“Menentukan Kalor Yang Hilang Dalam Proses Pertukaran Kalor”

A.      Tujuan

1. Mahasiswa dapat menentukan jumlah kalor yang hilang dalam proses pertukaran kalor antara air yang bersuhu tinggi dan air yang bersuhu rendah.

2. Mahasiswa dapat menentukan faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya kalor yang hilang.

B.      Alat dan Bahan

1.      Beaker glass 250 ml , 2 buah

2.      Pemanas air ( lampu spiritus)

3.      Termometer batang

4.      Timbangan

5.      Jaring kassa

6.      Korek

7.      Air

8.      Beaker kecil 1 buah

C.      Dasar Teori

            Jika 2 sistem yang berbeda suhunya bersentuhan, maka sistem yang suhunya lebih tinggi akan melepaskan kalor dan sistem yang suhunya lebih rendah akan menyerap kalor. Karena melepas kalor, maka system yang suhunya lebih tinggi akan turun suhunya. Sebaliknya system yang suhunya lebih rendah akan naik suhunya. Pada suatu saat akan terjadi  kesetimbangan termal, dan suhu kedua system akan menjadi sama.

            Menurut hukum kekekalan energi, kalor yang dilepas sama dengan kalor yang diserap. Dalam kasus kedua sistem adalah system terbuka, maka sebagian kalor diserap oleh lingkungan. Kalor ini sering dianggap sebagai kalor yang hilang.

            Misalnya bejana 1 berisi air dengan masa m₁ dan suhu awal t_2. Diketahui t₂ lebih besar dari t₁. Kalor jenis air adalah 1 kal/gram⁰C. Setelah tercapai kesetimbangan termal, suhu campuran menjadi t_c. Kalor yang dilepas bertanda negative dan kalor yang diserap bertanda positif. Menurut Azaz Black:

            Kalor yang dilepas=Kalor yang diserap

                   -m₂ x c x(t_c-t₂)=m₁ x c x (t_c-t₁)+Q yang hilang

            Karena Besaran-besaran yang lain deketahui nilainya kecuali besaran kalor yang hilang, maka besarnya kalor yang hilang dapat di tentukan.

            Untuk mengurangi jumlah kalor yang hilang, maka bejana tempat pencampuran dapat diberi bahan yang tidak mudah menyerap kalor, atau tidak mudah menghatar kalor ke lingkungan.

D.   Prosedur-Prosedur

1.      Isi air dalam 2 bejana, masing-masing ± 100ml,

2.      Ukur volume air dalam masing-masing bejana,

3.      Hintung massa air dalam masing-masing bejana,

4.      Panaskan air dalam salah satu bejana,

5.      Ukur suhu air pada masing-masing bejana,

6.      Campurkan air dalam salah satu bejana,

7.      Biarkan beberapa saat sampai suhu campuran air itu konstan,

8.      Ukur suhu campuran air itu,

9.      Catat semua data yang diperoleh.

E.    Data

a.       Air Panas  :

·         massa beaker glass kosong (bk)                : 204,51 gram;

·         massa beaker glass yang berisi air (bi)       : 382,86 gram;

·         massa air panas (mp)                                             : 178,35 gram.

Perhitungan:

 

    

b.      Air Dingin :

·          massa beaker glass kosong (bk)               : 221,91 gram;

·         massa beaker glass yang berisi air (bi)      : 394,88 gram;

·         massa air dingin ( md)                               : 172,97 gram.

Perhitungan:

 

c.       Suhu panas (tp)                         : 800 ⁰C

d.      Suhu dingin (td)                        : 280 ⁰C

e.       Suhu campuran (tc)                   : 580 ⁰C

F.       Analisi Data dan Pembahasan

Rumus Azas Black :

                          Qlepas  =  Qterima

[ mp x cp x ∆t = md x cd x ∆t + Qhilang ]

Keterangan rumus : Q_lepas     :  kalor yang di lepas

                                    Q_terima   : kalor yang diterima/diserap

                                     Q_hilang : kalor yang hilang ke lingkungan.

                                    m_p          : massa air panas

                                    m_d        : massa air dingin.

                                    t_p          : suhu air panas

                                    t_d          : suhu air dingin.

                                    t_c          : suhu campuran air panas dan air dingin.

                                    ∆t_p       : perubahan suhu air panas

                                    ∆t_d       : perubahan suhu air dingin.

                                    c          : kalor jenis air = 1 kal/gram0C.

Diketahui : m_p                : 178,35gram

                   m_d                 : 172,97gram

                   t_p               : 80C

                    t_d              : 20C

                    t_c              : 52C

                    c_p             : 1 kal/gram⁰C

                    c_d             : 1 kal/gram⁰C

                    jadi, ∆t_p : t_p-t_c = 80-52 = 28 ⁰C

   ∆td : t_c- t_d = 52-20 = 24 ⁰C.

