SMK KESEHATAN YAPIKA MAKASSAR

SMK KESEHATAN YAPIKA MAKASSAR

Senin, 21 Oktober 2013

BIOTERMIK


1.   PENGERTIAN KALOR
Kalor didefinisikan sebagai energi panas yang dimiliki oleh suatu zat. Secara umum untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda yaitu dengan mengukur suhu benda tersebut. Jika suhunya tinggi maka kalor yang dikandung oleh benda sangat besar, begitu juga sebaliknya jika suhunya rendah maka kalor yang dikandung sedikit.
Dari hasil percobaan yang sering dilakukan besar kecilnya kalor yang dibutuhkan suatu benda(zat) bergantung pada 3 faktor
  1. Massa zat
  2. Jenis zat (kalor jenis)
  3. Perubahan suhu
PENGERTIAN KALOR DAN PERPINDAHAN KALOR SECARA RADIASI
(Pengertian Kalor dan Perpindahan Kalor secara Radiasi)  – Kalor adalah salah satu bentuk energi maka satuan kalor pun sama dengan satuan energi, yaitu joule atau kalori. Kalor dapat menaikkan suhu suatu zat dan dapat mengubah wujud zat. Benda yang mendapat kalor suhunya naik, sedang yang melepas kalor suhunya turun. Banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat dipengaruhi oleh massa zat, kenaikan suhu, dan jenis zat. Kalor yang digunakan untuk mengubah wujud zat dinamakan kalor laten. Menguap dan melebur adalah peristiwa perubahan wujud yang membutuhkan kalor, sedang mengembun dan membeku adalah peristiwa perubahan wujud yang melepaskan kalor. Kalor berpindah dari suhu tinggi menuju ke suhu rendah secara konduksi, konveksi, dan radiasi. Pemanfaatan kalor dalam kehidupan sehari-hari antara lain pada termos, seterika, panci, dan alat-alat dapur lainnya.
Perpindahan Kalor secara Radiasi
Bagaimanakah energi kalor matahari dapat sampai ke bumi? Telah kita ketahui bahwa antara matahari dengan bumi berupa ruang hampa udara, sehingga kalor dari matahari sampai ke bumi tanpa melalui zat perantara. Perpindahan kalor tanpa melalui zat perantara atau medium ini disebut radiasi/hantaran. Contoh perpindahan kalor secara radiasi, misalnya pada waktu kita mengadakan kegiatan perkemahan, di malam hari yang dingin sering menyalakan api unggun.
Saat kita berada di dekat api unggun badan kita terasa hangat karena adanya perpindahan kalor dari api unggun ke tubuh kita secara radiasi. Walaupun di sekitar kita terdapat udara yang dapat memindahkan kalor secara konveksi, tetapi udara merupakan penghantar kalor yang buruk (isolator). Jika antara api unggun dengan kita diletakkan sebuah penyekat atau tabir, ternyata hangatnya api unggun tidak dapat kita rasakan lagi. Hal ini berarti tidak ada kalor yang sampai ke tubuh kita, karena terhalang oleh penyekat itu. Dari peristiwa api unggun dapat disimpulkan bahwa:
·               Dalam peristiwa radiasi, kalor berpindah dalam bentuk cahaya, karena cahaya dapat merambat dalam ruang hampa, maka kalor pun dapat merambat dalam ruang hampa;
·               Radiasi kalor dapat dihalangi dengan cara memberikan tabir/penutup yang dapat menghalangi cahaya yang dipancarkan dari sumber cahaya.

Hubungan antara kalor Dengan energi listrik
·               Kalor merupakan bentuk energi maka dapat berubah dari satu bentuk kebentuk yang lain. Berdasarkan Hukum Kekekalan Energi maka energi listrik dapat berubah menjadi energi kalor dan juga sebaliknya energi kalor dapat berubah menjadi energi listrik. Dalam pembahasan ini hanya akan diulas tentang hubungan energi listrik dengan energi kalor. Alat yang digunakan mengubah energi listrik menjadi energi kalor adalah ketel listrik, pemanas listrik, dll.
Besarnya energi listrik yang diubah atau diserap sama dengan besar kalor yang dihasilkan. Sehingga secara matematis dapat dirumuskan.
·         W = Q
·         Untuk menghitung energi listrik digunakan persamaan sebagai berikut :
·         W = P.t
Keterangan :
·         W adalah energi listrik (J)
·         P adalah daya listrik (W)
·         t adalah waktu yang diperlukan (s)
·         Bila rumus kalor yang digunakan adalah Q = m.c.(t2 – t1) maka diperoleh persamaan ;
·         P.t = m.c.(t2 – t1)
·         Yang perlu diperhatikan adalah rumus Q disini dapat berubah-ubah sesuai dengan soal.

