Bab3TemperaturdanPanasBaru Web

Co

urs

e O

utli

ne

B3.1 This document can be used only for educational purposes Corresponding author : [email protected] Phone : (022) 6624781 or 081321266714

Dr. Horasdia SARAGIH Physics in Biology and Medicine

A P P L I E D P H Y S I C S S C I E N C E

BAB 3

Temperatur dan Panas I. TUJUAN INSTRUKSIONAL UMUM (TIU) MATA KULIAH FISIKA KESEHATAN Memberi pengetahuan tentang konsep-konsep fisika yang terjadi pada tubuh manusia dan hubungannya dengan interaksinya terhadap lingkungan, sehingga membangun pemahaman yang sempurna untuk dapat menganalisis segala proses atau kejadian pada dan di dalam tubuh yang berkaitan dengan proses penyembuhan dan penjagaan kesehatan. II. POKOK BAHASAN DAN TIU POKOK BAHASAN POKOK BAHASAN TEMPERATUR DAN PANAS Memberi pengetahuan tentang konsep temperatur dan panas secara umum yang dilanjutkan dengan konsep fisis yang berkaitan dengan temperatur dan panas pada tubuh manusia dan hubungannya dengan interaksinya terhadap lingkungan, sehingga membangun pemahaman yang sempurna terhadap segala proses atau kejadian pada dan di dalam tubuh yang berkaitan dengan temperatur dan energi panas. III. SUB POKOK BAHASAN DAN SASARAN BELAJAR

Sub Pokok Bahasan : 1. Arti Temperatur dan Panas 2. Atom, Molekul dan Fase Suatu Materi 3. Muai Termal 4. Panas Sebagai Akibat Perubahan Temperatur 5. Panas Jenis 6. Perubahan Fase dan Panas Laten 7. Penguapan dan Kelembapan Relatif 8. Situasi Terjadinya Perubahan Fase Sekaligus Perubahan Temperatur 9. Metode Transfer Energi Panas 10. Panas dan Tubuh Manusia 11. Diagnostik dan Terapi Panas Pada Tubuh Manusia

Co

urs

e O

utli

ne




Sasaran Belajar :

Setelah mengikuti kuliah ini, mahasiswa dapat : 1. Mendefenisikan arti temperatur dan panas, dan membedakan fenomena fisis dan teknik pengukurannya

pada tubuh manusia 2. Menerangkan bagaimana respon suatu atom atau molekul pada tubuh manusia apabila menerima atau

melepas energi panas, dan mengaitkannya terhadap arti temperatur yang terukur 3. Menerangkan bagaimana proses muai termal terjadi pada tubuh manusia apabila menerima dan melepas

energi panas dari lingkungannya, dan menerangkan manfaat- serta efek samping yang diakibatkannya 4. Menerangkan bagaimana proses aliran energi panas terjadi antara dua tubuh yang bersentuhan yang

temperaturnya berbeda dalam proses penanggulangan panas tubuh manusia 5. Memberikan contoh serta karakteristik suatu materi penyerap panas yang baik dan yang buruk 6. Menerangkan bagaimana proses penurunan panas pada tubuh manusia dengan menggunakan cairan

seperti air dan alkohol 7. Menerangkan mengapa alkohol lebih efektif digunakan untuk menurunkan panas tubuh manusia

dibandingkan dengan air jika udara di lingkungan relatif lembab 8. Menerangkan mengapa manusia bila beraktifitas di tempat yang panas atau berolah raga selalu

berkeringat dan menerangkan bagaimana keringat itu dapat membantu menstabilkan temperatur tubuh dan efek yang diakibatkan bila proses penguapannya terganggu

9. Memberi contoh tentang cara-cara untuk menghangatkan atau mendinginkan tubuh dengan metode transfer energi panas

10. Menerangkan bagaimana tubuh dapat menghasilkan panas dan mendistibusikannya untuk menjaga kesehatan

11. Menerangkan proses kerja alat-alat diagnostik dan terapi panas pada tubuh manusia

IV. ALAT DAN MEDIA EVALUASI

Alat evaluasi terhadap tingkat keberhasilan belajar mahasiswa adalah seperangkat soal-soal pilihan berganda dan essay.

IV. DAFTAR PUSTAKA 1. Hill, C.R. (Physics Department, Institute of Cancer Research, UK), Physical Principles of Medical

Ultrasonics, 2nd Edition, John Wiley & Sons Ltd., UK, 2004. 2. Davidovits, P. (Boston College Massachusetts, USA), Physics in Biology and Medicine, Second Edition,

Elsevier Science, Academic Press, USA, 2001. 3. Aston, R. (Pennsylvania State University, USA), Principles of Biomedical Instrumentation and

Measurement, Macmillan Publ. Company, USA, 1990. 4. Urone, P.P. (California State University, USA), Physics With Health Science Applications, John Wiley &

Sons, Inc. USA, 1986. 5. Cameron ,J.R. (University of Wisconsin, USA), Medical Physics, John Wiley & Sons, Inc. USA, 1976.

Co

urs

e O

utli

ne

B3.3

BAB 3

Temperatur dan Panas

Energi utama yang menghiasi kehidupan di permukaan bumi ini adalah energi panas, yang secara fenomenologis ditunjukkan oleh temperaturnya. Manusia, terkait dengan kesehatan tubuhnya, diberlangsungkan tanpa dapat dilepaskan dari energi panas. Energi panas yang terdapat di dalam tubuh yang dapat diukur secara fisis melalui nilai temperaturnya terus menerus diproduksi oleh sel-sel melalui proses metabolisma yang bertujuan untuk menjaga kestabilan kesehatan tubuh.

Di dalam bab ini kita akan mengkaji tentang konsep-konsep fisis energi panas, baik yang diproduksi atau yang diserap oleh tubuh manusia. Setelah konsep-konsep fisis ini terfahami dengan baik, kajian selanjutnya dilengkapi dengan berbagai terapannya baik untuk mengatasi berbagai penyakit maupun mencegah timbulnya penyakit.

Penguasaan terhadap materi yang diuraikan pada bab ini akan menghantarkan mahasiswa pada pemahaman tentang begitu besarnya peran energi panas pada bidang kesehatan di kehidupan nyata, dan selanjutnya dapat meluaskan wawasannya sehingga mampu mengembangkan kreatifitas berfikir untuk memproduksi ide-ide baru terhadap pemanfaatan energi panas pada bidang kesehatan dalam bentuk konsep-konsep ataupun mengembangkannya pada bidang rekayasa peralatan medis. Untuk tujuan itu uraian ini kita awali pada kajian konsep dasarnya. 3.1. Arti Temperatur dan Panas

Kata temperatur dan panas sering sekali disamakan oleh banyak pembaca, padahal arti kedua kata itu adalah berbeda. Temperatur adalah sifat dari suatu materi (benda) yang dikaitkan dengan rata-rata energi kinetik atom-atom atau molekul-molekul materi tersebut, sementara panas adalah suatu bentuk energi. Hubungan keduanya adalah, besar energi panas yang terkandung di dalam suatu benda dapat dihitung dengan menggunakan nilai temperaturnya.

