pleno fisika biomedik kelompok i
DESCRIPTION
fisikaTRANSCRIPT
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