A. Pengertian
Termodinamika
Berasal dari dua kata, yaitu:
• Thermal =
(berkenaan dengan panas)
• Dinamika
= (berkenaan dengan pergerakan)
Jadi, termodinamika
adalah ilmu mengenai fenomena-fenomena enersi yang berubah-ubah karena
pengaliran panas dan usaha yang dilakukan.
Misalnya suatu benda
dinaikkan suhunya maka akan timbul pemuaian atau penyusutan pada termo elemen
akan membangkitkan gaya gerak listrik. Pada proses ini terdapat suatu
pemindahan panas dan juga bekerja sesuatu gaya yang mengalami perpindahan yang
mengakibatkan terlaksananya suatu usaha.
1.
Termometrik
Prinsip-prinsip dasar alat ukur ini ialah fenomena pemuaian yang merupakan
indeks temperatur.
Contoh termometer
air raksa dan termometer alkohol.
Air raksa memiliki:
Batas muai dan titik uap = -40°C
Membeku dan titik uap = >360°C
Macam- macam termometer:
- Termometer air raksa/alkohol
- Termometer tahanan (temistor termometer)
- Termometer elemen (termocouple)
- Pyrometer optik
- Termometer gas yang bervolume tetap
Dalam bidang
kedokteran termometer air raksa/alkohol sangat populer. Termometer ini terdiri
dari gelas A berdinding tipis. Bagian atas bola dihubungkan dengan pipa
kalpiler B. Air raksa mengisi bola Adan sedikit pada pipa kapiler B. Antara
pipa kapiler dan bola A terdapat suatu penyempitan. Tujuannya agar supaya air
raksa setelah memuai, tidak mudah kembali ke keadaan semula. Bagian atas
kapiler dihampakan udara kemudian ujung kapiler tersebut ditutup. Untuk
mengukur tinggi permukaan air raksa dibuat skala yang digoreskan pada dinding pipa tersebut. Pada
dinding belakang yang berlawanan dengan skala, di sebelah luarnya ruangan
terdapat/diberikan lapisan perak agar dapat memberikan gambaran skala lebih
tajam.
2.
Skala Temperatur
Titik es yaitu suatu titik di mana terdapat campuran air yang jenuh
udara dengan es yang bertekanan 1 atmosfir. Titik uap ialah suhu di mana
terdapat air mendidih pada tekanan 1 atmosfir.
3.
Pengaturan Suhu
Tubuh
Pengaturan panas atau regulasi termal yaitu suatu pengaturan secara
kompleks dari suatu proses fisiologis di mana terjadi kesetimbangan antara
produksi panas dan kehilangan panas sehingga suhu tubuh dapat dipertahankan
secara konstan
Manusia (mamalia) secara fisiologis digolongkan dalam “worm –
blooded” atau homotermal yang memiliki temperatur tubuh tetap konstan walaupun
suhu lingkungan berubah.
Homotermal
terjadi karena ada interaksi berantai antara pembentukan panas (heat produksi)
dan kehilangan panas (heat loss), yang aktifitasnya diatur oleh susunan syaraf
pusat yang mengatur metabolisme, sirkulas peredaran darah, perspirasi
(penguapan) dan pekerjaan otot-otot
skeletal. Sebagai contoh kontraksi otot banyak menghasilkan panas, rumusnya
dapat ditulis:
K = efisiensi
H = energi total (dalam kalori) pada waktu
kerja
W = usaha dinyatakan dlam kg M.