Gambar 3.1. Pengukuran temperatur dahi seorang anak dengan menggunakan termometer elektrik. Sisipan, termometer air raksa.

Apabila energi panas diberikan pada suatu benda, maka efek yang ditimbulkannya adalah naiknya temperatur benda tersebut. Beberapa efek lain dapat juga terjadi, misalnya perubahan fase benda. Suatu logam apabila terus menerus dipanaskan dapat berubah menjadi cair (meleleh), artinya terjadi perubahan fase dari padat ke cair. Air apabila terus menerus dipanasi dapat berubah menjadi uap.



This document can be used only for educational purposes Corresponding author : [email protected] Phone : (022) 6624781 or 081321266714

Co

urs

e O

utli

ne

B3.2

Temperatur merupakan suatu besaran hasil pengukuran sifat fisis benda (materi) yang berkaitan dengan energi panas yang dikandungnya (gambar 3.1). Temperatur suatu benda merupakan besaran yang secara unik menentukan apakah benda itu panas atau dingin. Temperatur suatu materi diukur dengan termometer (gambar 3.1).

Panas atau dinginnya suatu benda merupakan keadaan relatif yang dibandingkan terhadap keadaan benda lain. Misalnya, api relatif lebih panas dari pada es. Satuan besaran temperatur adalah derajat Celsius. Satuan lain juga sering digunakan, seperti derajat Fahrenheit dan Kelvin. Kesetaraannya, masing-masing adalah:

( ) ( ) ooo 32 CT59 FT +=

( ) ( ) ooo 32 - FT95 CT = (3.1)

( ) ( ) 273,15 CTKT o += 3.2. Atom, Molekul dan Fase Suatu Materi

Atom adalah satuan terkecil dari suatu elemen. Molekul adalah tersusun dari beberapa atom yang saling berikatan secara unik dan merupakan satuan terkecil dari suatu paduan. Molekul air yang dirumuskan secara kimia sebagai H2O tersusun dari 2 atom H (hydrogen) dan 1 atom O (oksigen) (gambar 3.2).

Suatu materi (benda) dapat berada pada berbagai fase, seperti: padat, cair atau gas. Air dapat menjadi padat, yaitu menjadi Es. Air dapat pula menjadi gas, yaitu: uap, jika terus menerus dipanaskan. Jadi air bisa menjadi padat, cair dan gas. Atom-atom dari molekul pada zat padat seperti logam adalah (dipandang) terikat oleh suatu pengikat semacam pegas (gambar 3.3a). Atom-atom tersebut dapat bergerak hanya bolak-balik menjauhi dan mendekati atom-atom tetangga terdekatnya. Gaya yang dihasilkan oleh pegas membuat atom tetap terikat dan berosilasi (bergerak bolak-balik) di sekitar tempatnya.

Gambar 3.2. Molekul air H2O yang tersusun dari 2 atom H (hydrogen) dan 1 atom O (oxygen). Gambar 3.3. (a) Atom suatu zat padat yang saling berikatan, dimana pengikatnya dinyatakan seperti pegas. (b) Molekul-molekul zat cair yang dapat bergerak relatif lebih bebas namun tidak dapat terus menerus menjauhi atau mendekati molekul tetangganya. (c) Molekul-molekul suatu zat dalam bentuk gas, dimana dapat bergerak sangat bebas dan gaya antar molekul sangat lemah.




Co

urs

e O

utli

ne

B3.3

Suatu benda padat secara mekanik adalah keras dan bentuknya selalu tetap. Hal ini terjadi karena atom-atom terjaga ketat pada tempatnya oleh gaya pegas tersebut. Molekul (ikatan unik beberapa atom) di dalam suatu cairan (bahan cair) dapat bergerak lebih bebas, misalnya mengitari molekul tetangga terdekatnya (gambar 3.3b). Namun, molekul tersebut tidak dapat bergerak terlalu jauh atau teralu dekat dari molekul yang lainnya. Gaya yang ada akan menjaga molekul-molekul cairan tidak terlepas dan tidak terlalu berdekatan. Akan tetapi molekul-molekul tersebut dengan mudah dapat meluncur pada berbagai arah. Oleh karena itu suatu cairan akan mudah mengalir dan mengubah bentuknya. Suatu cairan yang apabila dimasukkan ke dalam suatu botol akan berbentuk botol.

Molekul-molekul suatu gas adalah sangat berjauhan satu dengan lainnya (gambar 3.3c). Karena begitu jauhnya jarak antar molekul sehingga gaya pengikat antar molekul menjadi sangat lemah. Oleh karena itu, molekul-molekul suatu gas adalah hampir saling bebas dengan yang lainnya. Dengan demikian akan mudah untuk menguap.

Molekul-molekul seperti ditunjukkan pada gambar 3.3 selalu berada dalam keadaan bergerak. Molekul dari semua benda di alam ini selalu bergerak. Molekul-molekul pada suatu zat padat terus menerus bergerak di sekitar titik pusatnya. Kecepatan gerak molekul-molekul tersebut bervariasi yang tersebar pada suatu interval nilai tertentu. Yang dapat kita ukur adalah kecepatan rata-rata seluruh molekul. Rata-rata kecepatan geraknya bergantung pada temperatur benda. Gerak molekul-molekul menghasilkan suatu energi kinetik (Ek = ½ mv2 ; v adalah kecepatan molekul dan m adalah massanya). Jadi, energi kinetik molekul-molekul benda secara langsung bergantung pada temperatur benda itu. Benda yang memiliki temperatur yang lebih tinggi memiliki energi kinetik molekul yang lebih besar, karena energi kinetik berbanding lurus dengan kecepatan. 3.3. Muai Termal (Thermal Expansion)

Semua materi yang apabila dinaikkan temperaturnya (dipanaskan), akan memuai. Memuai artinya bertambah panjang (1 dimensi), bertambah luas (2 dimensi) atau bertambah besar volumenya (3 dimensi). Sebaliknya, apabila temperaturnya diturunkan (didinginkan), benda akan menyusut. Hal ini terjadi berkaitan dengan energi kinetik rata-rata molekul tadi. Memuai disebabkan oleh naiknya energi kinetik rata-rata molekul sehingga harus menambah ruang geraknya, dan menyusut disebabkan oleh turunnya energi kinetik rata-rata molekul.

Penambahan kecepatan rata-rata molekul akibat naiknya temperatur menyebabkan bertambahnya jarak rata-rata molekul di dalam bahan sehingga menambah volume benda (kasus 3 dimensi). Perubahan panjang suatu benda misalnya (kasus 1 dimensi) akibat terjadinya perubahan temperatur dinyatakan oleh (lihat gambar 3.4):

TLL Δ=Δ α (3.2) dimana ΔL adalah perubahan panjang benda, ΔT adalah perubahan temperatur, dan α adalah koefisien muai linier benda. Persamaan 3.2 berlaku pada benda yang tidak mengalami perubahan fase. Gambar 3.4. Sepotong batang besi dengan panjang L pada temperatur ruang 360C (a), kemudian batang besi tersebut dipanaskan sampai mencapai temperatur 900C, batang besi memuai sepanjang ΔL (b).

