ILMU FISIKA : TERMODINAMIKADALAM KEDOKTERAN GIGI
Oleh :
Vita Previa Indirayana (160110140102)
Dengah Hadassah Govicar (160110140092)
Raka Putra Pratama S (160110140061)
Andika Aries
Nur Athifah (160110140113)
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN DOKTER GIGIFAKULTAS KEDOKTERAN GIGIUNIVERSITAS PADJADJARAN
BANDUNG2015
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah
melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga kami dapat menyelesaikan makalah
yang berjudul “Ilmu Fisika : Termodinamika dalam Kedokteran Gigi”. Makalah ini
kami susun untuk memenuhi tugas tutorial mata kuliah Radiologi pada program studi
Kedokteran Gigi.
Tak lupa kami ucapkan terima kasih kepada Ibu Tuti selaku dosen yang sudah
membimbing kami dan semua pihak yang baik secara langsung maupun tidak
langsung telah berperan serta dalam membantu penyelesaian makalah ini.
Kami harap makalah ini dapat memberikan manfaat, khususnya di bidang
kesehatan dan kedokteran gigi. Mohon maaf apabila terdapat kekurangan dan
kesalahan pada makalah ini, kritik dan saran membangun sangat kami harapkan demi
tercapainya kesempurnaan makalah ini.
Jatinangor, 20 April 2015
Tim Penyusun
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR.......................................................................................................2
BAB I............................................................................................................................ 4
PENDAHULUAN............................................................................................................4
1.1 Latar Belakang...............................................................................................4
1.2 Tujuan........................................................................................................... 5
BAB II........................................................................................................................... 6
PEMBAHASAN..............................................................................................................6
2.1 Termodinamika Secara Umum...........................................................................6
2.2 Keterkaitan Ilmu Fisika dan Kedokteran Gigi Secara Umum............................14
2.3 Thermodinamika dalam Kedokteran Gigi.........................................................14
2.4 Thermodinamika dalam Dental Material.........................................................16
BAB III........................................................................................................................ 23
PENUTUP................................................................................................................... 23
3.1 Kesimpulan...................................................................................................... 23
DAFTAR PUSTAKA......................................................................................................24
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Fisika merupakan cabang ilmu yang banyak digunakan di berbagai aspek
kehidupan manusia. Disadari maupun tidak disadari dalam aktifitas manusia
selalu berhadapan dengan fenomena – fenomena, fisis. Kebanyakan manusia
dalam melakukan aktifitasnya tidak memperhatikan fenomena – fenomena ini.
Manusia diharapkan dapat memperhatikan hal-hal yang menunjukkan keterkaitan
antara fenomena – fenomena tersebut dengan tujuan yang hendak dicapai, agar
didapatkan hasil yang memuaskan.
Fenomena fisis dipelajari dalam ilmu fisika. Pada pembelajaran ilmu fisika
mahasiswa mempelajari variabel fisis yang terdapat pada kejadian alam. Dalam
proses pembelajaran fisika sebaiknya tidak hanya sekedar memberikan
konsepnnya tetapi juga bagaimana proses penemuan dari konsep tersebut.
Hakikat fisika yakni fisika bukan hanya sekedar kumpulan fakta dan prinsip
tetapi lebih dari itu fisika juga mengandung cara-cara bagaimana memperoleh
fakta dan prinsip tersebut beserta fisikawan dalam melakukannya (Supriyono,
2003:8). Hal ini menunjukkan bahwa dalam pembelajaran dibutuhkan contoh
konkret mengenai aplikasi dari ilmu tersebut.
Seiring berkembangnya jaman, banyak alat – alat dan teknologi yang
ditemukan atas dasar ilmu fisika. Fisika semakin sering diaplikasikan dalam
semua bidang terapan, termasuk dalam bidang Kedokteran Gigi. Dalam makalah
ini, akan dibahas beberapa contoh pengaplikasian ilmu fisika dalam Kedokteran
Gigi.
1.2 Tujuan
Adapun tujuan penulisan makalah ini adalah :
1. Memenuhi tugas mata kuliah fisika dasar mengenai keterkaitan ilmu fisika
dalam kedokteran gigi
2. Membahas dan memberikan pemahaman mengenai keterkaitan ilmu fisika
dalam kedokteran gigi
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Termodinamika Secara Umum
Termodinamika adalah kajian tentang kalor (panas) yang berpindah. Dalam
termodinamika kamu akan banyak membahas tentang sistem dan lingkungan.