Topografi Temperatur Badan dan Kulit
• Suhu
tubuh normal 36,1 – 37,10C
• Setiap
bagian tubuh mempunyai suhu yang berbeda - beda
• Daerah
tubuh dan kepala mempeunyai temperatur kulit lebih tinggi daripada anggota
badan
• Cara
untuk menghitung suhu kulit rata – rata
Tkult rata2= 0.07Tkepala+
0.14Tlengan+0,05Ttangan+0.07Tkaki
+0,13Tbetis+0.09Tpaha+0.35Tbatang
tubuh
• Suhu
tubuh rata – rata (mean body temperatur)
= 0.69Trektal
+ 0,33 Tkulit rata – rata
PENGATURAN SUHU
TANPA UMPAN BALIK DAN DENGAN UMPAN BALIK
A. Pengaturan suhu
tanpa umpan balik
• Pengaturan
suhu berarti mengatur heat loss dan heat produksi
• Pengaturan
suhu terjadi di manusia tetapi tidak pada benda mati
• Pada
manusia terjadi produksi panas sedangkan pada benda tidak terjadi produksi
panas sehingga umpan balik di benda tidak pernah terjadi
• Pada
temperatur tinggi, logam akan memancarkan radiasi (heat loss), apabila logam
diletakkan pada tempat dingin, logam
tersebut akan dingin perlahan – lahan dan tidak mungkin dapat memanaskan dri
sendiri
B. Pengaturan suhu dengan umpan balik
B. Hukum Termodinamika
Termodinamika adalah suatu pengetahuan tentang informasi energi ke
dalam usaha. Walaupun kerja/usaha dapat ditransformasi secara komplit ke dalam
energi dalam, namun energi dalam tidak dapat ditransformasikan secara komplit
ke dalam usaha. Hal ini disebabkan adanya hukum termodinamika kedua yang
membatasinya. Dalam memperlajari termodinamika ini dikenal 4 hukum
termodinamika yaitu:
1. Hukum ke
nol termodinamika (oleh R.H Fowler).
2. Hukum
pertama termodinamika.
3. Hukum
kedua temodinamika.
4. Hokum
ketiga termodinamika.
1.
Hukum ke nol
termodinamika
Dalam keadaan adiabatik suatu gas ideal
dalam ruangan tertutup pemuain sangat lamabat, tidak ada panas
Secara singkat dapat dijelaskan, bahwa
apabila 2 sistem A dan B dalam keadaan setimbang termal maka sistem ketiga C juga dalam
keadaan setimbang termal.
|
Sistem C
|
|
Sistem A
|
|
Sistem B
|
2.
Hukum pertama
termodinamika
Misalnya
suatu zat dirubah dari keadaan 1 ke keadaan ke 2 menurut lintasan tertentu maka
panas Q yang diberikan itu akan diserap dan menyebabkan usaha sebesar W (yang
diukur dalam satuan panas). Dengan demikaian dapat dikatakan energi untuk
bekerja sebesar:
E
= Q - W atau,
Q = E – W
Ini
disebut hukum termodinamika yang menyatakan suatu proses penambahan panas dan
kerja yang dilakukan sedangkan perubahan energi suatu zat tak tergantung kepada
lintasan. Jadi hukum termodinamika yang membahas berapa besar energi yang
diserap atau bebas.
3.
Hukum ketiga
termodinamika
Sadi canot (1796-1832) berpendapat bahwa dalam mesin kalor di mana
energi panas yang di ambil oleh sejumlah energi mekanik tetapi selang waktu
tertentu jumlah panas yang masuk mesin sama dengan yang keluar. Pernyataan ini
jelas tidak benar. Namun telah berhasil merumuskan hukum II temodinamika dan
tentang daya guna maksimal dari mesin-mesin kalor, yang bekerja antara dua suhu tertentu.
• Lord
Kelvin Flank (1853) merumuskan bahwa: tidak mungkin membuat mesin yang bekerja
dalam satu siklus, menerima kalor dari sumber (reservoir) dan mengubah kalor
itu menjadi energi atau usaha seluruhnya.
• Clausius
merumuskan : tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam suatu siklus,
mengambil kalor dari sumber (reservoir) yang mempunyai suhu rendah dan
memberikanya kepada sumber yang mempunyai suhu tinggi, tanpa melibatkan usaha
dari luar. *rumusan ini merupakan dasar
mesin pendingin.
B. TRANSFER PANAS ( ALIH PANAS )
Sesuai dengan seluruh reaksi kimia .
rata-rata reaksi kimia di dalam tubuh tergantung pada temperatur. Menurut
reaksi kimia tubuh, seiring dengan menurunnya temperatur ( hukum Vant Hoff ).
Energi panas yang
Chiang atau masuk ke dalam tubuh melalui kulit ada 4 cara :
a. Konduksi (
conduction )
b. Konveksi (
convection )
c. Radiasi ( radiation
)
d. Evaporasi (
evavoration )
a. Konduksi
Konduksi adalah pemaparan
panas dari satu objek yang suhunya lebih tinggi ke objek lain dengan jalan
kontak langsung. Berdasarkan teori kinetis dihantarkan dari satu molekul ke molekul
yang lain dengan jalan tabrak sehingga terbentuk panas. Berdasarkan teori ini
dicarikan persamaan hantaran panas melalui konduksi.