2. ASAS BLACK
Menurut asas Black apabila ada dua benda yang suhunya berbeda kemudian disatukan atau dicampur maka akan terjadi aliran kalor dari benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Aliran ini akan berhenti sampai terjadi keseimbangan termal (suhu kedua benda sama). Secara matematis dapat dirumuskan :
Q lepas = Q terima
Yang melepas kalor adalah benda yang suhunya tinggi dan yang menerima kalor adalah benda yang bersuhu rendah. Bila persamaan tersebut dijabarkan maka akan diperoleh :
Q lepas = Q terima
m1.c1.(t1 – ta) = m2.c2.(ta-t2)
Catatan yang harus selalu diingat jika menggunakan asasa Black adalah pada benda yang bersuhu tinggi digunakan (t1 – ta) dan untuk benda yang bersuhu rendah digunakan (ta-t2). Dan rumus kalor yang digunakan tidak selalu yang ada diatas bergantung pada soal yang dikerjakan.
Asas Black adalah suatu prinsip dalam termodinamika yang dikemukakan oleh Joseph Black. Asas ini menjabarkan:
  • Jika dua buah benda yang berbeda yang suhunya dicampurkan, benda yang panas memberi kalor pada benda yang dingin sehingga suhu akhirnya sama
  • Jumlah kalor yang diserap benda dingin sama dengan jumlah kalor yang dilepas benda panas
  • Benda yang didinginkan melepas kalor yang sama besar dengan kalor yang diserap bila dipanaskan.
Bunyi Asas Black adalah sebagai berikut:
"Pada pencampuran dua zat, banyaknya kalor yang dilepas zat yang suhunya lebih tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diterima zat yang suhunya lebih rendah"

