5/28/2018 BIOTERMAL

1/37

BIOTERMAL

Anders Celsius

William TB Kelvin William JM Rankine

http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Anders_Celsius.jpghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Anders_Celsius.jpg

5/28/2018 BIOTERMAL

2/37

Materi Perkuliahan

1. Termometrik

2. Skala Temperatur

3. Hukum Dasar Termodinamika4. Energi

5. Pengaturan Suhu Tubuh

6. Perpindahan Panas7. Penggunaan Panas dalam Kesehatan

5/28/2018 BIOTERMAL

3/37

1. TERMOMETRIK

Alat untuk mengukur suhu adalah termometer.

Contoh : termometer air raksa, termometer alkohol.

Termometer menggunakan prinsip pemuaian.

Air raksa memiliki batas muai dan titik uap tertentu.Pada suhu -400C air raksa membeku dan diatas3600C akan menguap.

http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Electronic_clinical_thermometer.jpg

5/28/2018 BIOTERMAL

4/37

PYROMETER OPTIK

Digunakan untuk mengukur suhu tinggi,misalnya suhu pembakaran.

Pyrometer optik diarahkan langsung ke

dalam sumber panas, kemudian lampupada pyrometer dinyalakan dan diatursedemikian rupa sehingga sama dengannyala sumber panas. Sehingga suhu

sumber dapat diketahui pada skala dalampyrometer optik.

5/28/2018 BIOTERMAL

5/37

2. SKALA TEMPERATUR

Sebelum tahun 1964, skala temperatur menggunakan dua titik

sebagai titik acuan, yaitu titik es dan titik uap. Titik es adalah suhu dimana air membeku sehingga membentuk esyang bertekanan 1 atm.

Titik uap adalah suhu dimana air mendidih pada tekanan 1 atm.

Tahun 1724, Fahrenheit : titik es (320F) dan titik uap 2120F. Tahun 1970-an, digunakan skala Celcius sebagai satuan standar

suhu (titik es = 00C dan titik uap 1000C).

Satuan suhu yang lain adalah Kelvin (William TB Kelvin), dimana

suhu 0K merupakan suhu dimana secara teori energi panas tidakada.

Di Inggris, suhu menggunakan skala Reaumur (R), berdasarkanWillian John Rankin.

Jika memakai skala yang berbeda, maka harus dikonversi.

5/28/2018 BIOTERMAL

6/37

PERBANDINGAN SKALA SUHU/TEMPERATUR

Parameter Celcius

(T)

Kelvin

(TK)

Fahrenheit

(TF)

Rankin

(TR)Titikabsolut nol

-273,15 0 -459,67 0

Titik es

(beku air)

0 273.15 32 491.67

Titik uap(didih air)

99,98(100)

373,13 211,97(212)

671,64

Beberapa rumus konversi suhu :

67,459TT

32T5

9T

T5

9

T

RF

F

KR

5/28/2018 BIOTERMAL

7/37

3. HUKUM DASAR TERMODINAMIKA

Termodinamika berasal dari termal (panas) dan dinamika (gerak).

Termodinamika adalah ilmu yang mempelajari fenomena energiyang berubah karena adanya perpindahan panas dan usaha yangdilakukan.

Ada 4(empat) hukum termodinamika :Hukum ke-nol termodinamika

Hukum pertama termodinamika

Hukum kedua termodinamika

Hukum ketiga termodinamika

5/28/2018 BIOTERMAL

8/37

(a). Hukum ke-nol Termodinamika

Jika dua sistem termodinamika adalah dalam keadaan

kesetimbangan termal dengan sistem ketiga, maka ketigasistem diatas dalam keadaan setimbang termal.

A ~ B dan B ~ C, maka A ~ C

Jika dua buah sistem kontak satu sama lain, maka akanterjadi perpindahan energi diantara kedua sistem, sehinggamencapai kesetimbangan termal.

Contoh : ketika seseorang mengalami kedinginan yang sangat,maka jika dipeluk oleh orang yang suhu tubuhnya normal,

maka akan terjadi perpindahan panas, sehingga suhu tubuhkedua orang tadi menjadi setimbang (sama).