Kumpulan benda-benda yang sedang ditinjau disebut sistem, sedangkan semua yang
berada di sekeliling (di luar) sistem disebut lingkungan.
Usaha Luar
Usaha luar dilakukan oleh sistem, jika kalor ditambahkan (dipanaskan) atau kalor
dikurangi (didinginkan) terhadap sistem. Jika kalor diterapkan kepada gas yang
menyebabkan perubahan volume gas, usaha luar akan dilakukan oleh gas tersebut.
Usaha yang dilakukan oleh gas ketika volume berubah dari volume awal V1 menjadi
volume akhir V2 pada tekanan p konstan dinyatakan sebagai hasil kali tekanan dengan
perubahan volumenya.
W = p∆V= p(V2 – V1)
Secara umum, usaha dapat dinyatakan sebagai integral tekanan terhadap perubahan
volume yang ditulis sebagai
Tekanan dan volume dapat diplot dalam grafik p – V. jika perubahan
tekanan dan volume gas dinyatakan dalam bentuk grafik p – V, usaha yang dilakukan
gas merupakan luas daerah di bawah grafik p – V. hal ini sesuai dengan operasi
integral yang ekuivalen dengan luas daerah di bawah grafik.
Gas dikatakan melakukan usaha
apabila volume gas bertambah besar (atau mengembang) dan V2 > V1. sebaliknya, gas
dikatakan menerima usaha (atau usaha dilakukan terhadap gas) apabila volume gas
mengecil atau V2 < V1 dan usaha gas bernilai negatif.
Energi Dalam
Suatu gas yang berada dalam suhu tertentu dikatakan memiliki energi dalam. Energi
dalam gas berkaitan dengan suhu gas tersebut dan merupakan sifat mikroskopik gas
tersebut. Meskipun gas tidak melakukan atau menerima usaha, gas tersebut dapat
memiliki energi yang tidak tampak tetapi terkandung dalam gas tersebut yang hanya
dapat ditinjau secara mikroskopik.
Berdasarkan teori kinetik gas, gas terdiri atas partikel-partikel yang berada dalam
keadaan gerak yang acak. Gerakan partikel ini disebabkan energi kinetik rata-rata dari
seluruh partikel yang bergerak. Energi kinetik ini berkaitan dengan suhu mutlak gas.
Jadi, energi dalam dapat ditinjau sebagai jumlah keseluruhan energi kinetik dan
potensial yang terkandung dan dimiliki oleh partikel-partikel di dalam gas tersebut
dalam skala mikroskopik. Dan, energi dalam gas sebanding dengan suhu mutlak gas.
Oleh karena itu, perubahan suhu gas akan menyebabkan perubahan energi dalam gas.
Secara matematis, perubahan energi dalam gas dinyatakan sebagai
untuk gas monoatomik
untuk gas diatomik
Dimana ∆U adalah perubahan energi dalam gas, n adalah jumlah mol gas, R adalah
konstanta umum gas (R = 8,31 J mol−1 K−1, dan ∆T adalah perubahan suhu gas (dalam
kelvin).
Hukum I Termodinamika
Jika kalor diberikan kepada sistem, volume dan suhu sistem akan bertambah (sistem
akan terlihat mengembang dan bertambah panas). Sebaliknya, jika kalor diambil dari
sistem, volume dan suhu sistem akan berkurang (sistem tampak mengerut dan terasa
lebih dingin). Prinsip ini merupakan hukum alam yang penting dan salah satu bentuk
dari hukum kekekalan energi.
Gambar
Sistem yang mengalami perubahan volume akan melakukan usaha dan sistem yang
mengalami perubahan suhu akan mengalami perubahan energi dalam. Jadi, kalor
yang diberikan kepada sistem akan menyebabkan sistem melakukan usaha dan
mengalami perubahan energi dalam. Prinsip ini dikenal sebagai hukum kekekalan
energi dalam termodinamika atau disebut hukum I termodinamika. Secara matematis,
hukum I termodinamika dituliskan sebagai
Q = W + ∆U
Dimana Q adalah kalor, W adalah usaha, dan ∆U adalah perubahan energi dalam.
Secara sederhana, hukum I termodinamika dapat dinyatakan sebagai berikut.
