TERMODINAMIKA
TERMODINAMIKA
• Termodinamika (bahasa Yunani: thermos =
‘panas’ and dynamic = ‘perubahan’
• Thermal = berkenan dengan panas
• Dinamika = berkenan dengan pergerakan
• Jadi, termodinamika adalah ilmu mengenai
fenomena-fenomena tentang energi yang
berubah-ubah karena pengaliran panas dan
usaha yang dilakukan.
• Termodinamika adalah kajian tentang kalor
(panas) yang berpindah.
faal_metabolisme/ikun/2006
2
Geothermal
Heat flows outward from Earth's interior. The crust insulates us
from Earth's interior heat. The mantle is semi-molten, the outer
core is liquid and the inner core is solid.
Geothermal
The deeper you go, the hotter it gets (in Celsius and kilometers).
Geothermal
Earth's crust is broken into huge plates that move apart or push
together at about the rate our fingernails grow. Convection of
semi-molten rock in the upper mantle helps drive plate tectonics.
Geothermal
Many areas have accessible geothermal resources, especially countries
along the circum-Pacific "Ring of Fire," spreading centers, continental
rift zones and other hot spots.
Geothermal
New crust forms along mid-ocean spreading centers and
continental rift zones. When plates meet, one can slide beneath
another. Plumes of magma rise from the edges of sinking plates.
Geothermal
Thinned or fractured crust allows magma to rise to the surface as
lava. Most magma doesn't reach the surface but heats large regions of
underground rock.
Geothermal
Rainwater can seep down faults and fractured rocks for miles. After
being heated, it can return to the surface as steam or hot water.
Geothermal
When hot water and steam reach the surface, they can form
fumaroles, hot springs, mud pots and other interesting
phenomena.
Terdapat empat Hukum Dasar yang berlaku di
dalam sistem termodinamika, yaitu:
• Hukum Awal (Zeroth Law)
Termodinamika
• Hukum ini menyatakan
bahwa dua sistem dalam
keadaan setimbang termal
dengan sistem ketiga, maka
ketiganya dalam saling
setimbang termal satu
dengan lainnya.
faal_metabolisme/ikun/2006
C
C
11
• Hukum Pertama Termodinamika
• Hukum ini terkait dengan kekekalan energi.
Hukum ini menyatakan perubahan energi
dalam dari suatu sistem termodinamika
tertutup sama dengan total dari jumlah energi
kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja
yang dilakukan terhadap sistem.
faal_metabolisme/ikun/2006
12
• Hukum kedua Termodinamika
• Hukum kedua termodinamika terkait dengan
entropi. Hukum ini menyatakan bahwa total
entropi dari suatu sistem termodinamika
terisolasi cenderung untuk meningkat seiring
dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai
maksimumnya.
faal_metabolisme/ikun/2006
13
• Hukum ketiga Termodinamika
• Hukum ketiga termodinamika terkait dengan
temperatur nol absolut. Hukum ini
menyatakan bahwa pada saat suatu sistem
mencapai temperatur nol absolut, semua
proses akan berhenti dan entropi sistem akan
mendekati nilai minimum. Hukum ini juga
menyatakan bahwa entropi benda berstruktur
kristal sempurna pada temperatur nol absolut
bernilai nol.
faal_metabolisme/ikun/2006
14
PROSES TERMODINAMIKA#1
1. Proses isobarik yaitu proses
termodinamika pada
tekanan tetap
Cutnell, J.D. & Johnson, K.W. (2001),
Physics.
5/9
PROSES TERMODINAMIKA#2
2. Proses iskhorik yaitu proses
termodinamika pada volume
tetap
Cutnell, J.D. & Johnson, K.W. (2001),
Physics.
6/9
PROSES TERMODINAMIKA#3
3. Proses isotermik yaitu
proses termodinamika pada
temperatur tetap
Cutnell, J.D. & Johnson, K.W. (2001),
Physics.
7/9
PROSES TERMODINAMIKA#4
4. Proses adiabatik yaitu proses
termodinamika tanpa
pertukaran kalor antara
sistem dan lingkungan
Cutnell, J.D. & Johnson, K.W. (2001),
Physics.