5/28/2018 BIOTERMAL

9/37

(b). Hukum pertama Termodinamika

Dalam setiap proses, maka energi total tetap sama.

Mudahnya : energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapatdihancurkan, namun dapat dikonversikan kedalam bentukenergi yang lain.

Suatu sistem dapat menyimpan energi menjadi energidalamnya yang bersifat kekal.

Panas adalah suatu proses dimana energi ditambahkan kedalam suatu sistem dari sumber dengan suhu tinggi atauenergi yang hilang sehingga suhunya menjadi rendah.

Perubahan energi dalam sama dengan jumlah energi panasyang ditambahkan dikurangi dengan usaha yang diberikankepada lingkungannya.

5/28/2018 BIOTERMAL

10/37

Keadaan (U1) proses Keadaan (U2)

Panas (Q)

Usaha (W)

dU = dQ - dW

5/28/2018 BIOTERMAL

11/37

(c). Hukum kedua Termodinamika

Entropi suatu sistem yang terisolasi tidak

akan setimbang dan akan terus bertambahsepanjang waktu sampai mencapai nilaimaksimum dari kesetimbangan.

Entropi adalah perubahan panas/kalor setiapperubahan suhu

DS = DQ/DT

Contoh : ketika air diberikan es, maka panasakan terus berubah sepanjang perubahan suhu

(entropi akan terus berubah) hingga mencapaititik maksimum kesetimbangan

5/28/2018 BIOTERMAL

12/37

Beberapa versi dari Hukum keduaTermodinamika

Rudolf Clausius : panas tidak dapat mengalir secaraspontan dari material suhu rendah ke material suhutinggi

Lord Kelvin : tidak mungkin untuk mengkonversi panas

seluruhnya menjadi kerja/usaha.

1

2

1

2

T

T1

Q

Q1

adalah efisiensi. Karena itu setiap proses apapun tidakpernah mencapai efisiensi 100 %.

Kelvin

Clausius

5/28/2018 BIOTERMAL

13/37

(d). Hukum ketiga Termodinamika

Merupakan ungkapan umum statistik dari entropi dankemustahilan mencapai suatu suhu nol absolut.

Jika suatu sistem mendekati suhu absolut nol, maka seluruhproses berhenti dan entropi sistem mencapai titik minimum.

Walter Nernst (1906 1912) : entropi suatu sistem pada

suhu absolut nol adalah tetap.

Tidaklah mungkin untuk mengubah suatu sistem ke dalamtitik nol absolut dengan berbagai prosedur yang terbatas.Artinya sistem akan tetap pada titik absolut nol (tidak ada

perubahan substansi)

T 0, maka S konstan

5/28/2018 BIOTERMAL

14/37

PENGATURAN SUHU TUBUH

Suhu tubuh manusia normal adalah 370C (di USA adalah 370C

sedangkan di Rusia adalah 36,60C).Dalam grafik tampak perubahan suhu tubuh setelah beraktifitasatau bekerja dan ketika istirahat atau tidur.

5/28/2018 BIOTERMAL

15/37

Pengaturan suhu tubuh merupakan proses yangkompleks dari suatu proses fisiologis dimana terjadikesetimbangan termal antara produksi dankehilangan panas, sehingga suhu tubuh diupayakan

konstan walaupun suhu lingkunngan berubah.Proses menghasilkan panas dan kehilangan panasdiatur oleh syaraf melalui pengaturan metabolisme,sirkulasi darah, penguapan dan kerja otot.

5/28/2018 BIOTERMAL

16/37

Beberapa contoh mekanisme pengaturan tubuhmanusia :

1. Aktifitas oleh dinginMenggigil, lapar (produksi panas)

Kulit mengkerut (kehilangan panas)

2. Aktifitas oleh panas

Pelebaran pembuluh darah kulit, berkeringat,peningkatan pernafasan (kehilangan panas)

Lesu, nafsu makan kurang (produksi panas)

5/28/2018 BIOTERMAL

17/37

PERPINDAHAN PANAS1. Konduksi

2. Konveksi3. Radiasi

4. Evaporasi

5/28/2018 BIOTERMAL

18/37

1. KONDUKSI

Konduksi adalah perpindahan panas dari suatu benda dengansuhu tinggi ke benda lain dengan suhu lebih rendah melalui

kontak langsung.

