Blok Biomedik 2

TUGAS TERMODINAMIKA

Nama : Fitria Nurulfath

NPM : 1102010105

Kelas : A

FAKULTAS KEDOKTERAN

UNIVERSITAS YARSI

2010

PENDAHULUAN

Kata termodinamika berasal dari bahasa yunani therme dan dynamis (gaya).

Meskipun berbagai aspek dari apa yang dikenal sebagai termodinamika telah menarik

perhatian sejak dahulu kala, kajian termodinamika secara formal dimulai pada awal abad ke-

19 melalui pemikiran mengenai pergerakan daya dari kalor (heat), yaitu kemampuan benda

panas untuk menghasilkan kerja (work).

Jadi termodinamika merupakan ilmu yang mempelajari berbagai fenomena energi

yang berubah-ubah karena adanya aliran panas dan usaha yang dilakukan. Sebagai contoh,

ketika suatu zat padat (besi atau sejenisnya) dipanaskan maka semakin lama akan terjadi

pemuaian. Pada proses ini terdapat suatu pemindahan panas dan juga bekeja suatu gaya yang

mengakibatkan timbulnya suatu usaha. Dengan kata lain, hanya dengan mempelajari

termodinamika, bukan hanya fenomena suhu, tetapi juga berbagai sifat gas, larutan zat padat,

dan reaksi kimia.

Sistem termodinamika

Sistem termodinamika adalah bagian dari jagat raya yang diperhitungkan. Sebuah

batasan yang nyata atau imajinasi memisahkan sistem dengan jagat raya, yang disebut

lingkungan. Klasifikasi sistem termodinamika berdasarkan pada sifat batas sistem-lingkungan

dan perpindahan materi, kalor dan entropi antara sistem dan lingkungan.

Ada tiga jenis sistem berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan:

1. Sistem Terisolasi: tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan.

Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi.

2. Sistem Tertutup: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak terjadi pertukaran

benda dengan lingkungan. Rumah hijau adalah contoh dari sistem tertutup di mana terjadi

pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan. Apakah suatu

sistem terjadi pertukaran panas, kerja atau keduanya biasanya dipertimbangkan sebagai sifat

pembatasnya:

- pembatas adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas.

- pembatas rigid: tidak memperbolehkan pertukaran kerja.

3. Sistem Terbuka: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda dengan

lingkungannya. Sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda disebut permeabel.

Samudra merupakan contoh dari sistem terbuka.

Dalam kenyataan, sebuah sistem tidak dapat terisolasi sepenuhnya dari lingkungan, karena

pasti ada terjadi sedikit pencampuran, meskipun hanya penerimaan sedikit penarikan

gravitasi. Dalam analisis sistem terisolasi, energi yang masuk ke sistem sama dengan energi

yang keluar dari sistem.

Dalam mempelajari termodinamika, dikenal ada 4 hukum termodinamika yaitu :

• Hukum ke nol termodinamika

• Hukum pertama termodinamika

• Hukum kedua termodinamika

• Hukum ketiga termodinamika

• Hukum ke nol termodinamika

Dua substansi dengan dua sistem berbeda mencapai titik keseimbangan bila

kedua sistem tersebut dihubungkan dengan sistem yang lain ( R.H.Flower)

atau Termometer kontak dengan ruang A (27oC), kemudian dengan ruang B

(210C) yang terisolasi dari A, kedua ruang mencapai kesetimbangan pada

suhu 24oC bila dibuat interkoneksi

• Hukum pertama termodinamika (Azas kekekalan energi)

Perubahan dari keadaan pertama ke keadaan kedua diperlukan panas, akibat

panas --> kerja. Jika panas diberikan pada suatu sistem yang melakukan kerja

mekanik--> energi dalam = fungsi dari keadaan sistem,mis. Tek., vol., suhu

(Joule Thomson) Di bidang medis : Keadaan pertama sakit, keadaan kedua

sembuh, panas yang diberikan = obat/vitamin/energi, atau keadaan pertama ibu

hamil a term, keadaan kedua ibu melahirkan, panas = pengaruh kerja hormon.

• Hukum kedua termodinamika

Efisiensi suatu mesin, kerja efektif 70%, panas terbuang 30% (Carnot) Input

tidak sama dengan output, input 100%, output tidak mungkin 100% à tidak

mungkin semua energi panas à energi mekanik Di bidang medis : kita makan /

minum, normal 70% diserap dan diolah tubuh, 30 % keluar berupa kotoran.