8/9
KALOR
• “ Energi yang mengalir dari benda yang lebih
panas ke benda yang lebih dingin sampai suhu
keduanya sama dan keseimbangan termal
tercapai “
Kalor
Bentuk energi
Yang
berhubungan
dengan
Gerakan atom, molekul & partikelpartikel lain yang menyusun sebuah
materi
faal_metabolisme/ikun/2006
19
• Jika dua buah zat atau lebih dicampur menjadi
satu maka zat yang suhunya tinggi akan
melepaskan kalor sedangkan zat yang suhunya
rendah akan menerima kalor, sampai tercapai
kesetimbangan termal.
• Menurut asas Black
• Kalor yang dilepas = kalor yang diterima
faal_metabolisme/ikun/2006
20
TA > TB
TA
TB
Benda A melepskan kalor &
Benda B menyerap kalor
Qlepas = Qterima
Suhu akhir (T) kedua benda sama
T
faal_metabolisme/ikun/2006
21
• Kalor adalah bentuk energi yang berpindah
dari suhu tinggi ke suhu rendah.
• Jika suatu benda menerima / melepaskan
kalor maka suhu benda itu akan naik/turun
atau wujud benda berubah.
• 1 kalori adalah kalor yang dibutuhkan untuk
menaikkan suhu 1 gram air sebesar 1°C.
• 1 kalori = 4,18 joule
1 joule = 0,24 kalori
faal_metabolisme/ikun/2006
22
• Kapasitas kalor (H)
• adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan oleh
zat untuk menaikkan suhunya 1°C (satuan
kalori/°C).
Q
C
T
• Q = Kalor ( Joule )
• T = Perubahan suhu (o C atau K )
• C = kapasitas kalor ( Joule/ o C atau Joule/ K)
faal_metabolisme/ikun/2006
23
• Kalor jenis (c)
• adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan
untuk menaikkan 1 gram atau 1 kg zat sebesar
1°C (satuan kalori/gram. °C atau kkal/kg °C).
Q
c
m.T
C
c
m
• c = kalor jenis ( Jolue/ Kgo C atau Jolue/ Kg.K)
• m = massa ( Kg )
faal_metabolisme/ikun/2006
24
• Kalor jenis suatu benda tidak tergantung dari
massa benda, tetapi tergantung pada sifat
dan jenis benda tersebut.
• Jika kalor jenis suatu benda adalah kecil maka
kenaikan suhu benda tersebut akan cepat bila
dipanaskan.
faal_metabolisme/ikun/2006
25
Contoh:
• Es (kalor jenis 0,5 kalori/gram°C) sebanyak 10
gram pada suhu 0°C diberi kalor sebanyak 1000
kalori. Bila kalor lebur es sama dengan 80
kalori/gram, hitunglah temperatur akhir air ?
• penyelasaian:
• dik: Q=1000 kal, m = 10 gr, L= 80 kal/gr
• Misalkan temperatur akhir setelah diberi kalor ialah ta°C
• maka berdasarkan asas Black:
• Q = mL + mt
1000 = 10 . 80 + 10 . (ta- 0)
1000 = 800 + 10 ta
ta = 20° C
faal_metabolisme/ikun/2006
26
Kalor dapat merambat melalui tiga macam cara yaitu:
• Konduksi
Perambatan kalor tanpa disertai perpindahan
bagian-bagian zat perantaranya, biasanya
terjadi pada benda padat.
• Konveksi
Perambatan kalor yang disertai perpindahan
bagian-bagian zat, karena perbedaan massa
jenis.
• Radiasi
Perambatan kalor dengan pancaran berupa
gelombang-gelombang elektromagnetik.
faal_metabolisme/ikun/2006
27
Conduction
Conduction is the transfer of heat within a substance, molecule by
molecule. If you put one end of a metal rod over a fire, that end will
absorb the energy from the flame. The molecules at this end of the rod
will gain energy and begin to vibrate faster. As they do their temperature
increases and they begin to bump into the molecules next to them. The
heat is being transfered from the warm end to the cold end.
Convection
Convection is heat transfer by the mass movement of a fluid in the
vertical (up/down) direction. This type of heat transfer takes place in
liquids and gases. This occurs naturally in our atmosphere.