Misalkan ada sebuah batang
logam Diana T1>T2 mengalir panas per detik melalui
luas penampang dalam cm2. Perbedaan temperatur
T = T1+
T2.
JQ
|
T1
|
T2
b. Konveksi
Apabila seceret kopi
diletakan di atas kompor listrik yang panas maka energi di dalam ceret akan
meningkat yang disebabkan oleh konduksi. Bila seceret kopi panas diletakan di
atas meja maka tampak ada peningkatan energi di daerah yang di tempatkan
seceret kopi tersebut.
Transfer panas ini disebut konveksi yang sangat berbeda
dengan konduksi. Aliran konveksi dapat terjadi dikarenakan massa jenis udara
panas sangat ringan dibandingkan udara dingin. Konveksi secara alam dapat
terjadi oleh karena pemanasan yang asymetris. Gaya konveksi bisa terjadi
apabila angin secukupnya mengalir melewati tubuh. Pertukaran panas dan gaya
konveksi adalah berbanding lurus perbedaan temperatur antara kulit dan udara
dan kecepatan udara.
c. Radiasi (Radiation)
Umumnya teori
Kwantum terbawa pengertian tentang menyusutnya radioaktif, bom atom dan
lain-lain manifestasi yang dramatis. Ada beberapa pandangan mengenai fenomena
atom yang memberi pengertian tentang energi radiasi. Sebuah permukaan objek
akan memberi energi dalam bentuk radiasi elektromagnetis dan radiasi yang
dipancarkan dalam bentuk paket bantun oleh karena distribusi energi sangat khas
dari tiap-tiap objek. Radiasi adalah satu transfer energi panas dari suatu
permukaan ajek ke objek yang lain tanpa mengalami kontak dari kedua objek
tersebut.
d. Evaporasi
(Evaporation)
Evaporasi adalah
peralihan panas dari bentuk cairan menjadi uap. Manusia kehilangan sekitar 9 x
103 kalori/gram melalui penguapan paru-paru. Dengan suatu latihan
yang berat atau lingkungan panas seseorang akan min air 4 literjam, ini
merupakan suatu proses pertukaran energi terminal.
Kehilangan panas lewat evaporasi dapat terjadi
apabila :
a)
Perbedaan tekanan uap air
antara keringat pada kulit dan udara ambeien.
b)
Temperatur lingkungan
rendah dari normal sehingga evaporasi dari keringan dapat terjadi dan dapat
menghilangkan panas dari tubuh; dan itu dapat terjadi apabila temperatur basah
kering dibawah temperatur kulit.
c)
Adanya gerakan angin.
d)
Adanya kelembaban.
C. EFEK PANAS
Sukar
dikatakan secara pasti efisiensi panas apabila ada energi panas mengenai salah
satu bagian tubuh.Tetapi jelas apabila energi panas mengenai salah satu bagian
tubuh akan menaikan temperatur daerah tersebut.
Efek panas dapat dibagi tiga group :
a.
Fisik
Panas menyebabkan zat cair, padat dan
gas mengalami pemuaian segala arah. Sebuah logam berbentuk kubus mengalami
pemuaian isi.
b.
Kimia
Kecepatan reaksi kimia akan
meningkatdengan peningkatan temperatur. Hal ini terlihat pada reaksi oksidasi.
Pada reaksi oksidasi akan meningkat dengan peningkatan suhu, ini sesuai dengan
hukum Van Hoff.
Permeabilitas
membran sel akan meningkat sesuai dengan peningkatan suhu, pada jaringan akan
terjadi peningkatan metabolisme seiring dengan peningkatan pertukaran antara
zat kimia tubuh dengan cairan tubuh.
c.
Biologis
Efek panas terhadap biologis merupakan
Sumadi dari efek panas terhadap fisik dan kimia. Adanya peningkatan sel darah
putih secara total dan fenomena reaksi peradangan serta adanya dilatasi
(pelebaran) pembuluh darah yang mengakibatkan peningkatan sirkulari (peredaran)
darah serta peingkatan tekanan kapiler. Tekanan o2 dan co2 didalam
darah akan meningkat, sedangkan pH darah akan mengalami penurunan.