Tubuh juga demikian. Molekul-molekul yang terdapat di dalam tubuh (molekul-molekul pada sel penyusun tubuh) akan memuai bila dipanaskan. Energi kinetik rata-rata molekulnya akan bertambah. Tubuh kita akan bertambah volumenya bila temperaturnya naik (panas). Sebaliknya, akan menyusut volumenya bila temperaturnya diturunkan (kedinginan).

360C

L (a)

900C

L ΔL (b)




Co

urs

e O

utli

ne

B3.4

3.4. Panas Sebagai Akibat Perubahan Temperatur

Jika suatu logam panas dimasukkan ke dalam suatu ember yang berisi air dingin, logam akan segera menjadi dingin dan air yang ada di dalam ember akan menjadi bertambah panas. Terjadi proses pertukaran energi panas antara logam dan air. Proses pertukaran energi panas akan terus menerus berlangsung sampai temperatur logam dan air sama. Karena temperatur dikaitkan dengan energi kinetik rata-rata molekul pada suatu sistim, nyatalah pada kasus ini bahwa energi dialirkan dari logam ke air karena energi kinetik molekul-molekul logam lebih besar dibanding energi kinetik molekul air. Kalau begitu, panas didefenisikan sebagai energi yang mengalir karena adanya perbedaan temperatur. Di alam ini, energi panas selalu mengalir dari sistim yang lebih penas ke sistim yang lebih dingin, proses aliran akan terus berlangsung sampai temperatur kedua sistim sama. Jadi energi panas suatu benda erat kaitannya dengan perubahan temperaturnya. Bila energi panas dialirkan ke dalam suatu sistim maka temperatur sistim tersebut akan naik. Sebaliknya, bila energi panas diserap dari suatu sistim maka temperatur sistim akan menurun.

Bila seorang bayi berada dalam kondisi sakit panas, maka energi panas yang dihasilkan tubuh bayi tersebut dapat kita serap (alirkan) ke tubuh kita dengan cara mengontakkan tubuh kita dengan tubuh bayi itu (berpelukan), sehingga temperatur tubuh bayi dapat kita turunkan. Proses aliran energi panas antara tubuh bayi dan tubuh kita akan berakhir bila temperatur keduanya telah sama. 3.5. Panas Jenis (Specific Heat)

Jumlah energi panas (disimbolkan dengan huruf Q) yang dibutuhkan untuk mengubah temperatur suatu benda

bergantung pada: massa benda (m), perubahan temperatur yang dikehendaki (ΔT), dan panas jenis benda (s). Dalam bentuk perumusan hal tersebut dinyatakan sebagai :

TmsQ Δ= .. (3.3) dimana Q adalah jumlah energi panas, m adalah massa benda, dan s adalah panas jenis benda. Berbagai jenis benda memiliki nilai s yang beragam. Oleh karena itu sejumlah energi panas (Q) tertentu akan berbeda pengaruhnya terhadap perubahan temperatur untuk benda yang berbeda.

Permasalahan aktual terhadap hal di atas misalnya adalah tubuh manusia. Tubuh yang gemuk (massanya besar) akan lebih banyak menyerap energi panas bila dibandingkan dengan tubuh yang kurus. Dan tubuh yang gemuk (yang banyak mengandung lemak) memiliki nilai s yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan tubuh yang kurus. Itulah sebabnya tubuh yang gemuk lebih cepat menyerap energi panas dari pada tubuh yang kurus.

Satuan energi panas (Q) dalam sistim CGS adalah kalori, disingkat dengan kal dan dalam sistim MKS adalah Joule, disingkat dengan huruf J. 1 kal = 4,186 J. Satuan panas jenis (s) adalah joule per kilogram per derajat Celsius (J/kg.oC). Untuk mempertajam pemahaman saudara, baik kita telusuri penerapannya pada contoh berikut. Contoh : Seberapa besar energi panas (Q) yang dibutuhkan untuk menaikkan 50C temperatur dari 200 gr air ? (sa = 1 kal/g.0C) Jawab : Qa = sa ma ΔT = (1 kal/g.0C)(200 gr)(50C) = 1000 kal. 3.6. Perubahan Fase dan Panas Laten

Apabila beberapa butir es batu dimasukkan ke dalam segelas air bertemperatur 00C, maka air tersebut akan menjadi dingin (dibawah 00C), dan jadilah segelas air dingin. Es batu akan menjaga air itu tetap dingin untuk beberapa saat, dan kemudian secara perlahan es-nya mulai mencair. Es batu pada awalnya memiliki temperatur di bawah 00C. Ketika dimasukkan ke dalam segelas air itu, temperaturnya akan naik menjadi 00C, kemudian




Co

urs

e O

utli

ne

B3.5

selanjutnya mulai mencair. Karena temperatur lingkungan dimana segelas air itu berada adalah lebih tinggi dari temperatur air di dalam gelas, berarti ada aliran energi panas dari lingkungan ke dalam air.

Aliran energi panas ini, seperti telah diterangkan sebelumnya, seharusnya menaikkan temperatur air di dalam gelas di atas 00C. Tapi pada kenyataannya temperatur air tersebut tidak naik di atas 00C sampai seluruh es batu mencair. Kalau begitu kenyataannya, kemana energi panas yang telah dialirkan itu digunakan ? Dari kasus ini jelaslah energi panas yang dialirkan pada air yang di dalam gelas digunakan untuk mencairkan es batu yang ada di dalamnya. Artinya, terjadi perubahan fase pada es yang awalnya padat menjadi cair, dan untuk melaksanakan perubahan fase tersebut dibutuhkan sejumlah energi panas yang disuplai dari luar. Dibutuhkan 80 kalori energi panas untuk mencairkan 1 gram es batu.

Energi yang dibutuhkan untuk mengubah fase suatu materi jauh lebih besar bila dibandingkan dengan energi yang butuhkan untuk mengubah temperaturnya. Untuk mengubah temperatur 1 gram air dari 00C ke 800C, dibutuhkan energi panas sebesar 80 kalori. Sejumlah energi panas harus diberikan kepada es batu untuk mencairkannya. Sebaliknya sejumlah energi panas harus disedot dari suatu air untuk membekukannya menjadi es.

Pada saat energi panas yang diberikan kepada es batu digunakan untuk mengubah fasenya dari padat ke cair, energi panas tersebut diserap dan tidak untuk menaikkan temperaturnya. Es pada 00C akan mulai mencair, dan akan terus menyerap energi panas untuk terus mencairkan dirinya. Dan pada saat seluruh dirinya cair, temperaturnya tetap 00C. Proses penaikan temperatur baru terjadi apabila proses perubahan fase telah berlangsung sempurna. Apabila telah cair dengan sempurna, penyerapan energi panas baru akan menaikkan temperaturnya. Air mendidih pada saat 1000C akan terus menyerap energi panas untuk mengubah fasenya menjadi uap. Air pada saat 00C apabila terus ditarik energi panasnya akan membeku pada 00C. Apabila seluruh air telah membeku, penarikan energi panas darinya baru akan mengurangi temperaturnya di bawah 00C.