Penyelesaian :

m_p x c_p x ∆t_p = m_d x c_d x ∆t_d + Q_hilang

178,35 x 1 x 28 = 172,97 x 1 x 24 + Q_hilang

4993,8 = 4150,8 + Q_hilang

               Q_hilang  = 4993,8 - 4150,8

               Q_hilang  = 483 J.

G.      Kesimpulan

            Dari percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa jika 2 sistem yang berbeda suhu bersentuhan maka sistem yang suhunya lebih tinggi akan melepaskan kalor dan sistem yang suhunya lebih rendah akan menyerap kalor. Karena melepas kalor, maka sistem yang suhunya lebih rendah akan naik suhunya. Pada suatu saat akan terjadi kesetimbangan termal dan suhu kedua sistem menjadi sama.

            Menurut hukum kekekalan energy, kalor yang dilepas sama dengan kalor yang diserap. Dalam kasus kedua sistem adalah sistem terbuka, maka sebagian kalor yang diserap oleh lingkungan. Kalor ini sering disebut kalor yang hilang.

            Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya kalor yang hilang atau diserap oleh lingkungan tersebut ialah :

1.      Adanya perpindahan kalor, ada 3 jenis yaitu konduksi (hantaran), konveksi (aliran),dan radiasi (pancaran). Untuk menghambat :

a.       Perpindahan kalor secara konduksi dengan cara memberi sekat/celah yang di isi hampa udara.

b.      Perpindahan kalor secara konveksi dengan cara mengisolasi panas dalam suatu ruangan dengan memberikan wadah/tutup.

c.       Perpindahan kalor secara radiasi dengan cara ruangan untuk mengisolasi diberi warna putih mengkilap (perak), karena warna putih mengkilap tidak akan menyerap kalor dengan baik.

2.      Luas penampang media yang digunakan (beaker glass)

3.      Perbedaan suhu antara sistem yang bersuhu tinggi, sistem yang bersuhu rendah dan suhu lingkungan.

           

H.      Aplikasi Medis

Ø  Penggunaan Energi Kalor Umtuk Diagnostik

a. Termografi

Termografi adalah alat diagnostik yang menggunakan energy kalor yaitu untuk mendeteksi temperatur permukaan kulit atau memberikan gambaran termogram (grafik suhu  hasil  rekaman yang dilaksanakan oleh termograf).

Ada 2 jenis :

1.      Termografi dalam keseimbangan panas

2.      Termografi dengan foto konduktivitas  infra  merah

1)      Termografi dengan prinsip keseimbangan panas.

      Dibuat dari lempeng tipis nitrat sellulosa dan dilapisi dengan minyak tipis pengabsorbsi panas.

Permukaan kulit yang mencapai keseimbangan panas berubah warnapada suhu tertentu. Pada kulit normal berubah warna menjadi hijau, apabila suhu berubahterjadi perubahan warna film sellulosa dari coklat menjadi kemerrah-merahan.

2)      Termografi dengan fotokonduktivitas infra merah.

Dengan menggunakan kamera infra merah, panas yang dipancarkan kulitberupa radiasi infra merah oleh susunan optis dijatuhkan ke detector infra merah akan menjadi diskontinu. Oleh tranduser infra merah diubah menjadi pulsa listrik kemudian diperkuat dengan amplifier kemudian ditampilkan gambar di layar. Untuk mendapatkan hanya berkas infra merah saja pada tranduser dipakai filter transparan yang hanya melewatkan radiasi infra merah.

Beberapa hal yang harus diperhatikan sebelum melakukan termografi :

·         Pakaian penderita harus dilepas sebelum termografi dilakukan. Penderita sebelumnya ditempatkan pada ruangan dengan suhu 21­0C selama 15 menit. Tujuannya untuk adaptasi sebelum termografi dilakukan sehingga hasil termogram kontras. Gambaran termogram permukaan tubuh dalam keadaan normal adalah simetris bagian kiri dan kanan.

·         Gambaran termogram dapat berwarna hitam putih :

-          Daerah panas gambarnya putih

-          Daerah dingin gambarnya hitam

·         Termogram berwarna disertai dengan batang penunjuk suhu :

-          Batang penunjuk warna dingin : ungu pucat, hijau, biru muda,

-          Batang penunjuk warna panas : merah, coklat, kuning.

·         Warna biru pada 300C dianggap temperatur normal maksimum sebagai petunjuk kalibrasi pada suhu lingkungan.

Hubungan gambaran rekaman dengan daerah pancaran panas dalam tubuh ialah gambaran termogram yang menunjukkan pancaran panas lebih tinggi dari sekitarnya(normal) membantu untuk diagnostik.

Contoh :

-          Kanker payudara temperaturnya lebih tinggi dari jaringan sekitarnya.