Radiation
Radiation allows heat to be transfered through wave energy. These waves are
called Electromagnetic Waves, because the energy travels in a combination of
electric and magnetic waves. This energy is released when these waves are
absorbed by an object. For example, energy traveling from the sun to your skin,
you can feel your skin getting warmer as energy is absorbed.
faal_metabolisme/ikun/2006
31
Perubahan Wujud
Gas
Menguap
Mengembun
Perubahan wujud suatu
zat yang disebabkan oleh
zat melepaskan kalor
Cair
Membeku
Melebur
Perubahan wujud suatu
zat yang disebabkan oleh
zat menerima kalor
Padat
faal_metabolisme/ikun/2006
32
Kalor cenderung bergerak dari suatu tempat bersuhu lebih
tinggi ke tempat yang bersuhu lebih rendah.
Konduksi
Zat padat
Konduktor
Isolator
Perpindahan kalor
Konveksi
Zat cair & gas
Zat padat
Radiasi
Zat cair & gas
Ruang hampa
faal_metabolisme/ikun/2006
33
Pendahuluan
1. Sel mengekstraksi energi dari lingkungan
autotrof : mengambil energi dari sinar matahari
pada proses fotosintesis  tumbuh-tumbuhan
dan mikroorganisme berkhlorofil.
heterotrof : mengambil molekul
berenergi/organik dari substrat/makanan
diantaranya dari sel autotrof.
2. Sel mensintesis makromolekul untuk
menunjang aktifitas hidupnya (gerak dinamik,
pembelahan sel, reaksi-reaksi spesifik)
faal_metabolisme/ikun/2006
34
Pengertian
Kedua proses tsb dilakukan
melalui reaksi-reaksi yang
terintgrasi & terorganisasi
 metabolisme
Metabolisme:keseluruhan
reaksi yang terjadi di
dalam sel, meliputi proses
penguraian & sintesis
molekul kimia yang
menghasilkan &
membutuhkan panas
(enegi) serta dikatalisis
faal_metabolisme/ikun/2006
oleh enzim
35
Pengertian
Metabolisme meliputi:
1) jalur sintesis (anabolisme/endorgenik)
 menggabungkan molekul-molekul kecil menjadi
makromolekul yang lebih kompleks; memerlukan
energi yang disuplai dari hidrolisis ATP
2) jalur degradatif (katabolisme/eksorgenik)
 memecah molekul kompleks menjadi molekul
yang lebih sederhana; melepaskan energi yang
dibutuhkan untuk mensintesis ATP.
faal_metabolisme/ikun/2006
36
Bahan Makanan sbg Sumber
Energi
4 jenis nutrien utama, yaitu:
1. Makronutrien (karbohidrat, protein, lipid)
menyuplai energi bagi tubuh
2. Vitamin membantu penggunaan makronutrien dan
mempertahankan jaringan tubuh.
3. Mineral mempertahankan homeostasis, dan
4. Air sbg pelarut dalam tubuh, dan sbg alat transport
untuk mendistribusikan nutrien ke jaringan.
faal_metabolisme/ikun/2006
37
karbohidrat
lipid
protein
Mulut: pencernaan mekanik & cairan ludah (enzim saliva)
poli/oligo/disakarida
lipid
polipeptida
Lambung: enzim pepsin & lipase; asam lambung (HCl)
poli/oligo/disakarida
lipid/trigliserida
polipeptida
Usus halus: cairan pankreas (tripsin, kimotripsin, karboksipeptidase, amilase, lipase,
ribonuklease, deoksiribonuklease, kolesterol esterase); cairan empedu/hati; enzim
kelenjar usus (aminopeptidase, dipeptidase, sukrase, mltase, laktase, fosfatase,
glukosidase); bakteri usus halus
monosakarida
(gluk,frukt,galaktosa)
gliserol,as.lemak
as.fosfat
faal_metabolisme/ikun/2006
asam amino
38
KESEIMBANGAN ENERGI
Keluaran
Energi
Asupan
Energi
Energi
Makanan
Kerja internal
Energi panas
Nutrien pool
Kerja eksternal
Cadangan
energi
faal_metabolisme/ikun/2006
39
Laju Metabolik Basal
(Basal Metabolic Rate/BMR)
Laju Metabolik Basal (Basal Metabolic
Rate/BMR) ialah energi yang dibutuhkan
untuk mempertahankan fungsi fisiologis
normal pada saat istirahat.