Untuk memahami kemana perginya energi panas selama proses perubahan fase, mari perhatikan proses pencairan es batu. Proses ini membutuhkan energi panas dari luar. Ada gaya tarik antar molekul es yang harus dilawan selama proses pencairan. Gaya tarik yang dimaksud adalah gaya pegas seperti yang diterangkan sebelumnya. Gaya tarik pegas ini harus dirusak agar molekul dapat lepas dari ikatan molekul tetangga terdekatnya, dan sejumlah energi tertentu dibutuhkan untuk itu. Sejumlah energi yang dibutuhkan tersebut berbanding lurus dengan jumlah molekul yang saling berikatan dan juga kekuatan ikatan antar molekul. Perumusannya dinyatakan sebagai :

fmhQ = (3.4a)

dimana m adalah massa benda, hf adalah panas pelelehan (heat of fusion).

Untuk proses perubahan fase dari cair ke uap karakteristik ini dinyatakan sebagai hv yang berarti panas penguapan, dan dinyatakan sebagai:

vmhQ = (3.4b)

Panas pelelehan dan panas penguapan adalah jumlah energi panas yang dibutuhkan persatuan massa untuk mengubah fase. Satuannya adalah kalori per gram. hf dan hv bergantung pada besar gaya antar molekul. Karena energi yang dibutuhkan untuk melelehkan atau menguapkan suatu materi tidak menghasilkan suatu perngubahan pada temperatur, maka seolah-olah energi panas itu hilang. Oleh karena itu energi panas seperti itu disebut sebagai panas latent (tidak kelihatan, tapi ada).

Bila kita ingin menurunkan panas tubuh seorang bayi yang sedang sakit panas, dapat dilakukan juga dengan mengoleskan cairan alkohol di tubuhnya. Cairan alkohol akan mendapat energi panas (Q) dari tubuh (alkohol menyerap panas tubuh) dan energi panas tersebut akan mengubah fase alkohol dari cair menjadi uap (hv) sehingga meninggalkan permukaan tubuh. Hal tersebut dilakukan secara berulang sampai panas tubuh bayi menurun. Panas yang diserap untuk mengubah fasenya tersebut disebut panas laten.

Untuk penerapan lain dapat kita lihat dari contoh berikut : 800 gr air yang suhunya 00C akan dibekukan di dalam suatu kulkas. Laju rata-rata pengurangan panas yang dapat dilakukan oleh mesin kulkas terhadap air adalah 15 kalori/detik. Berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk membekukan semua air itu ? (hf air = 80 kalori/gram). Jawab : Jumlah energi yang harus disedot dari air untuk membekukannya adalah :




Co

urs

e O

utli

ne

B3.6

fmhQ = = (800 gr)(80 kal/gr) = 6,4x104 kal. Waktu yang dibutuhkan untuk membekukan seluruh air adalah :

menit 11 jam, 1det4,27x10

15kal/detkal6,4x10

tQQt

3

4

==

==

3.7. Penguapan dan Kelembapan Relatif

Pada kehidupan sehari-hari lajim terjadi bahwa untuk menguapkan air, maka terlebih dahulu air tersebut dipanaskan sampai mendidih, kemudian energi panas terus diberikan agar air menjadi menguap. Tapi sering juga kita melihat bahwa air dapat menguap tanpa melalui proses mendidih. Bukan saja air, materi yang lain dapat juga mengalami hal yang sama. Air di selokan dapat menguap dan habis tanpa harus melalui proses mendidih. Bahkan batu es dapat menguap tanpa melalui proses pencairan. Artinya, air dapat diuapkan walaupun suhunya tidak sampai 1000C dan es dapat diuapkan walaupun suhunya 00C. Bagaimana proses ini terjadi ?

Gambar 3.5. (a) Penguapan dari air yang berada di dalam wadah terbuka, (b) Pengembunan uap air pada wadah tertutup.

Seperti telah diterangkan sebelumnya bahwa atom-atom atau molekul-molekul penyusun suatu materi secara terus menerus bergerak berosilasi dengan kecepatan tertentu yang oleh karenanya memiliki energi kinetik. Gerakan osilasi itu memiliki arah yang sangat acak (random), sangat tidak teratur. Oleh karena ketidak-teraturan itu, akan ada beberapa atom atau molekul yang memiliki kecepatan gerak yang lebih besar dari kecepatan rata-ratanya. Apabila kecepatan gerak yang berlebih ini menghasilkan energi kinetik yang dapat melawan gaya tarik antar atom atau antar molekul, maka atom atau molekul dengan kecepatan berlebih tersebut akan lepas dari sistim dan selanjutnya menguap (gambar 3.5a). Proses itu akan dapat terjadi secara terus menerus.

(a) (b)




Co

urs

e O

utli

ne

B3.7

Tabel 1. Rapat saturasi uap air di udara

Temperatur (0C)

Kerapatan Saturasi Uap Air (gr/cm3)

-10 0 5 10 15 20 25 30 37 40 60 80 95 100 200

2,36 4,85 6,80 9,40 12,83 17,30 23 30,40 44 51,10 130,50 293,80 505 598 7840

Penguapan air akan mempengaruhi kelembapan udara. Sebaliknya, kelembapan udara mempengaruhi laju penguapan air. Kelembapan dikaitkan dengan seberapa banyak uap air yang terkandung di udara. Kelembapan yang tinggi menyebabkan laju penguapan air jadi rendah. Pada temperatur tertentu, udara memiliki kapasitas tertentu untuk menampung uap air. Kapasitas tampung ini akan bertambah apabila temperatur udara ditinggikan. Hubungan rapat uap air yang dapat ditampung di udara dengan temperatur udara ditunjukkan pada table 1.

Kelembapan relatif (relative humadity) adalah didefenisikan sebagai perbandingan antara kerapatan uap real terhadap kerapatan uap saturasi, dimana kerapatan uap saturasi adalah jumlah maksimum uap air yang dapat berada di udara pada temperatur tertentu. Ungkapan kuantitatifnya dinyatakan sebagai:

x100saturasi uaprapat uaprapat kelembapan Relatif % = (3.5)

Apabila kelembapan relatif dinyatakan 100%, hal tersebut memberi arti bahwa uap air di udara secara total

telah bersaturasi. Kelembapan relatif bergantung pada temperatur. Sebagai contoh, jika udara dengan kelembapan relatif 100% pada 200C dipanaskan menjadi 300C, kelembapan relatifnya turun menjadi 17,3/30,4 = 57% (lihat tabel 1). Bila udara ini kembali didinginkan menjadi 200C, pengembunan (condensation) akan terjadi untuk membuang uap air yang berlebih yang terkandung di udara tersebut. Hal ini terjadi karena kelembapan relatif tidak mungkin di atas 100%. Hujan terjadi oleh karena proses seperti itu.

Sebagaimana telah disebutkan bahwa kelembapan udara mempengaruhi laju penguapan air. Ada dua alasan kelembapan relatif mempengaruhi laju penguapan. Pertama, jika penguapan terjadi maka akan menambah kelembapan relatif menuju ke 100%, selanjutnya uap air yang terus terjadi akan menyebabkan proses pengembunan uap yang telah ada di udara untuk memisahkan diri dari udara sehingga kelembapan relatif tidak melibihi 100%. Kedua, molekul air di udara dapat saja membentuk butiran-butiran es akibat pembekuan uap air yang terlalu banyak akibat laju penguapan yang tinggi (gambar 3.5b).