Umumnya terjadi kontak antara benda padat (tubuh, logam,dll)

Laju perpindahan panas bergantung pada besar perbedaan

suhu dan konduktivitas termal dari bahan.

K = koefisien konduktivitas termal bahan, L = panjang bahan

dan DT adalah perbedaan suhu. Tanda negatif artinya panas berpindah dari suhu tinggi ke

randah

Bahan penghantar panas yang baik adalah logam, sedangkan

udara merupakan penghantar panas yang jelek.

]s.cm/kalori[L

TKJ 2qD

5/28/2018 BIOTERMAL

19/37

Perpindahan panas dari kulit ke udara

kulit udara

qJ

Ti

T1 T2

DxDxTi= suhu di permukaan kulit

T1= suhu di dalam kulit

T2= suhu udara

5/28/2018 BIOTERMAL

20/37

Perpindahan panas dari dalam kulit ke permukaan kulit

x

)TT(K

x

)TT(KJ 1is

i1sqs

D

D

Perpindahan panas dari permukaan kulit ke udara

x

)TT(KJ 2iaqa

D

Perpindahan panas di permukaan kulit harus kontinu (Jqa= Jqs),sehingga perpindahan panas dari dalam kulit ke udara, menjadi :

x

)TT(

KK

KK

J

12

as

as

q D

Ks= koef. Konduktivitas termal kulit

Ka= koef. Konduktivitas termal udara

5/28/2018 BIOTERMAL

21/37

2. KONVEKSI

Konveksi adalah perpindahan panas dalam fluida.

Perpindahan panas terjadi karena fluida menerima panas,sehingga kerapatannya semakin kecil dan kemudian menguap.Akibatnya fluida yang lebih dingin akan menggantikannya.

Laju perpindahan panas bergantung pada besar laju alirfluida, dan perbedaan temperatur.

Contoh : perpindahan panas antara kulit dengan udara

v = laju/kecepatan udara, 8,3 = konstanta dimana seseorangyang berdiri berhadapan dengan angin, Ts = suhu kulit danTa= suhu udara.

]s.cm/kalori[TTV3,8)konveksi(J 2as5,0

q

5/28/2018 BIOTERMAL

22/37

3. RADIASI

Radiasi adalah perpindahan panas melalui pancarangelombang elektromagnetik atau foton.

Foton adalah energi yang dipancarkan berupa cahaya :

E = nhf

n = bilangan bulat, h = konstanta Planck (6,62 x 10-35J/s), f= frekuensi foton/cahaya.

Laju perpindahan panas untuk radiasi :

e = emisivitas permukaan, s= konstanta Boltzmann (5,67 x10-8J/m2.s.T4, T = suhu radiasi

]s.cm/Joule[Te)radiasi(J 24q s

5/28/2018 BIOTERMAL

23/37

Benda hitam merupakan penyerap radiasiyang baik (radiator).

Dalam tubuh manusia, radiasi yang

dipancarkan memenuhi persamaan :

A = luas permukaan tubuh (1,8 m2 untuk

laki-laki dewasa normal)r = 0,85 dan Twadalah suhu dinding atausekeliling

4s4wq TTAre)radiasi(J s

5/28/2018 BIOTERMAL

24/37

4. EVAPORASI

Evaporasi adalah perpindahan panas dari cairan menjadi uap.

Dalam tubuh manusia, penguapan terjadi jika : Ada perbedaan tekanan uap air antara keringat dan

udara sekitar.

Suhu lingkungan rendah sehingga keringat terevaporasi(tubuh menjadi lebih dingin)

Adanya gerakan udara atau angin

Adanya kelembaban

Kehilangan panas tubuh akibat evaporasi melalui kulitdirumuskan oleh :

V = kecepatan angin, Pkulit= tekanan uap air pada kulit dan

Pudara= tekanan udara

]s.cm/Joule[)PP(V7,13J 2udarakulit5,0

q

5/28/2018 BIOTERMAL

25/37

Jika udara kering, maka evaporasi yang terjadi sebesar :

Jika udara lembab, evaporasi tidak terjadi.