Jika suatu benda (misalnya krupuk) dipanaskan (atau digoreng) yang berarti diberi
kalor Q, benda (krupuk) akan mengembang atau bertambah volumenya yang berarti
melakukan usaha W dan benda (krupuk) akan bertambah panas (coba aja dipegang,
pasti panas deh!) yang berarti mengalami perubahan energi dalam ∆U.
Proses Isotermik
Suatu sistem dapat mengalami proses termodinamika dimana terjadi perubahan-
perubahan di dalam sistem tersebut. Jika proses yang terjadi berlangsung dalam suhu
konstan, proses ini dinamakan proses isotermik. Karena berlangsung dalam suhu
konstan, tidak terjadi perubahan energi dalam (∆U = 0) dan berdasarkan hukum I
termodinamika kalor yang diberikan sama dengan usaha yang dilakukan sistem
(Q =W).
Proses isotermik dapat digambarkan dalam grafik p – V di bawah ini. Usaha yang
dilakukan sistem dan kalor dapat dinyatakan sebagai
Dimana V2 dan V1 adalah volume akhir dan awal gas.
Proses Isokhorik
Jika gas melakukan proses termodinamika dalam volume yang konstan, gas dikatakan
melakukan proses isokhorik. Karena gas berada dalam volume konstan (∆V = 0), gas
tidak melakukan usaha (W = 0) dan kalor yang diberikan sama dengan perubahan
energi dalamnya. Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada volume
konstan QV.
QV = ∆U
Proses Isobarik
Jika gas melakukan proses termodinamika dengan menjaga tekanan tetap konstan,
gas dikatakan melakukan proses isobarik. Karena gas berada dalam tekanan konstan,
gas melakukan usaha (W = p∆V). Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas
pada tekanan konstan Qp. Berdasarkan hukum I termodinamika, pada proses isobarik
berlaku
Sebelumnya telah dituliskan bahwa perubahan energi dalam sama
dengan kalor yang diserap gas pada volume konstan
QV =∆U
Dari sini usaha gas dapat dinyatakan sebagai
W = Qp − QV
Jadi, usaha yang dilakukan oleh gas (W) dapat dinyatakan sebagai selisih energi
(kalor) yang diserap gas pada tekanan konstan (Qp) dengan energi (kalor) yang
diserap gas pada volume konstan (QV).
Proses Adiabatik
Dalam proses adiabatik tidak ada kalor yang masuk (diserap) ataupun keluar
(dilepaskan) oleh sistem (Q = 0). Dengan demikian, usaha yang dilakukan gas sama
dengan perubahan energi dalamnya (W = ∆U).
Jika suatu sistem berisi gas yang mula-mula mempunyai tekanan dan volume masing-
masing p1 dan V1 mengalami proses adiabatik sehingga tekanan dan volume gas
berubah menjadi p2 dan V2, usaha yang dilakukan gas dapat dinyatakan sebagai
Dimana γ adalah konstanta yang diperoleh perbandingan
kapasitas kalor molar gas pada tekanan dan volume konstan dan mempunyai nilai
yang lebih besar dari 1 (γ > 1).
Proses adiabatik dapat digambarkan dalam grafik p – V dengan bentuk kurva yang
mirip dengan grafik p – V pada proses isotermik namun dengan kelengkungan yang
lebih curam
2.2 Keterkaitan Ilmu Fisika dan Kedokteran Gigi Secara Umum
Bidang kedokteran gigi adalah bidang yang tidak terlepas dari ilmu fisika.
Ilmu fisika secara umum digunakan dalam kedokteran gigi sebagai dasar
pemilihan bahan dan alat. Ilmu fisika dalam kedokteran gigi juga berguna dalam
hal perkembangan teknologi yang dapat menunjang fasilitas preklinis, klinis,
maupun laboratorium.
2.3 Thermodinamika dalam Kedokteran Gigi
Termodinamika terbentuk dari dua suku kata yaitu, thermal (yang
berhubungan dengan panas) dan dynamics(yang berhubungan dengan suatu
perubahan). Jadi termodinamika merupakan ilmu yang mempelajari berbagai
fenomena energi yang berubah-ubah karena adanya aliran panas dan usaha yang
dilakukan.
2.3.1 Daya Penghantar Panas / Konduktivitas Thermal.
Dalam pemilihan bahan, perlu diketahui tentang Daya Penghantar
Panas / Konduktivitas Thermal. Dengan memahami hal ini, kita dapat
menentukan bahan mana yang paling aman dan sesuai untuk diaplikasikan
di dalam rongga mulut. Kita juga dapat menentukan apakah kita
membutuhkan isolator pada bahan tersebut, agar saat pasien makan
makanan yang panas, bahan tersebut tidak ikut panas.