Untuk kesehatan tubuh, kelembapan relatif yang dibutuhkan adalah sekitar 40-50%. Kelembapan yang lebih rendah dari selang nilai ini akan mengakibatkan kulit menjadi kering oleh karena terjadi penguapan yang dipaksa pada permukaan kulit, juga dapat menyebabkan berbagai penyakit pernafasan karena udara kering akan kita hirup dan masuk ke dalam paru-paru dan udara itu akan mengikis butir-butir air di membran paru-paru dan dinding tenggorokan sehingga membran paru-paru dan dinding tenggorokan menjadi kering sehingga dapat menimbulkan penyakit pernafasan.




Co

urs

e O

utli

ne

B3.8

Contoh lain, kelembapan yang terlalu tinggi (lebih tinggi dari 40-50%) akan memaksa laju penguapan keringat pada tubuh terhambat karena udara di sekitar kita tidak mampu menangkap uap keringat sehingga menyebabkan perasaan panas yang tidak menyenangkan. Air keringat sulit sekali menguap dari tubuh. Keringat pada tubuh sebaiknya cepat kering melalui penguapan untuk menghindari pengendapannya di pori-pori.

3.8. Situasi Terjadinya Perubahan Fase Sekaligus Perubahan Temperatur

Mengapa seseorang berkeringat ketika ia berada pada tempat yang panas? Tubuh manusia selalu melakukan aktifitas metabolisme. Proses metabolisme ini meningkatkan temperatur tubuh. Untuk menghindari peningkatan temperatur tubuh yang berlebihan akibat proses metabolisme, laju aliran darah ke permukaan tubuh, yaitu ke kulit, akan meningkat untuk membawa energi panas yang berlebih tersebut untuk dikeluarkan dari tubuh melalui permukaan kulit sehingga temperatur tubuh dapat terjaga konstan sekitar 360C.

Pembuangan energi panas dari tubuh ke lingkungan ini hanya dapat terjadi apabila temperatur lingkungan lebih rendah dari temperatur tubuh. Apabila temperatur lingkungan lebih tinggi dari temperatur tubuh (misalnya pada saat terik matahari sehingga lingkungan menjadi panas) maka pembuangan panas dari tubuh ke udara menjadi terhambat. Biasanya pada kondisi seperti ini tubuh secara otomatis akan mengeluarkan keringat. Fungsi keringat tersebut adalah untuk menyerap energi panas dari tubuh karena udara luar tidak dapat lagi menyerapnya.

Untuk menghindari terjadinya aliran panas dari lingkungan ke dalam tubuh karena temperatur lingkungan lebih tinggi dari tubuh, air keringat tersebut akan menyerap juga energi lingkungan dan selanjutnya menguap. Akhirnya peningkatan temperatur tubuh dapat teratasi dan aliran panas dari lingkungan ke dalam tubuh juga dapat terhindarkan. Itulah salah satu fungsi air keringat. Dalam proses seperti itu terjadi pengubahan temperatur tubuh dan perubahan fase air keringat menjadi uap dalam satu situasi. Contoh : Suatu metode untuk menurunkan panas tubuh yang berlebihan saat mengalami sakit panas, tubuh pasien biasanya diolesi dengan alkohol. Alkohol yang dioleskan pada tubuh akan dengan cepat menguap. Uap alkohol tidak mempengaruhi kelembapan relatif udara. Yang mempengaruhi kelembapan relatif udara hanyalah uap air. Berapa gram alkohol yang harus dioleskan pada tubuh si pasien untuk menurunkan temperatur tubuh sebesar 1,50C ? Massa tubuh pasien adalah 70 kg. Panas jenis tubuh manusia pada suhu ruang 200C adalah 0,83 kal/gr 0C. Jawab : Asumsikan bahwa semua energi yang dibutuhkan untuk menguapkan alkohol berasal dari energi panas tubuh pasien.

palk QQ =

pppvalk Tmshm Δ=

v

pppalk h

Tmsm

Δ=

( )( )( )grkal

CgrxCgrkalmalk /2045,11070/83,0 030

= grmalk 427=

Pada contoh soal di atas kita telah melibatkan dua prosess, yaitu: proses pengubahan fase alkohol dari cair menjadi uap dan proses pengubahan temperatur tubuh.

Dr. Horasdia SARAGIH

Physics in Biology and Medicine A P P L I E D P H Y S I C S S C I E N C E


Co

urs

e O

utli

ne

B3.9

3.9. Metode Transfer Energi Panas

Transfer energi panas adalah suatu fenomena fisika yang sangat mendasar. Matahari yang terbit di ufuk timur akan mulai memanaskan cuaca yang dingin di pagi hari dan akan menguapkan butir-butir embun pagi yang tersebar di dedaunan. Pada saat kita berjalan tanpa alas kaki di suatu lantai keramik, kaki kita merasa sangat dingin. Karena ada perbedaan temperatur antara kaki (lebih panas) dan keramik (lebih dingin), maka terjadi transfer energi panas dari kaki ke lantai keramik. Proses transfer energi panas ini menghasilkan fenomena rasa dingin. Di mana ada perbedaan temperatur, maka di situ transfer energi panas akan terjadi. Bagaimana caranya energi panas dapat bertransfer? Hanya ada tiga metode transfer energi panas. Ketiganya didefenisikan sebagai berikut:

1. Konduksi (condcution), yaitu transfer energi panas melalui suatu kontak (sentuhan) antara dua jenis materi

yang temperaturnya berbeda. Energi panas berkonduksi dari materi yang temperaturnya lebih tinggi ke materi yang temperaturnya lebih rendah. Seperti seorang ibu memeluk bayinya. Energi panas tubuh ibu dapat mengalir ke dalam tubuh bayi sehingga bayi merasakan kehangatan dan bayi merasa nyaman. Untuk menghangatkan perut kita sering menggunakan botol yang diisi dengan air panas. Botol yang berisi air panas tersebut kita letakkan dipermukaan kulit perut kita.

2. Konveksi (convection), yaitu transfer energi panas melalui suatu pergerakan massa, seperti udara panas

mengalir ke berbagai tempat membawa energi panas. Untuk menghangatkan tubuh sering dilakukan dengan menggunakan hair drayer. Hair drayer akan menghembuskan udara panas ke tubuh sehingga tubuh menjadi terasa hangat. Untuk mendinginkan ruangan sering digunakan air conditioner (AC). AC menyemburkan massa udara bertemperatur rendah (dingin).

3. Radiasi (radiation), yaitu transfer energi panas melalui proses radiasi (penyinaran). Matahari memanaskan

bumi dengan cara radiasi. Bayi yang baru lahir dapat dihangatkan dengan menyinarkan lampu pijar kepadanya. Ruangan dapat dihangatkan dengan menghidupkan lampu pijar di ruangan itu. Telur dapat ditetaskan dengan menghangatkannya dengan lampu pijar. Aliran darah dapat dilancarkan oleh hangat yang dihasilkan lampu infra merah. Rasa nyeri pada luka dapat dikurangi dengan menghangatkannya dengan lampu pijar atau bara api.