• Hukum ketiga termodinamika

Suatu benda yang suhunya diturunkan secara bertahap sampai temperatur

absolut, gerakan molekulnya berangsur melemah sampai berhenti (Nernzt).

Suhu nol absolut tak mungkin tercapai Semua panas jenis akan mendekati nol

bila temperatur absolutnya mendekati nol. Medis: penyimpanan : obat, organ

tubuh, donor darah, sperma; kuman gerakannya terhenti, bila suhu dinaikkan à

kuman aktif kembali.

ISI

Pengaturan suhu tubuh

• Kesetimbangan panas

• Pengaturan temperatur atau reglasi termal ialah suatu pengaturan secara

kompleks dari suatu proses fisiologis dimana terjadi keseimbangan antara

produksi panas dan kehilangan panas sehingga suhu tbuh dapat dipertahankan

secara kostan.

• Burung atau mamalia secara fisiologis digolongkan dalam “Worm-Blooded”

atau homotermal. Organisme homotermal ini secara umum dapat dikatakan

temperatur tbuh tetapkonstan walaupun suhu lingkungan berubah. Hal ini

karena adanya interaksi secara berantai antara heat produksi (pembentukan

panas) dan heat loss (kehilangan panas). Kedua proses tersebut dalam keadaan

tertent aktifitasnya iaturoleh susunan syaraf pusat yang mana mengatur

metabolisme, sirkulasi (peredaran darah), dan pekerjaan otot-otot skeletal;

sebagai contoh kontraksi otot banyak menghasilkan panas, rumusnya dapat

ditulis :

K = W

H

K = efisiensi

H = energi total (dalam kalori) pada waktu kerja

W = usaha dinyaakan dalam kg M.

• Topografi temperatur badan dan kulit

Temperatur 37 C diterima sebagai termperatur normal tubuh manusia. Untuk

mengukur rata-rata temperatur badan terdapat banyak kesukaran. Di klinik sering

dipakai lokasi pengukuran temperatur pada ketiak (aksila), sub lingual (dibawah

lidah) atau rektal (dubur). Tempratur liang dbur (rektal) 0,3 sampai 0,5 C lebih

tinggi daripada temperatur aksila. Daerah tunh maupun kepala memiliki temperatur

kulit lebih tinggi daripada anggota badan. Untk mengetahui rata-rata temperatur

kulit dignakan metode :

0,07 T kepala + 0,14 Tlengan + 0,05 Ttangan + 0,07 T kaki = 0,13 T betis = 0,09

Tpaha + 0,35 T batang tubuh

Dengan mengtahui temperatur kulit rata-rata maka, dapat menghitung

temperatur tubuh rata-rata

Mean body temperature =

(0,69 x temp. Rektal + (0,33 x temp. Kulit rata-rata))

Kuantitas ini berkaitan dengan panas yang tertampung didalam tubuh manusia

(heat strorage). Untuk menghitug banyaknya panas yang tertampung didalam

tbuh harus dihitung :

Heat storage = temp. Change x spesifik heat x massa

Nilai spesifik heat diperoleh.

Termometrik

Mengetahui panas dinginnya suatu zat dengan mempergunakan indra peraba

merupakan penilaian yang subjektif serta tidak ilmiah. Pengamatan secara itu disebut

pengamatan yang kwalitatif yang justru dapat menyesatkan. Justru itulah diperlukan alat

pengukuran agar hasil yang diperoleh dapat dipertanggungjawabkan.contohnya dengan

menggunakan thermometer.

Termometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu (temperatur), ataupun

perubahan suhu. Istilah termometer berasal dari bahasa Latin thermo yang berarti bahang dan

meter yang berarti untuk mengukur. Prinsip kerja termometer ada bermacam-macam, yang

paling umum digunakan adalah termometer air raksa.

Ada bermacam-macam termometer menurut cara kerjanya:

Termometer raksa 

Termokopel

Termometer inframerah

Termometer Galileo

Termistor

Termometer bimetal mekanik

Sensor suhu bandgap silikon

Merkuri termo

Termometer alkohol 

Perpindahan panas

Perpindahan panas, juga dikenal sebagai aliran panas, pertukaran panas, atau transfer

energi panas adalah gerakan panas dari satu tempat ke tempat lain. Ketika suatu objek pada

berbeda temperatur dari sekitarnya, terjadi perpindahan panas sehingga tubuh dan sekitarnya

mencapai suhu yang sama pada kesetimbangan termal . perpindahan panas spontan tersebut

selalu terjadi dari daerah bersuhu tinggi ke wilayah lain di suhu yang lebih rendah seperti

yang disyaratkan oleh hukum kedua termodinamika .