Berikut adalah besar daya penghantar panas untuk bagian gigi dan
beberapa bahan dental :
1. Amalgam 0,055
2. Alloy emas 0,710
3. Porselen 0,0025
Alloy emas mempunyai daya hantar panas yang tinggi, sehingga
membutuhkan isolator dalam penggunaannya.
2.3.2 Perubahan Suhu
Perubahan suhu umumnya mengakibatkan perubahan dimensi pada
suatu benda. Hal ini dinyatakan dengan koefisien ekspansi termal linier :
lt2 - lt1 / lt1 : ( t2 – t1 ) , satuan 0C
lt2 = panjang bahan pada suhu akhir t2 = suhu akhir
lt1 = panjang bahan pada suhu awal t1 = suhu awal
Berikut koefisien ekspansi termal gigi dan bahan dental (x 10-6/ 0C) :
Gigi 10 – 15
Amalgam 22 – 28
Alloy emas 25 – 50
Hal ini perlu diketahui untuk menghindari sakitnya gigi karena
desakan akibat pemuaian bahan tambal pada lubang gigi, misalnya
amalgam.
2.4 Thermodinamika dalam Dental Material
Termodinamika (bahasa yunani : thermos = ‘panas’ and dynamic = ‘perubahan’)
adalah fisika energi, panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. 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
A. Klasifikasi dan jenis-jenis dental material
Klasifikasi Dental Material :
a. Metal / logam
- Penghantar therms dan elektris yang tinggi
- Duktiliti : dapat dibengkokkan
- Opaque : tidak menghantarkan cahaya
- Kilat : permukaan merefleksikan cahaya dan terlihat terang dan
mengkilap
- Biasanya putih kecuali emas dan tembaga
b. Keramik
- Senyawa dari logam dan non logam
- Sangat rapuh
- Titik didih tinggi
- Penghantar termis dan elektris rendah
- Bahan inert / tidak reaktif secara kimia
- Contoh : gelas, baja, gips dan porselen
c. Komposit
- Gabungan 2 material atau lebih
- Masig-masing komponen dapat diindetifikasi dalam struktur akhir
d. Polymer
- Bahan organik dari rantai panjang
- Mengandung ribuan atom karbon
- Contoh : muriara
B. Sifat Fisik Dental Material
Sifat fisik adalah sifat yang didasarkan pada mekanika, akustik,
optik, termodinamika, kelistrikan, magnet, radiasi, struktur atom, atau
gejala nuklir.
Contoh sifat Fisik, yaitu :
Berdasarkan Optik adalah yang berhubungan dengan fenomena cahaya,
seperti : corak, translusensi (kebeningan), warna.
Berdasarkan dalil termodinamika : konduktifitas termal, koefisien
termal
Berdasarkan ilmu materi dan mekanika : kekentalan
# Abrasi dan Ketahanan Abrasi
Kekerasan adalah sifat yang digunakan untuk memperkirakan
ketahanan aus suatu bahan dan kemampuannya untuk mengikis struktur
gigi lawan. Kekerasan salah satu faktor penyebab pengikisan pada email
gigi dan permukaan gigi tiruan.
Faktor yang mempengaruhi keausan :
Tekanan gigitan.
Frekuensi pengunyahan.
Sifat abrasif makanan.
Komposisi cairan.
Perubahan temperatur.
Kekerasan tiap permukaan.
Ketidakteraturan permukaan gigi.
Kekentalan / viskositas
Ketahanan untuk bergerak
Dipengaruhi oleh gaya friksi internal di dalam cairan
Bahan kedokteran gigi kebanyakan dalam bentuk padat tapi tahap
tertentu berupa cairan.
Contoh : malam dan resin adalah cairan yang didinginkan di bawah
titik normal.
Kekentalan cairan meningkat dengan meningkatnya temperatur
Kekentalan tergantung pada perubahan wujud sebelumnya dari cairan.
Cairan jenis ini menjadi kurang kental dan lebih cair di bawah tekanan
disebut tiksotropik.
Contohnya : pasta profilaksisi gigi, plaster, semen resin, bahan cetak.
Kekentalan bahan kedokteran gigi menentukan ketepatan aplikasi.