Rumus Asas Black

Secara umum rumus Asas Black adalah
Qlepas = Qterima
Keterangan:
Qlepas adalah jumlah kalor yang dilepas oleh zat
Qterima adalah jumlah kalor yang diterima oleh zat
dan rumus berikut adalah penjabaran dari rumus diatas :
(M1 X C1) (T1-Ta) = (M2 X C2) (Ta-T2)
Keterangan :
M1 = Massa benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi
C1 = Kalor jenis benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi
T1 = Temperatur benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi
Ta = Temperatur akhir pencampuran kedua benda
M2 = Massa benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah
C2 = Kalor jenis benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah
T2 = Temperatur benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah
Catatan : Pada pencampuran antara dua zat, sesungguhnya terdapat kalor yang hilang ke lingkungan sekitar. Misalnya, wadah pencampuran akan menyerap kalor sebesar hasil kali antara massa, kalor jenis dan kenaikan suhu wadah.
3. PENGERTIAN METABOLISME
Metabolisme adalah proses-proses kimia yang terjadi di dalam tubuh makhluk hidup/sel. Metabolisme disebut juga reaksi enzimatis, karena metabolisme terjadi selalu menggunakan katalisator enzim.
Berdasarkan prosesnya metabolisme dibagi menjadi 2, yaitu:
1.         Anabolisme/AsimilasI/Sintesis,
Yaitu proses pembentakan molekul yang kompleks dengan menggunakan energi tinggi.
Contoh : fotosintesis (asimilasi C)
energi cahaya
6 CO2 + 6 H2O ———————————> C6H1206 + 6 02
klorofil ,glukosa (energi kimia)
Pada kloroplas terjadi transformasi energi, yaitu dari energi cahaya sebagai energi kinetik berubah menjadi energi kimia sebagai energi potensial, berupa ikatan senyawa organik pada glukosa. Dengan bantuan enzim-enzim, proses tersebut berlangsung cepat dan efisien. Bila dalam suatu reaksi memerlukan energi dalam bentuk panas reaksinya disebut reaksi endergonik. Reaksi semacam itu disebut reaksi endoterm.
2.      Katabolisme Karbohidrat
Serangkaian reaksi biokimia dalam sel organisme hidup disebut dengan metabolisme. Pada metabolisme juga terjadi pertukaran zat dan energi yang terjadi dalam sel Metabolisme dibedakan menjadi dua, yaitu katabolisme dan anabolisme. Katabolisme adalah proses pemecahan molekul kompleks menjadi molekul sederhana dengan melepaskan energi.
Molekul Yang Terlibat Dalam Metabolisme
1.      ENZIM
Enzim merupakan biokatalisator / katalisator organik yang dihasilkan oleh sel. Struktur enzim terdiri dari:
• Apoenzim, yaitu bagian enzim yang tersusun dari protein, yang akan
rusak bila suhu terlampau panas(termolabil).
• Gugus Prostetik (Kofaktor), yaitu bagian enzim yang tidak tersusun
dari protein, tetapi dari ion-ion logam atau molekul-molekul organik
yang disebut KOENZIM. Molekul gugus prostetik lebih kecil dan tahan panas (termostabil), ion-ion logam yang menjadi kofaktor berperan sebagai stabilisator agarenzim tetap aktif. Koenzim yang terkenal pada rantai pengangkutan elektron (respirasi sel), yaitu NAD (Nikotinamid Adenin Dinukleotida), FAD (Flavin Adenin Dinukleotida), SITOKROM. Enzim mengatur kecepatan dan kekhususan ribuan reaksi kimia yang berlangsung di dalam sel. Walaupun enzim dibuat di dalam sel, tetapi untuk bertindak sebagai katalis tidak harus berada di dalam sel. Reaksi yang dikendalikan oleh enzim antara lain ialah respirasi, pertumbuhan dan perkembangan, kontraksi otot, fotosintesis, fiksasi, nitrogen, dan pencernaan.
SIFAT-SIFAT ENZIM
Enzim mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:
1. Biokatalisator, mempercepat jalannya reaksi tanpa ikut bereaksi.
2. Thermolabil; mudah rusak, bila dipanasi lebih dari suhu 60º C, karena enzim tersusun dari protein yang mempunyai sifat thermolabil.
3. Merupakan senyawa protein sehingga sifat protein tetap melekat pada enzim.
4. Dibutuhkan dalam jumlah sedikit, sebagai biokatalisator, reaksinya sangat cepat dan dapat digunakan berulang-ulang.
5. Bekerjanya ada yang di dalam sel (endoenzim) dan di luar sel (ektoenzim), contoh ektoenzim: amilase,maltase.
6. Umumnya enzim bekerja mengkatalisis reaksi satu arah, meskipun ada
juga yang mengkatalisis reaksi dua arah, contoh : lipase, meng-katalisis pembentukan dan penguraian lemak.
                                                      lipase
Lemak + H2O ———————————> Asam lemak + Gliserol
7. Bekerjanya spesifik ; enzim bersifat spesifik, karena bagian yang aktif (permukaan tempat melekatnya substrat) hanya setangkup dengan permukaan substrat tertentu.
8. Umumnya enzim tak dapat bekerja tanpa adanya suatu zat non protein tambahan yang disebut kofaktor.