Dalam rekayasa, energi transfer oleh panas antara obyek diklasifikasikan sebagai

konduksi panas , juga disebut difusi, dari dua objek dalam kontak, oleh fluida konveksi , yang

merupakan campuran fluida daerah dingin dan panas, dan radiasi termal , transmisi

elektromagnetik radiasi dijelaskan oleh benda hitam teori. Namun, para insinyur juga

mempertimbangkan transfer massa yang berbeda spesies kimia, baik dingin atau panas, untuk

mencapai transfer panas.

Ada sejumlah mode yang berbeda, perpindahan panas:

• Konduksi atau difusi: Transfer energi antara objek dalam kontak fisik

• Konveksi: Transfer energi antara objek dan lingkungannya, karena gerakan fluida

• Radiasi: Transfer energi dari atau ke tubuh dengan emisi atau penyerapan radiasi

elektromagnetik

UNIT TERMOGRAFI KLINIK

Hal-hal yang dapat didiagnosis dengan mempergunakan tehnik termografi yatu :

• Carcinoma mammia (kanker mamma)

• Vascular disease (penyakit pembulh draha)

• Untuk follow up pada penderita post operatif oleh karena diabetes (penyakit

kencing manis)

• Untuk cerebral vascular disease.

• Arthritis acuta

• Patello (femoral pain(nyeri pada persendian lutut)

• Primary erythemalgia

• Terapi panas

Dua efek terapi utama terjadi di daerah yang panas, ada peningkatan metabolisme

menghasilkan relaksasi sistem kapiler dan ada peningkatan aliran darah untuk mendinginkan

daerah yang dipanaskan. Relaksasi dan peningkatan aliran darah bermanfaat bagi jaringan

yang rusak, meskipun rincian tindakan terapeutik tidak dipahami dengan baik . Metode ini

adalah pemanasan konduktif inframerah, pemanasan gelombang radio, dan pemanasan

gelombang ultrasonik.

Radiasi panas digunakan untuk memanaskan permukaan tubuh. Ini bentuk yang

sama panas yang kita rasakan dari matahari atau dari api terbuka. Paparan yang berlebihan

menyebabkan kemerahan dan kadang-kadang pembengkaka. Kontak yang terlalu lama

menyebabkan browning atau pengerasan kulit. Pemanasan radiasi umumnya digunakan untuk

kondisi yang sama seperti pemanasan konduktif, tetapi dianggap lebih fektif karena panas

dapat menembus lebih dalam.

Panas dari diathermy dapat menembus lebih dalam ke dalam tubuh dari panas

pancaran dan konduktif. Ini berguna untuk pemanasan internal dan telah digunakan dalam

pengobatan peradangan bursitis, kerangka, dan neuralgia.

Microwave diathermy adalah bentuk lain dari energi elektromagnetik, biasanya lebih

mudah diterapkan dari diathermy gelombang pendek. Gelombang mikro yang dihasilkan

dalam tabung khusus disebut magnetron yang dipancarkan dari aplikator. Gelombang mikro

dari antena menembus jauh ke dalam jaringan sehingga menyebabkan kenaikan suhu dan

pemanasan yang mendalam. Microwave diathermy digunakan dalam pengobatan patah

tulang, keseleo ,bursitis, cedera tendon dan radang sendi.

Gelombang ultrasonik juga digunakan untuk pemanasan dalam jaringan tubuh.

gelombang ini sangat berbeda dari gelombang elektromagnetik . Mereka menghasilkan gerak

mekanik seperti gelombang suara tetapi frekuensinya jauh lebih tinggi. Gelombang

ultrasonik bergerak melalui tubuh partikel dalam jaringan yang gerakkannya maju mundur.

Gerakan ini serupa dengan micromassage dan hasilnya adalah pemanasan jaringan.

Pemanasan ultrasonik berguna dalam pengobatan bekas luka yang sering terjadi pada

penyakit sendi. Ini sangat membantu sendi yang memiliki gerak terbatas. Hal ini berguna

untuk menyimpan panas pada tulang karena menyerap energi gelombang bunyi yang lebih

efektif dari pada jaringan lunak.