D. PENGGUNAAN ENERGI
PANAS DALAM PENGOBATAN
Telah dibicarakan bahwa hamparan
energi panas dapat melalui konduksi, konveksi, dan evaporasi. Dengan mengetahui
sifat hamparan energi panas ini diusahakan agar dengan cara apa saja dapat
mentransferkan panas tersebut serta bagaimanakah agar energi panas tersebut
dapat mencapai tubuh. Energi panas mula-mula akan penetrasi ke dalam jaringan
kulit dalam bentuk berkas cahaya (radiasi/konduksi). Kemudian akan mengahilang
dalam di daerah jaringan yang lebih dalam berupa panas. Panas tersebut
kemudiandiangkut kejaringan lain dengan cara konveksi yaitu diangkut kejaringan
seluruh tubuh melalui cairan tubuh.
Metode-metode yang
dipakai dalam pengobatan :
a.
Metode konduksi :
Metode
ini merupakan dasar dari sifat fisik kedua benda. Apabila terdapat perbedaan
temperatur antara kedua benda maka panas akan ditransfer secara konduksi yaitu
dari benda yang lebih panas kebenda yang lebih dingin.
Pemindahan energi
panas total tergantung kepada :
·
Luas daerah kontak
·
Perbedaan temperatur
·
Lama melakukan kontak
·
Material konduksi panas
Melalui metodis
konduksi ini dapat berupa :
a.
Kantong air panas atau
botol berisi air panas
b.
Handuk panas
c.
Turkish batsh
d.
Mus packs
e.
Wax Bath
f.
Elektris pas
Dikatakan dengan metodis konduksi ini dapat melakukan
pengobatan terhadap penyakit :
-
Neoritis
-
Sprains
-
Strain
-
Contusio
-
Siausitis
-
Low Black pain
b.
Metode radiasi
Metode ini digunakan
untuk pemanasan permukaan tubuh serupa dengan pemanasan dengan sinar matahari
atau nyala api.
Sumber radiasi
berasal dari :
1.
Elektric fire , ada dua
tipe
a. old type fire
Memiliki daya 750 watt dengan range
radiasi antara merah dan mendekati infra Red serta panjang gelombang lebih
pendek daripada 15.000 A0 ini sering digunakan pada Home threatment.
b.
pencil bar type
ini mempergunakan reflektor
rektangular dan “shape Ike acoustic Type”
2.
Infra merah
Untuk mendapat sinar
infra merah maka dipakai lampu pijar berkisar antara 250 watt sampai dengan
1000 watt serta diberi filter merah
c.
Metoda elektromagnetis
Ada dua metodis yang
dipakai untuk transfer panas ke dalam jaringan tubuh :
1.
Short wave diathermy ( Diathermi gelombang
pendek )
Agar energi panas dapat ditransfer ke
dalam tubuh maka dapat dilakukan dua cara :
a.
Teknik kondesor
b.
Diathermi metode induksi
2.
Micro wave diathermy ( Diathermi
gelombang mikro )
Penggunaan mikro wave diatremi lebih mudah daripada short wave
diatremi. Mikro wave diatremi termasuk gelombang radio dengan osilasi paa
frequensi yang sangat tinggi. Energinya terletak antara short wave diathermy
dan infra merah.
Penyakit penyakit yang memerlukan pengobatan dengan micro wave
diathermy adalah :
-
Patah tulang ( Fracture)
-
Sprains dan Strains
-
Bursitis
-
Radang tendon
-
Arthritis
d.
Gelombang Ultrasonik
Ultrasonik adalah suara atau getaran
dengan frekuensi yang terlalu tinggi untuk bisa
didengar oleh telinga manusia,
yaitu kira-kira di atas 20 kiloHertz.
Hanya beberapa hewan, seperti lumba-lumba menggunakannya untuk komunikasi,
sedangkan kelelawar menggunakan gelombang ultrasonik untuk navigasi. Dalam hal
ini, gelombang ultrasonik merupakan gelombang ultra (di atas) frekuensi
gelombang suara (sonik).