BMR = kcal/ m2/jam (kilokalori energi yang
digunakan per meter persegi permukaan tubuh
per jam)
faal_metabolisme/ikun/2006
40
BMR
Fungsi fisiologis normal tersebut meliputi:
1) lingkungan kimia internal tubuh, yaitu
gradient konsentrasi ion antara intrasel
dan ekstrasel
2) aktivitas elektrokimia sistem saraf
3) aktivitas elektromekanik sistem sirkulasi
4) pengaturan suhu
faal_metabolisme/ikun/2006
41
Faktor-faktor yg mempengaruhi
BMR
• Makanan
Makanan kaya protein akan lebih
meningkatkan BMR daripada makanan
kaya lipid atau kaya karbohidrat. Hal ini
mungkin terjadi karena deaminasi
asam amino terjadi relatif cepat.
faal_metabolisme/ikun/2006
42
Faktor-faktor yg mempengaruhi
BMR
• Status hormon tiroid
Hormon tiroid meningkatkan konsumsi oksigen,
sintesis protein, dan degradasi yang merupakan
aktivitas termogenesis. Peningkatan BMR
merupakan hal yang klasik pada hipertiroid, dan
menurun pada penurunan kadar tiroid
faal_metabolisme/ikun/2006
43
Faktor-faktor yg mempengaruhi
BMR
• Aktivitas saraf simpatis.
Pemberian agonis simpatis  juga
meningkatkan BMR. Sistem saraf simpatis
secara langsung melalui nervus vagus ke
hati mengaktivasi pembentukan glukosa
dari glikogen. Sehingga aktivitas saraf
simpatis meningkatkan BMR.
faal_metabolisme/ikun/2006
44
Faktor-faktor yg mempengaruhi
BMR
• Latihan
Latihan membutuhkan kalori ekstra dari
makanan. Jika s/ makanan lebih banyak
mengandung energi, maka berat badan akan
meningkat. Jika penggunaan energi lebih
banyak dari yg tersedia dlm makanan, maka
tubuh akan memakai simpanan lemak yang ada
dan mungkin akan menurunkan berat badan.
faal_metabolisme/ikun/2006
45
Faktor-faktor yg mempengaruhi BMR
• Umur & faktor lain
BMR seorang anak umumnya lebih tinggi
daripada orang dewasa, krn anak memerlukan
lebih banyak energi selama masa pertumbuhan.
Wanita hamil & menyusui juga memiliki BMR
yang lebih tinggi.
Demam meningkatkan BMR.
Orang yg berotot memiliki BMR lebih tinggi
daripada orang yg gemuk
faal_metabolisme/ikun/2006
46
• Suhu tubuh manusia cenderung berfluktuasi
setiap saat. Banyak faktor yang dapat
menyebabkan fluktuasi suhu tubuh. Untuk
mempertahankan suhu tubuh manusia dalam
keadaan konstan, diperlukan regulasi suhu
tubuh.
• Suhu tubuh manusia diatur dengan mekanisme
umpan balik (feed back) yang diperankan oleh
pusat pengaturan suhu di hipotalamus.
faal_metabolisme/ikun/2006
47
• Apabila pusat temperatur hipotalamus mendeteksi
suhu tubuh yang terlalu panas, tubuh akan
melakukan mekanisme umpan balik. Mekanisme
umpan balik ini terjadi bila suhu inti tubuh telah
melewati batas toleransi tubuh untuk
mempertahankan suhu, yang disebut titik tetap (set
point).
• Titik tetap tubuh dipertahankan agar suhu tubuh inti
konstan pada 37°C. Apabila suhu tubuh meningkat
lebih dari titik tetap, hipotalamus akan merangsang
untuk melakukan serangkaian mekanisme untuk
mempertahankan suhu dengan cara menurunkan
produksi panas dan meningkatkan pengeluaran
panas sehingga suhu kembali pada titik tetap.
faal_metabolisme/ikun/2006
48
Mekanisme Tubuh Ketika Suhu Tubuh Berubah
• Mekanisme tubuh ketika suhu tubuh meningkat yaitu :
a. Vasodilatasi
Vasodilatasi pembuluh darah perifer hampir
dilakukan pada semua area tubuh.