)kg/J10x245J580)evaporasi(J 6OHq 2

5/28/2018 BIOTERMAL

26/37

PENGGUNAANENERGI PANASDALAM MEDIS

5/28/2018 BIOTERMAL

27/37

Energi panas sudah sejak lama digunakan dalam bidang kesehatan :

Minyak untuk pijat, Balsem untuk pijat, rematik, encok,penyinaran (radiasi), bahkan untuk kompres

Pengaruh panas :

Fisik : pemuaian pada benda padat, cair dan gas.

Kimiawi : reaksi oksidasi yang meningkat dengan meningkatnyasuhu

Biologi : Pelebaran pembuluh darah, radang, peningkatansirkulasi darah dan peningkatan tekanan kapiler

5/28/2018 BIOTERMAL

28/37

PENGGUNAAN ENERGI PANASDALAM PENGOBATAN

1. Metoda Konduksi

a. Kompres dengan botol panas, handuk panasb. Mandi uap

c. Mandi lumpur panas

d. Electric pads (filamen panas)

5/28/2018 BIOTERMAL

29/37

2. Metoda Radiasi

Pemanasan permukaan tubuh baik dengan apiatau dengan cahaya.

Sumber radiasi :

1. Electric fire

2.Infra merah (l = 800 nm 1400 nm)

3. Metoda Elektromagnetik

Ada 2 metoda transfer panas :

1. Shortwave diathermy2. Microwave diathermy

5/28/2018 BIOTERMAL

30/37

Shortwave Diathermy

1. Teknik kondensor : bagian tubuh yang sakit diberikan dua pelatsejajar, seperti elektroda. Pada permukaan elektroda diberikan

larutan elektrolit.Dengan diberikan listrik bolak-balik (AC), maka molekul-molekuldi dalam tubuh akan berreaksi, sehingga mengurangi rasa sakit.

2. Induksi : bagian tubuh yang akan diobati, dililitkan kabel yang

kemudian dialiri arus listrik. Aliran listrik mengakibatkanmedan magnet sehingga menghasilkan arus Eddy yang akanmemanaskan tubuh.

3. Frekuensi 1 MHz cukup untuk memanaskan jaringan dalam tubuh

4. Digunakan untuk mengobati : kram otot, bursitis, neuritis,osteoarthrosis, rheumatoid arthritis, strains, tendinitis.

5. Kontradiksi : hemorrhage, metal implants, infections,malignancy, pacemakers, phlebitis, pregnancy, wet dressings

5/28/2018 BIOTERMAL

31/37

Microwave Diathermy

Menggunakan gelombang mikro (800 nm 1400 nm)

Energinya terletak antara shortwave dan infra merah

Terapi ini digunakan untuk penyakit : patah tulang, abses, infeksibakteri, tersiram air panas, arthritis.

Hati-hati : jangan digunakan untuk mengobati kanker, diabetes,setelah di sinar-x dan TBC.

Keuntungan : infeksi cepat sembuh, membantu relaksasi.Kerugian : terbakar, luka pada mata.

5/28/2018 BIOTERMAL

32/37

TERMOGRAFI

5/28/2018 BIOTERMAL

33/37

Digunakan untuk mengetahui distribusi suhu pada suatubenda, tubuh manusia atau hewan.

Menggunakan deteksi gelombang infra merah (900 nm 1400nm) yang dipancarkan oleh benda, tubuh dan hewan.

Tangan yang dililit ular

5/28/2018 BIOTERMAL

34/37

Diagnosis dengan termografi

1. Kanker mamma

2. Penyakit pembuluh darah

3. Follow up pasca operasi karena diabetes4. Nyeri persendian

5. dll

5/28/2018 BIOTERMAL

35/37

Skema Termografi

PASIEN

CAMERAINFREMERAH

AMP

LIFIER

MONITOR

5/28/2018 BIOTERMAL

36/37

Deteksi Kanker Payudara

5/28/2018 BIOTERMAL

37/37

Deteksi Flu Burung