Pada reaksis enzimatis terdapat zat yang mempengarahi reaksi, yakni aktivator dan inhibitor, aktivator dapat mempercepat jalannya reaksi, 2+ 2+
·         Contoh aktivator enzim: ion Mg, Ca, zat organik seperti koenzim-A.
Inhibitor akan menghambat jalannya reaksi enzim.
·         Contoh inhibitor : CO, Arsen, Hg, Sianida.
2. ATP (Adenosin Tri Phosphat)
Molekul ATP adalah molekul berenergi tinggi. Merupakan ikatan tiga molekulfosfat dengan senyawa Adenosin. Ikatan kimianya labil, mudah melepaskan gugus fosfatnya meskipun digolongkan sebagai molekul berenergi tinggi.
Perubahan ATP menjadi ADP (Adenosin Tri Phosphat) diikuti dengan pembebasan energi sebanyak 7,3 kalori/mol ATP. Peristiwa perubahan ATP menjadi ADP merupakan reaksi yang dapat balik.
·         Katabolisme
            Katabolisme adalah reaksi pemecahan / pembongkaran senyawa kimia kompleks yang mengandung energi tinggi menjadi senyawa sederhana yang mengandung energi lebih rendah. Tujuan utama katabolisme adalah untuk membebaskan energi yang terkandung di dalam senyawa sumber. Bila pembongkaran suatu zat dalam lingkungan cukup oksigen (aerob) disebut proses respirad, bila dalam lingkungan tanpa oksigen (anaerob) disebut fermentasi.
Contoh Respirasi : C6H12O6 + O2 ——————> 6CO2 + 6H2O + 688KKal.
                                                               (glukosa)
4.   TITIK JUANG
a.   KALOR JENIS
Kalor jenis sering disebut kapasitas kalor jenis, dengan simbol c. kalor jenis diartikan dengan banyak kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kilogram zat sebesar 1 kelvin, dan dirumuskan :  C = Q / m . Δt
Keterangan
Q = kalor yang diperlukan (J)
m = massa benda (kg)
Δt = perubahan suhu (K)
C = Kalor Jenis (J/Kg) kalor jenis, kalor, zat, fisika, kimia, massa, benda, perubahan, suhu
Sehingga secara matematis dapat dirumuskan :
Q = m.c.(t2 – t1)
Dimana :
Q adalah kalor yang dibutuhkan (J)
m adalah massa benda (kg)
c adalah kalor jenis (J/kgC)
(t2-t1) adalah perubahan suhu (C)
Kalor dapat dibagi menjadi 2 jenis
  • Kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu
  • Kalor yang digunakan untuk mengubah wujud (kalor laten), persamaan yang digunakan dalam kalor laten ada dua macam Q = m.U dan Q = m.L. Dengan U adalah kalor uap (J/kg) dan L adalah kalor lebur (J/kg)
Dalam pembahasan kalor ada dua kosep yang hampir sama tetapi berbeda yaitu kapasitas kalor (H) dan kalor jenis (c)
Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda sebesar 1 derajat celcius.
H = Q/(t2-t1)
Ø  Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1 derajat celcius. Alat yang digunakan untuk menentukan besar kalor jenis adalah kalorimeter.
Rumus:
Q=m\times c \times\Delta\! t
dengan ketentuan:
  • \!Q= Kalor yang diterima suatu zat (Joule, Kilojoule, Kalori, Kilokalori)
  • \!m= Massa zat (Gram, Kilogram)
  • \!c= Kalor jenis (Joule/kilogram°C, Joule/gram°C, Kalori/gram°C)
  • \Delta\!t= Perubahan suhu (°C) → (t2 - t1)