Pada kehidupan kita sehari-hari, kadang kala metode transfer energi panas ini dapat terjadi bersamaan, tergantung pada kondisi yang terjadi. Konduksi (Conduction)

Apabila anda memeluk (menyentuh) tubuh orang yang sakit panas, maka anda akan merasa tubuhnya sangat panas. Apabila kontak antar tubuh anda dengan tubuh yang sakit tersebut terjadi maka energi panas dari dalam tubuhnya akan bertransfer ke tubuh anda. Molekul-molekul tubuh orang sakit tersebut memiliki energi kinetik rata-rata lebih besar dari pada energi kinetik rata-rata molekul tubuh anda. Energi kinetik yang lebih besar itu akan ditransfer ke tubuh anda melalui tumbukan antar molekul di permukaan yang bersentuhan. Hasilnya energi kinetik rata-rata molekul tubuh anda menjadi naik. Laju konduksi panas dirumuskan sebgai berikut :

( )

dTTkA

tQ 21 −= (3.6)

Q/t adalah laju konduksi energi panas, d adalah ketebalan rata-rata materi yang mengkonduksi energi panas tersebut, A adalah luas permukaan yang bersentuhan, k adalah koefisien konduktifitas panas materi, dan (T1-T2) adalah perbedaan temperatur yang terjadi pada jarak d (gambar 3.6).




Co

urs

e O

utli

ne

B3.10

Gambar 3.6. Panas akan berkonduksi melalui suatu bidang. Bidang dapat dibentuk oleh material apa saja.

Apabila nilai k dari suatu bahan sangat tinggi, maka bahan tersebut sangat mudah mengkonduksikan energi

panas. Contohnya, logam aluminium, tembaga dan besi. Sebaliknya, bila nilai k dari suatu bahan kecil, maka bahan tersebut sangat sulit mengkonduksikan energi panas. Kain dan selimut memiliki k yang umumnya sangat kecil sehingga kain dan selimut sangat sulit mengkonduksikan panas. Itulah sebabnya untuk menghangatkan tubuh, manusia menggunakan pakaian dan selimut karena energi panas yang dihasilkan oleh tubuh melalui proses metabolisme sel dihambat oleh pakaian atau selimut mengalir ke udara luar. Sebaliknya, udara luar yang sangat dingin, khususnya di malam hari tidak begitu kita rasakan. Karena laju transfer energi panas juga bergantung pada ketebalan d, maka apabila bahan yang nilai k nya rendah dan dibuat lebih tebal, hasilnya bahan tersebut sangat baik untuk menahan aliran energi panas. Melalui cara berpikir seperti itu, maka pada saat musim dingin, banyak masyarakat memakai selimut yang tebal-tebal. Contoh : Hitung laju konduksi energi panas yang melalui organ kulit tubuh manusia. Asumsikan bahwa temperatur tubuh bagian dalam yang dibalut kulit adalah 370C dan tempartur tubuh bagian luar, yaitu di permukaan kulit, adalah 330C. Luas permukaan tubuh manusia rata-rata adalah 1,5 m2 dan ketebalan organ kulit tubuh adalah 1 cm. Jawab: Gunakan nilai k untuk organ kulit manusia = 0,2 J/det.m.0C.

( )d

TTkAtQ 21 −=

( )( )( )m 0,01

C33C37m 1,5CJ/det.m. 0,2 0020 −=

tQ

J/det 120=tQ

Watt120=tQ

Laju konduksi energi panas yang dikeluarkan oleh tubuh di atas adalah kondisi dimana tubuh tidak berpakaian. Nilai laju tersebut akan terkurangi menjadi sangat rendah apabila pada tubuh dikenakan pakaian yang relatif tebal. Dr. Horasdia SARAGIH

Physics in Biology and Medicine A P P L I E D

P H Y S I C S S C I E N C E


Co

urs

e O

utli

ne

B3.11

Konveksi (Convection)

Proses tranfer energi panas secara konveksi dapat terjadi secara alami atau melalui proses rekayasa. Udara panas akan terjadi di atas bara api. Ini adalah proses konveksi secara alami. Udara panas yang telah terjadi di atas bara api tersebut dapat direkayasa alirannya sehingga mengalir memenuhi ruangan untuk memanaskan ruangan (gambar 3.7). Teknik ini digunakan untuk menghangatkan ruangan di negara-negara eropa pada saat musim salju. Dan juga dapat menghangatkan tubuh. Oleh karena itu, rumah-rumah di eropa selalu dilengkapi dengan tempat pembakaran yang letaknya di bagian tepi ruang tamu. Umumnya bahan yang dibakar adalah batu bara untuk menghindari adanya asap yang tidak baik untuk kesehatan. Massa material udara panas tersebut mengalir ke seluruh ruang, sehingga proses ini adalah disebut proses konveksi.

Untuk menghangatkan tubuh di musim dingin atau di malam hari banyak orang suka meminum air hangat. Pada peristiwa ini transfer panas dilakukan dengan cara konveksi, yaitu air yang hangat tersebut mengalir ke lambung sehingga temperatur di lambung menjadi naik. Artinya, massa materi air yang hangat tersebut membawa energi panas ke dalam tubuh. Pembawaan energi panas dengan cara konveksi lebih cepat dari pada dengan cara konduksi.

Gambar 3.7. Suatu ruang yang dilengkapi dengan sistim pemanas pembakar yang menyebarkan udara panas (konveksi) ke seluruh ruang.

Satu proses penting yang melibatkan konveksi adalah sirkulasi aliran darah di dalam tubuh. Darah, di dalam

tubuh, juga berperan mendistribusi energi panas ke seluruh tubuh secara merata. Panas yang berlebihan di dalam tubuh akan dibuang dibawa ke permukaan kulit melalui sirkulasi aliran darah. Pada saat panas tubuh berlebihan di dalam tubuh, maka laju aliran darah dari dalam tubuh menuju ke kulit akan meningkat. Sesampainya di permukaan kulit, energi panas tersebut akan diserap oleh udara luar melalui proses konduksi, yaitu: kontak antara kulit dan udara luar.

Pada saat panas di dalam tubuh mulai berkurang, misalnya saat anda kedinginan setelah mandi, maka aliran darah ke permukaan kulit dikurangi secara drastis agar energi panas yang tersisa di dalam tubuh tidak mengalir ke luar tubuh. Pada saat aliran darah ke permukaan kulit ini dikurangi secara drastis, maka kulit kelihatan akan keriput. Kulit akan mengurangi luas permukaan kontaknya dengan udara luar, jadilah ia keriput saat kedinginan.

Pada saat anda berkeringat karena lingkungan yang panas, energi panas yang dihasilkan oleh tubuh anda akan diserap oleh air keringat dan energi penas itu akan digunakan untuk mengubah fasenya dari cair menjadi uap. Uap tersebut akan meninggalkan tubuh dan pergi ke udara lingkungan. Pada peristiwa ini juga terjadi proses konveksi dimana uap air membawa panas tubuh anda. Proses penghantaran energi panas dari dalam tubuh ke permukaan adalah konveksi dengan menggunakan massa darah, sementara dari permukaan kulit ke udara luar adalah juga konveksi dengan menggunakan material uap air keringat melalui pengubahan fase air dari keringat menjadi uap.