Struktur dan Relaksasi Tekanan
Perubahan bentuk senyawa secara permanen akan menyebabkan
tekanan internal sehingga atom-atom dalam ruang geometrik akan
berubah tempat.
Akibatnya beberapa molekul menjadi terlalu berdekatan atau terlalu
berjauhan.
Atom-atom berada pada posisi tidak seimbang
Energi thermal pada proses difusi wujud padat menyebabkan atom-
atom kembali ke posisi seimbang.
Perubahan kontur merupakan manifestasi pengaturan kembali posisi
atom dan molekul.
Pelepasan tekanan dikenal sebagai relaksasi.
Kecepatan relaksasi dipercepat dengan meningkatnya temperatur.
Creep dan Aliran
Creep adalah deseran plastik yang bergantung waktu dari suatu bahan
dibawah muatan statis atau tekanan konstan.
Massa yang lebih tinggi mengalami tekanan fleksural yang lebih besar,
fleksural creep lebih besar.
Aliran logam terjadi begitu temperatur mendekati beberapa ratus
derajat temperatur lebur.
Warna dan Persepsi Warna
Tujuan perawatan gigi adalah merestorasi warna dan penampilan gigi
asli
Dentistry estetika mementingkan kemampuan artistik dokter gigi dan
teknisi
Mata sensitif terhadap panjang gelombang 400 nm (ungu) sampai 700
nm (merah gelap).
Diruang praktek dan laboratorium gigi, penyesuaian
warnamenggunakan petunjuk warna.
Sifat termofisika, yaitu :
1. Konduktivitas termal
Konduktivitas termal adalah pengukuran termofisika mengenai
seberapa baik panas disalurkan melalui suatu bahan dengan aliran
konduksi.
Bahan yang mempunyai konduktivitas tinggi disebut konduktor.
Bahan yang mempunyai konduktivitas rendah disebut isolator.
Komposit berbasis resin mempunyai konduktivitas termal rendah
dibanding logam. Konduktivitas email dan dentin yang rendah
membantu mencegah syok termal dan sakit pulpa apabila makanan
dingin atau panas masuk ke dalam mulut.
2. Difusi termal
Difusi termal adalah pengendalian perubahan temperatur begitu
panas melewati suatu bahan (kemampuan isolator). Oksida Seng-
Eugenol mempunyai difusi termal dua kali dentin.
3. Koefesien ekspansi termal
Koefisien ekspansi termal adalah perubahan panjang per unit
panjang asal dari suatu benda apabila temperatur dinaikkan 10C.
Koefisien ekspansi yang tinggi dari malam inlay rentan terhadap
perubahan temperatur. Pola malam yang akurat cocok dengan gigi
yang telah direparasi, akan berkontraksi apabila diagkat dari gigi pada
suasana panas dan kemudian disimpan pada suasana yang lebih dingin.
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Dalam Kedokteran Gigi, Ilmu Fisika sangat penting untuk diketahui
berkenaan dengan banyaknya alat, material, dan teknik manipulasi yang
didasari ilmu fisika.
Ilmu fisika yang paling sering digunakan di antaranya Radiasi, Modulus
Elastisitas, Thermodinamika, dan Gaya.
Dengan mempelajari thermodinamika dalam Kedokteran Gigi, maka kita
dapat menerapkannya pada dental material. Karena dental material yang
terbaik itu didapat dari proses thermodinamika yang baik juga.
DAFTAR PUSTAKA
Anusavice, Kenneth J. Phillips. Buku ajar ilmu bahan kedokteran gigi. Trans. Johan Arif Budiman, Susi Puwoko. Lilian Juwono, eds. Edisi 10. Jakarta: EGC.
Combe, E.C..1992.Sari Dental Material.Jakarta:Balai Pustaka)
Supriyono,K.H. (2003). Common textbook (edisi revisi) strategi pembelajaran fisika. Malang: FMIPA Universitas Malang.
http://lontar.ui.ac.id/file?file=digital/127517-R17-PRO-175-Kedalaman%20ruang-Literatur.pdf
http://lontar.ui.ac.id/file?file=digital/125321-R17-PRO-197%20Korelasi%20usia-Literatur.pdf
http://pythanymph.blogspot.com/2011/08/alat-alat-kesehatan-yang-terkait-dengan.html
http://www.dentiadental.com/2009/general/whitening-teeth/
http://choybucq.blogspot.com/2013/05/radiologi-kedokteran-gigi.html