-          Kulit sekitar sendi yang menderita peradangan temperaturnya naik sampai 50C. Gambaran termogram dapat menunjukkan lokasi daerah tubuh yang masih mempunyai sirkulasi darah yang baik, penting untuk amputasi. Dengan membuat termogram berurutan/berseri dapat dilihat kemajuan atau kemunduran pengobatan.

Ø Penggunaa Energi Kalor di Bidang Kedokteran

      Energi panas/kalor bila mengenai salah satu bagian tubuh akan menaikkan temperature daerah tersebut.

v  Efek panas tersebut dapat dilihat menurut :

·      Fisika

            Panas menyebabkan zat cair, padat dan gas mengalami pemuaian ke   segala arah.

·      Kimia

Kecepatan reaksi kimia akan meningkat karena reaksi oksidasi meningkat pada kenaikan temperature. Permebealitas membran sel akan meningkat sehingga terjadi peningkatan metabolisme jaringan yaitu terjadinya peningkatan pertukaran antara zat kimia tubuh dan cairan tubuh.

·      Biologis

Merupakan gabungan efek panas fisika dan kimia. Adanya peningkatan sel drah putih,pelebaran pembuluh darah yang menjadikan sirkulasi darah meningkat.

v  Metode yang dipakai untuk transfer energi panas dalam pengobatan :

Konduksi Pemindahan energi panas total tergantung pada luas daerah kontak, perbedaan temperatur, lama melakukan kontak material konduksi panas. Melalui metode konduksi ini dapat berupa :

-          Kantong air panas/ botol berisi air panas, sangat efisien untuk pengobatannyeri pada daerah perut.

-          Handuk panlas, sangat efisien untuk pengobatan sakit otot misalnya kejang otot.

-          Mandi uap (Turkish Bath), efisien untuk relaksasi otot dan untuk penyegaran.

-          Lumpur panas (Muds Packs), dapat mengkonduksi panas ke dalam jaringan dan dapat mencegah kehilangan panas tubuh.

-          Wax Bath/Parafin Bath, efisien untuk transfer panas pada tungkai bawahterutama pada orang tua.

-          Electric pads dengan cara melingkari kawat elemen panas yang  dibungkus asbes.

v  Metode 1

Ada 6 dapat dilakukan terhadap pengobatan :

1.Neuritis

2.Sinusitis

3.Sprains

4.Strain

5.Contusio

6.Low back pain

v  Radiasi

 Digunakan untuk pemanasan permukaan tubuh secara radiasi (pemancaran) seperti pemanasan dengan sinar matahari atau nyala api.

Sumber radiasi :

Electric fire ada 2 tipe :

-       Old type fire

             Mempunyai daya 750 watt dengan range radiasi antara merah mendekati infra merah dan panjang gelombang < 15.000 A

-       Pencil bar type

Menggunakan reflector rectangular  dan hape like acoustic type.

v  Infra merah.

            Untuk mendapatkan infra merah digunakan lampu pijar 250 – 1.000 watt yangdiberi filter merah. Gelombang yang digunakan 8.000 –40.000 nm (1 nm = 10-9). Penetrasi energi/gelombang pada kulit + 3 mm.  Metode radiasi dengan infra merahsecara umum sama dengan metode konduksi panas tapi lebih efektif  karena penetrasinya lebih dalam.

v  Metode elektromagnetis Ada 2 metode :

Short wave diathermy (diatermi gelombang pendek) : Agar energi panas dapat ditransfer ke dalam tubuh maka dapat dilakukandengan dua cara:

-          Teknik Kondensor

Bagian tubuh sebelah menyebelah diletakkan dua metal plate. Pada permukaan elektrode diberikan larutan elektrolit. Dengan adanya aliranbolak balik (AC) molekul-molekul dalam tubuh menjadi gitasi akibat kenaikan temperatur. 

-          Inductothermy 

Bagian tubuh yang akan dipanasi dililitkan dengan kabel kemudian dialirkanlistrik. Dengan cara ini jaringan tubuh tidak berada dalam sirkuit tetapi terletak dalam medan magnet dari suatu koil. Aliran bolak-balik di dalamkoil akan menimbulkan medan magnet bolak-balik di dalam jaringan timbul panas di daerah yang bersangkutan.

I.       Daftar Pustaka

2016. Buku Petunjuk Praktikum Biologi Dasar dan Biologi Perkembangan, Tahun Ajaran 2016/2017. Yogyakarta : Universitas Respati Yogyakarta.

https://www.google.co.id/webhp?sourceid=chrome-instant&ion=1&espv=2&ie=UTF-8#q=radiasi. Diakses pada tanggal 09 oktober 2016, pukul 23:20 WIB

file:///E:/lisa/abii%20dan%20ummii_%20PENGGUNAAN%20ENERGI%20PANAS%20DALAM%20BIDANG%20KESEHATAN.html. Diakses pada tanggal 09 oktober 2016, pukul 24:18 WIB.