• Penggunaan dingin dalam pengobatan

Cryogenik adalah ilmu dan teknologi untuk memproduksi dan menggunakan suhu yang

sangat rendah. Studi tentang pengaruh suhu rendah dalam biologi dan kedokteran disebut

Cryobiology. Penyimpanan cairan kriogenik selalu menjadi masalah. Kebanyakan wadah

penyimpanan cairan biasanya tidak memuaskan karena menyerap sejumlah besar kalor secara

konduksi, konveksi, dan radiasi. Sebuah peningkatan yang signifikan adalah wadah

terisolasi. Wadah ini terbuat dari kaca tipis untuk meminimalkan kerugian konduktif. Ini

memiliki ruang vakum untuk menghilangkan kerugian konveksi, dan sisinya yaitu perak.

Wadah yang menyerupai botol termos ini digunakan untuk menyimpan minuman panas dan

dingin.

Metode kriogenik di gunakan dalam pengobata n untuk pengawetan jangka panjang darah,

sperma, sumsum tulang, dan jaringan.

• Cryosurgery

Metode cryogenic digunakan untuk menghancurkan sel-sel aplikasi yang disebut

cryosurgery. Cryosurgery memiliki beberapa keunggulan yaitu:

1. ada sedikit pendarahan di daerah yang hancur.

2. volume jaringan hancur dapat dikontrol

3. ada rasa sakit sedikit karena suhu rendah cenderung menurunkan rasa terhadap saraf.

Salah satu yang pertama kali menggunakan cryosurgery adalah dalam pengobatan

penyakit Parkinson, penyakit yang berhubungan dengan ganglion basal otak. Menyebabkan

tidak terkendali di lengan dan kaki. Hal ini dimungkinkan untuk menghentikan getaran

dengan pembedahan dengan menghancurkan bagian talamus di otak yang mengontrol

transmisi impuls saraf ke bagian lain dari sistem saraf.

Jaket vakum bertindak sebagai insulator untuk dinding temperatur yang variab.

Dalam pengobatan penyakit parkinson, ujung probe didinginkan hingga -10 C dan pindah ke

daerah yang sesuai dengan talamus. Menyebabkan pembekuan sementara daerah ini. Daerah

beku akan pulih jika ujung probe akan dihapus dalam waktu kurang dari 30 detik. Pasien

harus sadar selama prosedur sehingga ahli bedah dapat mengamati saat goncangan berhenti.

Ini berarti bahwa penyelidikan telah mencapai wilayah yang benar dari talamus. Wilayah ini

kemudian dihancurkan oleh pembekuan selama beberapa menit pada suhu mendekati -85 C.

Setelah pembekuan, ujungnya hangat dan dihapus. Jaringan menghancurkan suatu bentuk

setelah pencairan dan tidak mengganggu fungsi tubuh normal. Pasien hampir selalu

menunjukkan manfaat langsung dan periode pemulihan pasca operasi sangat pendek

dibandingkan dengan operasi otak besar.

KESIMPULAN

Jadi, termodinamika merupakan ilmu yang mempelajari berbagai fenomena energi yang

berubah-ubah karena adanya aliran panas dan usaha yang dilakukan. Sebagai contoh, ketika

suatu zat padat (besi atau sejenisnya) dipanaskan maka semakin lama akan terjadi pemuaian.

Pada proses ini terdapat suatu pemindahan panas dan juga bekeja suatu gaya yang

mengakibatkan timbulnya suatu usaha. Dengan kata lain, hanya dengan mempelajari

termodinamika, bukan hanya fenomena suhu, tetapi juga berbagai sifat gas, larutan zat padat,

dan reaksi kimia.

Berdasarkan hukum-hukum termodinamika yang berlaku, ternyata tidak hanya digunakan

pada mesin-mesin saja. Melainkan juga dapat digunakan dan diaplikasikan dalam bidang

kedokteran. Antara lain termometer yang dapat digunakan untuk menentukan laju dan

tingkatan reaksi panas di dalam tubuh. Terapi panas untuk meningkatkan metabollisme dan

sirkulasi pembuluh darah dengan menggunakan metode konduksi , radiasi, dan konveksi agar

panas bisa ditransferkan ke dalam tubuh.

DAFTAR PUSTAKA

Gabriel, J.F., Fisika Kedokteran. Jakarta: EGC, 1996.

Warner, Cecil. F, dasar-Dasar Thermodinamika Untuk Insinyur, (Jakarta : PT Balai

Pustaka,1985)