Vasodilatasi ini disebabkan oleh hambatan
dari pusat simpatis pada hipotalamus
posterior yang menyebabkan vasokontriksi
sehingga terjadi vasodilatasi yang kuat pada
kulit, yang memungkinkan percepatan
pemindahan panas dari tubuh ke kulit hingga
delapan kali lipat lebih banyak.
faal_metabolisme/ikun/2006
49
b. Berkeringat
Pengeluaran keringat melalui kulit terjadi sebagai efek
peningkatan suhu yang melewati batas kritis, yaitu 37°C.
pengeluaran keringat menyebabkan peningkatan pengeluaran
panas melalui evaporasi. Pengeluaran keringat merupakan
salh satu mekanisme tubuh ketika suhu meningkat melampaui
ambang kritis. Pengeluaran keringat dirangsang oleh
pengeluaran impuls di area preoptik anterior hipotalamus
melalui jaras saraf simpatis ke seluruh kulit tubuh kemudian
menyebabkan rangsangan pada saraf kolinergic kelenjar
keringat, yang merangsang produksi keringat. Kelenjar
keringat juga dapat mengeluarkan keringat karena rangsangan
dari epinefrin dan norefineprin.
faal_metabolisme/ikun/2006
50
c. Penurunan pembentukan panas
• Beberapa mekanisme
pembentukan panas, seperti
termogenesis kimia dan
menggigil dihambat dengan kuat.
faal_metabolisme/ikun/2006
51
2. Mekanisme tubuh ketika suhu tubuh menurun, yaitu :
a. Vasokontriksi kulit di seluruh tubuh
• Vasokontriksi terjadi karena rangsangan pada pusat simpatis
hipotalamus posterior.
b. Piloereksi
• Rangsangan simpatis menyebabkan otot erektor pili yang
melekat pada folikel rambut berdiri. Mekanisme ini tidak
penting pada manusia, tetapi pada binatang tingkat rendah,
berdirinya bulu ini akan berfungsi sebagai isolator panas
terhadap lingkungan.
c. Peningkatan pembentukan panas
• Pembentukan panas oleh sistem metabolisme meningkat
melalui mekanisme menggigil, pembentukan panas akibat
rangsangan simpatis, serta peningkatan sekresi tiroksin.
faal_metabolisme/ikun/2006
52
skema sistem pemanas dan pendingin tubuh :
Vasodilatasi pembuluh
darah permukaan
Penghasil panas
(jaringan)
Elemen
penyensor
(hipotalamus)
Pengeluaran air
permukaan (kelenjar
keringat)
Termoreseptor kulit
Peningkatan
aktivitas otot
ivolunter
Suhu Lingkungan
eksternal
Meningkatkan
suhu inti tubuh
faal_metabolisme/ikun/2006
Pireksia
1. Menurut kamus keperawatan, pireksia ( fever )
adalah kenaikan suhu tubuh diatas suhu normal
( Christine Hancock, ed 17, 1999 )
2. Menurut kamus kedokteran, pireksia ( febris,
fever, demam ) adalah peningkatan suhu tubuh di
atas normal; setiap penyakit yang ditandai
dengan peningkatan suhu tubuh ( Dorland, 2002 )
faal_metabolisme/ikun/2006
54
Adapun suhu tubuh dihasilkan dari :
• 1. Laju metabolisme basal (basal metabolisme rate, BMR)
di semua sel tubuh.
• 2. Laju cadangan metabolisme yang disebabkan aktivitas
otot (termasuk kontraksi otot akibat menggigil).
• 3. Metabolisme tambahan akibat pengaruh hormon
tiroksin dan sebagian kecil hormon lain, misalnya hormon
pertumbuhan (growth hormone dan testosteron).
• 4. Metabolisme tambahan akibat pengaruh epineprine,
norepineprine, dan rangsangan simpatis pada sel.
• 5. Metabolisme tambahan akibat peningkatan aktivitas
kimiawi di dalam sel itu sendiri terutama bila temperatur
menurun.
faal_metabolisme/ikun/2006
55
• Berdasarkan distribusi suhu di dalam tubuh,
dikenal suhu inti (core temperatur), yaitu suhu
yang terdapat pada jaringan dalam, seperti
kranial, toraks, rongga abdomen, dan rongga
pelvis. Suhu ini biasanya dipertahankan relatif
konstan (sekitar 37°C).
• selain itu, ada suhu permukaan (surface
temperatur), yaitu suhu yang terdapat pada
kulit, jaringan sub kutan, dan lemak. Suhu ini
biasanya dapat berfluktuasi sebesar 20°C
sampai 40°C.
faal_metabolisme/ikun/2006
56
Thankz….
faal_metabolisme/ikun/2006
57