses oksidasi glukosa (C6H12O6) adalah suatu bentuk umum dari gula yang

digunakan untuk pemberian makanan pada intravena dan sumber energi utama bagi

otak. Persamaan oksidasinya adalah:

C6H12O6 + 6O2 ⇒ 6H2O + 6CO2 +2 ,87×106J

Yakni 1 mol glukosa (0,18 kg) berikatan dengan 6 mol O2 (0,192 kg) menghasilkan 6 mol

H2O (0,108 kg) dan dan 6 mol CO2 (0,264 kg) serta membebaskan energi panas 2,87x106J

dalam reaksi ini. Dalam hal ini satu mol adalah jumlah zat yang mengandung atom atau

molekul yang sama banyaknya dengan atom pada 0,012 kg C12 (karbon 12). Untuk gas, 1

mol gas sama dengan 22,4 liter.

Energi yang dibebaskan untuk setiap kg glukosa

=2,87x106

0,180≃16×106 J /kg

Energi yang dibebaskan untuk setiap m3 O2 yang digunakan

= 2 ,87×106

6×22 ,4 x10−3=21×106 J /m3

Volume O2 yang digunakan dan CO2 yang dihasilkan per-kg glukosa

=6×22 ,4×10−3

0 ,180=0 ,75 m3 /kg

Dalam keadaan istrahat total, orang normal akan mengonsumsi energi dengan

kecepatan sekitar 92 kkal/jam atau sekitar 100 W.Tingkat konsumsi energi disebut laju

metabolisme basal (basal metabolic rate, BMR) adalah jumlah energi yang diperlukan

untuk melakukan fungsi tubuh minimal (misalnya bernapas dan memompa darah ke

arteri) dalam keadaan istrahat.

8 | P a g e

ToC

0

100

p

p-cc

c-u

u

Q

Gambar 3.1 Grafik Perubahan Wujud Air

Pada diagram tampak bahwa pada daerah penelitian antara dua wujud maka

tampak bahwa suhu benda tidak berubah namun terjadi perubahan kalor. Pada

peralihan tersebut Q sebanding dengan massa benda (Q ∞ m) dengan demikian

menurut grafik diatas.

Qo – Qc = Q ( penguapan air )= U m ………………. (2. d)

Dimana:

U = panas penguapan / pengembunan air, dan

Q1 – Qo = Q ( peleburan es ) = L m

L = panas peleburan / pembekuan air.

Perlu dicatat disini bahwa dalam praktek untuk keperluan perhitungan yang

tidak teliti biasanya diambil kalor transisi fase cair-uap (U )= 540 kalori/gram dan kalor

transisi fasa padat-cair adalah L = 80 kalori/gram. Jadi untuk mengubah es menjadi uap

dibutuhkan kalor sebesar 720 kalori /gram.

BAB III

9 | P a g e

PENUTUP

KESIMPULAN

Kesimpulan dari makalah ini adalah sebagai berikut,

untuk dapat hidup dan melakukan kerja makhluk hidup harus mendapatkan energi

secara terus menerus.

makhluk hidup menggunakan tiga jenis energi, yaitu energi yang berasal dari

Matahari, panas bumi dan energi nuklir yang berasal dari reaksi nuklir dalam

reaktor atom.

nilai energi dari makanan yang masuk kedalam tubuh dinyatakan dalam bentuk

kalori, yakni panas atau satuan energi dalam.

pada keadaan istrahat, konsumsi energi tubuh terutama diguanakan oleh: otot

rangka dan jantung sebesar 25%, otak (19%), ginjal (10%), hati dan limpa (27%),.

Sisanya 19% digunakan oleh sistem yang lain seperti sistem pencernaan, dll.

pada proses oksidasi dalam tubuh, panas dibebaskan sebagai energi metabolisme.

proses oksidasi glukosa (C6H12O6) adalah suatu bentuk umum dari gula yang

digunakan untuk pemberian makanan pada intravena dan sumber energi utama

bagi otak.

dalam keadaan istrahat total, orang normal akan mengonsumsi energi dengan

kecepatan sekitar 92 kkal/jam atau sekitar 100 W

DAFTAR PUSTAKA

10 | P a g e