Untuk mencari kalor jenis, rumusnya adalah:
\!c=\frac{Q}{\!m\times\Delta\!t}
Untuk mencari massa zat, rumusnya adalah:
\!m=\frac{Q}{\!c\times\Delta\!t}
c = Q/m.(t2-t1)
b.      Kapasitas Kalor
Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan oleh benda untuk menaikkan suhunya 1°C.
Rumus kapasitas kalor:
\!H=\frac{Q}{\Delta\!t}
\!H=\frac{\!m\times\!c\times\Delta\!t}{\Delta\!t}
\!H=\!m\times\!c
dengan syarat:
  • \!Q= Kalor yang diterima suatu zat (Joule, Kilojoule, Kalori, Kilokalori)
  • \!H= Kapasitas kalor (Joule/°C)
  • \!m= Massa zat (Gram, Kilogram)
  • \!c= Kalor jenis (Joule/kilogram°C, Joule/gram°C, Kalori/gram°C)
  • \Delta\!t= Perubahan suhu (°C) → (t2 - t1)
contoh soal: sebuah zat dipanaskan dari suhu 10°C menjadi 35°C. Kalor yang dikeluarkan adalah 5000 Joule. Jika masa zat adalah 20 kg. Berapakah kalor jenis dan kapasitas kalor zat tersebut? Jawab = Diketahui=
          t1 =10°C
          t2 =35°C
          Q  =5000 J
          m  =20 kg
Ditanya = b. Kapasitas kalor (H)
           a. kalor jenis (c)
           delta t = t2-t1
                  = 35°-10°
                  = 25°
        c  = Q:(m*delta t)
        c  = 5000:(20*25)
        c  = 5000: 500
        c  = 10 J/kg C°
 H = m × c
   = 20kg × 10 J/kg C°
   = 200 J/ C°
Kalor lebur
Rumus:
\!Q=\!m\times\!L
dengan ketentuan:
  • \!Q= Kalor yang diterima suatu zat (Joule, Kilojoule, Kalori, Kilokalori)
  • \!m= Massa zat (Gram, Kilogram)
  • \!L= Kalor lebur zat (Joule/kilogram, Kilojoule/kilogram, Joule/gram)
Kalor uap
Rumus:
\!Q=\!m\times\!U
dengan ketentuan:
  • \!Q= Kalor yang diterima suatu zat (Joule, Kilojoule, Kalori, Kilokalori)
  • \!m= Massa zat (Gram, Kilogram)
  • \!U= Kalor uap zat (Joule/kilogram, Kilojoule/kilogram, Joule/gram)
Contoh Soal :
Berapa energi kalor yang diperlukan untuk menguapkan 5 Kg air pada titik didihnya, jika kalor uap 2.260.000 Joule/Kilogram ?
Jawab :
Diketahui  : m = 5 Kg
             U = 2.260.000 J/Kg
Ditanyakan : Q =..... ?
Jawab Q = m x U
        = 5 Kg x 2.260.000 J/Kg
        = 11.300.000 J
        = 11,3 x 106 J
Bila kedua persamaan tersebut dihubungkan maka terbentuk persamaan baru
H = m.c
Analisis grafik perubahan wujud pada es yang dipanaskan sampai menjadi uap. Dalam grafik ini dapat dilihat semua persamaan kalor digunakan.
Grafik Perubahan Wujud Es
Keterangan :
Pada Q1 es mendapat kalor dan digunakan menaikkan suhu es, setelah suhu sampai pada 0 C kalor yang diterima digunakan untuk melebur (Q2), setelah semua menjadi air barulah terjadi kenaikan suhu air (Q3), setelah suhunya mencapai suhu 100 C maka kalor yang diterima digunakan untuk berubah wujud menjadi uap (Q4), kemudian setelah berubah menjadi uap semua maka akan kembali terjadi kenaikan suhu kembali (Q5)
Hubungan antara kalor dengan energi listrik
Kalor merupakan bentuk energi maka dapat berubah dari satu bentuk kebentuk yang lain. Berdasarkan Hukum Kekekalan Energi maka energi listrik dapat berubah menjadi energi kalor dan juga sebaliknya energi kalor dapat berubah menjadi energi listrik. Dalam pembahasan ini hanya akan diulas tentang hubungan energi listrik dengan energi kalor. Alat yang digunakan mengubah energi listrik menjadi energi kalor adalah ketel listrik, pemanas listrik, dll.
Besarnya energi listrik yang diubah atau diserap sama dengan besar kalor yang dihasilkan. Sehingga secara matematis dapat dirumuskan.
W = Q
Untuk menghitung energi listrik digunakan persamaan sebagai berikut :
W = P.t
Keterangan :
W adalah energi listrik (J), P adalah daya listrik (W), t adalah waktu yang diperlukan (s), Bila rumus kalor yang digunakan adalah Q = m.c.(t2 – t1) maka diperoleh persamaan ; P.t = m.c.(t2 – t1). Yang perlu diperhatikan adalah rumus Q disini dapat berubah-ubah sesuai dengan soal.
KALOR JENIS
KAPASITAS KALOR
Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkansuhu benda sebesar 1 derajat celcius. Perkataan ³kapasitas´ dapat memberikan pengertian yang menyesatkan karena perkataan tersebut menyarankan pernyataan³ banyaknya kalor yang dapat dipegang oleh sebuah benda´ yang merupakan pernyataan yang pada pokoknya tidak berarti, sedangkan yang artinya sebenarnyadengan perkataan tersebut hanyalah tenaga yang harus ditambahkan sebagai kalor untuk menaikkan temperatur benda sebanyak satu derajat.Alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang terlibat dalamsuatu perubahan atau reaksi kimia disebut
kalorimeter 
Kalorimeter yang biasadigunakan di laboraturium fisika sekolah berbentuk bejana biasanya silinder danterbuat dari logam misalnya tembaga atau aluminium dengan ukuran 75 mm x 50mm (garis tengah). Bejana ini dilengkapi dengan alat pengaduk dan diletakkan didalam bejana yang lebih besar yang disebut mantel.Mantel tersebut bergunauntuk mengurangi hilangnya kalor karena konveksi dan konduksi