Proses konveksi juga dilakukan pada peralatan pendingin ruangan seperti air conditioner (AC). Massa udara yang telah didinginkan di dalam mesin AC di hembuskan ke ruangan sehingga temperatur ruangan menjadi menurun. Untuk menurunkan temperatur tubuh yang tinggi, umumnya juga dilakukan dengan cara konveksi yaitu A P P L I E D



Co

urs

e O

utli

ne

B3.12

dengan mengoleskan alkohol ke seluruh permukaan kulit. Alkohol akan menyerap energi panas tubuh dan energi panas itu digunakan untuk mengubah fase cair alkohol menjadi uap dan menguapkan alkohol ke udara luar. Sebaliknya jika ada pasien yang merasa kedinginan sebaiknya diberi pakaian yang tebal yang terbuat dari bahan yang nilai k nya rendah. Atau pasien dimasukkan ke ruangan yang telah diperlengkapi dengan alat penghangat. Radiasi (Radiation)

Mentransfer energi panas dengan cara radiasi (penyinaran) dilakukan dengan menggunakan gelombang

elektromagnetik (electromagnetic waves). Gelombang elektromagnetik diradiasikan dari sumber ke sasaran pemanasan. Kelebihan cara mentransfer energi dengan menggunakan radiasi elektromagnetik adalah energi dapat dihantarkan melalui ruang vakum (ruang hampa udara).

Cara konduksi dan konveksi tidak dapat dilakukan di ruang vakum. Energi panas yang berasal dari matahari dihantarkan dengan cara radiasi ke permukaan bumi. Ruang angkasa di antara matahari - bumi (berkisar 100-200 km dari permukaan bumi) terdapat ruang vakum (hampa udara). Untuk dapat menghantarkan energi panas dari matahari ke bumi, satu-satunya cara adalah dengan radiasi, jadi matahari meradiasikan energi panasnya ke bumi.

Pembuatan rumah kaca juga menggunakan konsep radiasi. Energi dihantarkan melalui gelombang elektromagnetik, kemudian di dalam rumah kaca energi elektromagnetik diubah menjadi energi panas, karena energi panas tidak dapat menembus kaca, maka energi panas terkungkung di dalamnya. Ruangan di dalam rumah kaca menjadi hangat atau panas.

Gambar 3.8. Suatu ruang yang dilengkapi dengan sistim pemanas pembakar yang dapat meradiasikan energi panas ke seluruh ruang.




Co

urs

e O

utli

ne

B3.13

Pembakaran batu bara di dalam rumah pada saat musim dingin di eropa juga menggunakan konsep radiasi (gambar 3.8). Pada saat batu bara dibakar dan menyala, batu bara tersebut meradiasikan panasnya ke seluruh ruangan. Bila anda didekat api unggun yang besar sekali, anda akan merasakan panas yang berlebihan karena adanya radiasi energi panas. Pada saat anda mendekatkan jari tangan anda ke dekat nyala api suatu kompor gas, anda akan merasa panas. Panas yang sampai ke jari tangan anda tersebut adalah hasil radiasi energi panas dari nyala api ke kulit jari tangan.

Semua benda, tidak terkecuali, bila temperaturnya tidak nol, benda tersebut akan memancarkan energi panas melalui cara radiasi. Jumlah energi panas yang diradiasikan per satuan waktu sangat bergantung pada temperaturnya :

( 42

41 TTeAt

Q −= σ ) (3.7)

dimana Q/t adalah laju transfer energi panas melalui radiasi, σ adalah suatu konstanta yang besarnya 5,67x10-8 J/det.m2.K4, dan T adalah temperatur absolut dengan satuan K (Kelvin). A adalah luas permukaan yang beradiasi dan e adalah emisivitas bahan yang meradiasi yang nilainya tersebar antara 0 sampai 1. Benda yang berwarna sangat hitam memiliki emisifitas mendekati 1, sementara benda yang berwarna sangat putih memiliki emisivitas mendekati 0. Kebergantungan terhadap temperatur T yang dipangkatkan dengan angka 4 pada persamaan 3.7 memberi arti bahwa perubahan kecil pada temperatur menyebabkan suatu perubahan besar pada energi yang diradiasikan.

Emisifitas suatu benda bergantung pada jenis panjang gelombang yang diemisikan. Wanita dengan kulit yang mulus dan putih memiliki emisifitas cahaya tampak (visible light) yang lebih rendah bila dibandingkan dengan wanita yang berkulit hitam. Namun emisifitas kedua wanita itu akan sama dalam meradiasikan sinar inframerah (infrared). Dalam meradiasikan sinar infra merah, semua kulit manusia memiliki emisifitas sekitar 0,97. Contoh : Berapa besar laju transfer energi panas yang diradiasikan oleh tubuh manusia yang tidak berpakaian yang berdiri di suatu ruangan gelap bertemparatur 200C? Temperatur kulit manusia adalah 330C dan luas permukaan tubuh manusia rata-rata adalah 1,5 m2. Jawab: Gunakan persamaan 3.7, dan satuan temperatur dalam K (Kelvin); 10C = 273 K.

( )42

41 TTeAt

Q −= σ

( )( )( )( ) ( )[ ]442

428-

293306m 5,197,0

.J/det.m 5,67x10

KK

KtQ

−

=

W115 J/det 151 ==tQ

Perhatikan bahwa pada kasus di atas ruang dibuat cukup gelap, yang artinya adalah tidak ada cahaya tampak di dalam ruangan yang dapat menghasilkan radiasi energi tambahan, sehingga kita dapat memakai nilai e = 0,97. 3.10. Panas dan Tubuh Manusia

Energi panas yang ditransfer ke luar atau ke dalam tubuh manusia di tambah dengan energi panas yang

dihasilkan oleh tubuh melalui proses metabolisma sel, akan menyebabkan temperatur tubuh berubah. Temperatur tubuh manusia sehat adalah berada pada kisaran 35 – 400C (lihat gambar 3.9). Dr. Horasdia SARAGIH

Physics in Biology and Medicine A P P L I E D



Co

urs

e O

utli

ne

B3.14

Gambar 3.9. Interval temperatur tubuh manusia sehat pada berbagai aktifitas.

Jika temperatur tubuh menjadi lebih tinggi atau lebih rendah dari interval normal, berarti tubuh berada dalam keadaan sakit. Bila temperatur tubuh sangat tinggi (>400C) resiko kematian dapat saja terjadi karena pada temperatur di atas 410C sel-sel tubuh akan mati. Sebaliknya, bila seseorang mendaki gunung tinggi yang bersalju, resiko turunnya temperatur tubuh sangat tinggi karena lingkungan yang dingin yang juga dapat menyebabkan kematian karena sel-sel tubuh akan tidak bermetabolisme pada temperatur yang sangat rendah.

Di dalam tubuh, jika metabolisme meningkat maka temperatur tubuh juga akan meningkat. Peningkatan proses metabolisme akan menambah energi panas tubuh. Dan, penambahan temperatur tubuh (energi panas tubuh) akan meningkatkan proses metabolisme. Keduanya saling membangkitkan. Jika temperatur tubuh di atas 420C, mekanisme pendinginan harus berjalan untuk mendinginkannya. Mekanisme pendinginan secara otomatis biasanya dilakukan tubuh dengan meningkatkan laju aliran darah menuju kulit untuk menghantarkan energi panas yang berlebihan tersebut ke permukaan tubuh untuk diserap oleh udara luar. Namun mekanisme ini memiliki kemampuan yang terbatas.

Orang yang menderita panas dalam, biasanya bibirnya retak-retak dan merah, itu disebabkan oleh laju aliran darah ke wilayah itu meningkat dan menghasilkan tekanan yang relatif tinggi. Karena mekanisme pendinginan secara otomatis ini terbatas, maka apabila tubuh seorang pasien meningkat secara berlebihan (sakit panas), usaha yang dilakukan untuk menurunkan temperaturnya adalah dengan melumuri tubuh pasien dengan alkohol untuk menyerap energi panas yang berlebihan tersebut. Di lain pihak, bila temperatur tubuh sangat rendah, suatu bentuk usaha pemanasan harus dilakukan dengan cara konduksi, konveksi atau radiasi. 3.11. Diagnostik dan Terapi Panas Pada Tubuh Manusia Diagnostik.

Dengan menganalisa sebaran nilai temperatur pada tubuh manusia maka dapat dilihat apakah di dalam tubuh

ditemukan gejala penyakit atau tidak. Tubuh yang berpenyakit umumnya disebabkan oleh adanya gangguan terhadap mekanisme metabolisme sel. Bila metabolisme sel terganggu maka temperaturnya umumnya meningkat. Mekanisme pertahanan tubuh terhadap suatu penyakit biasanya dilakukan dengan menaik-turunkan temperaturnya. Contoh, inveksi pada bagian kulit muka atau jerawat, atau adanya tumor. Tubuh secara otomatis akan menaikkan temperatur di sekitar itu. Warna kemerah-merahan akan cenderung terjadi di daerah itu dan temperatur di sana relatif lebih tinggi dari temperatur lingkungannya.

Distribusi peredaran darah juga dapat diamati dari hasil pengukuran temperatur pada setiap titik pada permukaan tubuh karena panas di dalam tubuh didistribusi oleh aliran darah. Metode deteksi dengan menggunakan distribusi panas tubuh ini disebut thermography. Gambar yang dihasilkan dari deteksi thermograpy disebut thermograph. Gambar 3.10 menunjukkan thermograph dari dada seorang pasien wanita yang diduga terserang




Co

urs

e O

utli

ne

B3.15

tumor jinak. Thermograph ini digunakan untuk mendeteksi dini atau memastikan apakah pasien menderita tumor atau tidak.

Gambar 3.10. Pengukuran panas tubuh dan hasil suatu thermograph bagian dada seorang wanita yang diindikasi terserang tumor. Terapi Panas.

Terapi panas secara lokal atau keseluruhan terhadap tubuh manusia telah dikenal dalam dunia kesehatan. Untuk mengurangi rasa nyeri pada otot yang sakit biasanya diberikan terapi panas dengan mengalirkan energi panas pada daerah otot tersebut. Terapi panas ini akan membuat otot terelaksasi (kendur) dan akan meningkatkan sirkulasi darah di daerah itu. Ketika terapi panas diberikan pada otot, tubuh akan meresponnya dengan meningkatkan sirkulasi darah ke daerah itu untuk mendinginkannya. Sirkulasi darah yang meninggi ini akan mengurangi rasa nyeri.

Bayi yang baru lahir akan mengalami perubahan temperatur yang sangat drastis pada saat ia keluar dari air ketuban dan kontak dengan udara luar. Perubahan yang drastis ini tentunya sangatlah tidak baik. Oleh karenanya, umumnya bayi yang baru lahir harus diberi energi panas dengan menyinarinya dengan lampu pijar. Lampu akan meradiasikan sinar infra merah ke pada bayi dan bayi menjadi tetap hangat. Jika bayi sudah mampu beradaptasi dengan temperatur udara luar, barulah bayi dikeluarkan dari alat pemanas tersebut. Masih banyak metode pemanasan yang lain yang digunakan untuk menyembuhkan berbagai penyakit. Ultrasound Diathermy.

Ultrasound diathermy adalah bentuk lain dari terapi panas. Ultrasound adalah suatu bunyi yang frekuensinya berada di atas range pendengaran manusia. Ultrasound dapat membawa energi ke dalam tubuh manusia, memasukkannya sebagai energi panas. Karena bunyi dapat menggetarkan suatu materi, maka energi akan ditransfer dalam bentuk getaran ke dalam tubuh. Terapi Dengan Pendinginan.

Terapi pendinginan sangat membantu dalam menyembuhkan berbagai penyakit pada tubuh manusia. Panas

yang berlebihan yang terjadi pada tubuh diatasi dengan terapi pendinginan. Metoda untuk menyerap panas yang berlebihan sering dilakukan dengan cara konduksi, dan kadang-kadang dengan cara konveksi. Proses pembedahan sering dilakukan setelah daerah bagian tubuh yang akan dibedah terlebih dahulu didinginkan (dibekukan). Jika temperatur bagian tubuh tertentu diturunkan sangat rendah, maka laju metabolisme di daerah itu menjadi menurun drastis, proses metabolisme menjadi berjalan sangat lambat. Oleh karenaa itu, rasa sakit saat pembedahan tidak terasa berlebihan. Pembedahan dengan cara ini disebut dengan cryosurgery.

Kutil dan tumor sering didinginkan terlebih dahulu sebelum dibedah. Bagian-bagian kecil dari otak dapat dibekukan untuk pengobatan penyakit parkinson. Pembekuan dapat juga dilakukan untuk pengawetan. Darah, sum-sum tulang belakang, dan sperma adalah contoh-contoh yang sering ditempatkan ditempat yang sangat dingin (dibekukan) untuk menjaga tetap baik agar dapat dipergunakan selanjutnya.




Co

urs

e O

utli

ne




DAFTAR PUSTAKA 1. Hill, C.R. (Physics Department, Institute of Cancer Research, UK), Physical Principles of Medical

Ultrasonics, 2nd Edition, John Wiley & Sons Ltd., UK, 2004. 2. Davidovits, P. (Boston College Massachusetts, USA), Physics in Biology and Medicine, Second Edition,

Elsevier Science, Academic Press, USA, 2001. 3. Aston, R. (Pennsylvania State University, USA), Principles of Biomedical Instrumentation and

Measurement, Macmillan Publ. Company, USA, 1990. 4. Urone, P.P. (California State University, USA), Physics With Health Science Applications, John Wiley &

Sons, Inc. USA, 1986. 5. Cameron, J.R. (University of Wisconsin, USA), Medical Physics, John Wiley & Sons, Inc. USA, 1976.

Bab3TemperaturdanPanasBaru Web

Documents

Transcript of Bab3TemperaturdanPanasBaru Web