Gerak Vibrasi, Translasi Dan Rotasi Molekul

Tugas Fisika Materi Termodinamika Dosen Pengampu : Drs. Susulawati, M.Si., P.hD

Disusun oleh: Kurniawan Arizona (I2E011012)

PROGRAM STUDI MAGISTER PENDIDIKAN IPA FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS MATARAM 2011

SOAL

1. Jelaskan mengenai gerak translasi,rotasi dan gerak vibrasi dari atom atau molekul! 2. Jelaskan macam-macam termometer ! 3. Berapa lama waktu yang diperlukan untuk pembakaran makanan, berapa kalori yang dihasilkan, dan berapa perubahan suhu yang terjadi sebelum dan sesudah makan? SOLUSI 1.

Menurut Abdurrouf (2001), Pada molekul diatomik , sumbangan energi berasal

dari berbagai sumber yang tak gayut, yaitu yaitu gerak translasi molekul, gerak rotasi molekul, gerak vibrasi atom sepanjang sumbu, gerak electron mengelilingi inti dan spin inti.

Gambar 1. Ilustrasi gerak dwiatom (dari kiri ke kanan: gerak translsi,gerak rotasi dan gerak vibrasi)1

Pada tilisan ini hanya akan dijelaskan terkait dengan gerak translasi, rotasi dan vibrasi secara terpisah sebagai berikut: a. Gerak Translasi Stokey (2000) mendifinisikan gerak translasi adalah gerak pusat massa dari satu tempat ke tempat yang lain. Dengan demikian gerak translasi pada skala atomik merupakan gerak yang terjadi pada atom atau molekul yang

menyebabkan atom

2

atau molekul tersebut berpindah tempat . Lebih jelasnya perhatikan gerak trnslasi pada molekul H2O di bawah ini:

Gambar 2. Gerak tranlasi H2O

3

1

http://t3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRutE7XfVq7qYYnxc6Og6nbvrbFbdc6hMWamt5SZwW8SpoWRULX j_9yz_o7 diakses Desember 2011 2 Ibid 3 gb11.jpg chem-is-try.org. diakses 5Desember 2011

Tugas Termodinamika Disusun: Kurniawan Arizona

Page 2

Menurut Abdurrouf(2001), tingkat energi yang berlainan dengan kelima sumber yang dipaparkan di atas4 bersifat diskrit, kecuali yang bersumber dari gerak translasi. Sedangkan keempat sumber selain translasi tingkat energi harus ditangani secara diskrit kecuali pada temperatur tinggi. Dengan demikian perhitungan tingkat energi pada gerak translasi pada atom atau melokul dapat dilakukan dengan pendekatan klasik5 (sebagai energi kitentik) sebagai berikut: ⁄ dengan m adalah massa molekul dan v adalah kecepatan molekul. b. Gerak Rotasi Menurut Hidayat (2003), Rotasi merupakan perputaran molekul yang selang energinya sangat kecil sekitar 10-3 eV. Spektrumnya di daerah gelombang mikro dengan panjang gelombang berkisar antara 0,1 mm- 1 cm). Hal ini diperjelas oleh Kusminarto (1993) yang menyatakan bahwa disamping mengalami gerak translasi, molekul melakuakan rotasi terhadap sumber massanya.

Gambar 3. Gerak rotasi H2O

6

Untuk menyederhanakan analisa, pada pembahasan ini ditinjau molekul dwi atom (walaupun secara garis besar juga berlaku untuk molekul komplek).Tingkat energi molekul terendah timbul dari rotasi di sekitar pusat massanya (Hidayat,2011) . Momen inersia Karena

maka

Diketahui momentum sudut L pada gerak rotasi dirumuskan Karena L terkuantisasi (

√

)

yang mana Sehingga energi molekul yang berotasipun terkuantisasi dengan perumusan sebagai berikut: sehingga

4

gerak translasi molekul, gerak rotasi molekul, gerak vibrasi atom sepanjang sumbu, gerak electron mengelilingi inti dan spin inti 5 ibid 6 gb11.jpg chem-is-try.org. diakses 5Desember 2011


Page 3

µ adalah massa tereduksi molekul tersebut dan

ro adalah jarak rata-rata antara dua atom pada suatu molekul. I adalah momen inersia molekul

Gambar 4. Gerak rotasi dari dua sistem

7

Energi yang ditimbulkan oleh rotasi terhadap sumbu simetrinya sendiri diabaikan Karen massa atom yang terkonsentrasi dalam intinya mempunyai jari-jari 10-4 kali jari-jari atom. Sama halnya dengan atom, molekul juga dapat menyerap dan memancarkan energi electromagnet yang berhubungan dengan transisi keadaan energi rotasional. Transisi yang diperbolehkan untuk molekul dwiatom tegar

adalah

(Hidayat,2003; hal8-3 sampai 8-4 dengan sedikit perubahan). c. Gerak Vibrasi Menurut Hidayat (2003), gerak vibrasi pada molekul adalah getaran molekul yang selang energinya lebih besar 0,1 eV dengan spekrumnya di daerah infra merah (

.

Gambar 5. Gerak vibrasi H2O

8

Untuk menyederhanakan masalah ditinjau molekul paling sederhana yaitu molekul dwiatom.

7

www.Chem-Is-Try.Org%20_%20Situs%20Kimia%20Indonesia%20__files/kuantum01_12g.jpg diakses Desember 2011 8 gb11.jpg chem-is-try.org. diakses 5Desember 2011


Page 4

Gambar 6. Gerak vibrasi dari dua sistem

9

Kusminarto (1993) memaparkan, jarak inti atom dalam molekul dianggap tetap. Bentuk energi potensial molekul mengisyaratkan bahwa inti-inti atom penyusun molekul melakukan gerak osilasi relative. Di sekitar jarak kesetimbangannya r o, bentuk energi potensial dapat didekati dengan bentuk fungsi parabola sehingga gerak osilasi relatifnya merupakan osilasi sederhana dengan frekuensi sudut

√

dengan µ adalah massa tereduksi molekul . Sehingga

energi vibrasi molekul dwiatom adalah: (

) dengan

v adalah bilangan bulat h adalah tetapan Planck dan f adalah frekuensi getaran. Aturan seleksi untuk transisi dwikutub listrik aras (tingkatan energi-red) vibrasi adalah

. Ini berarti bahwa transisi hanya terjadi antara aras yang

bersebelahan sehingga diserap atau dipancarkan dalam suatu transisi adalah sama yaitu:

Hal ini sesuai dengan apa yang dijelaskan oleh Hidayat (2003), molekul akan bergetar bila energinya cukup untuk bereksitasi. Sehingga energi molekul karena rotasi dan vibrasi dapat dinyatkan sebagai persamaan: ( 2.

)

Konsep temperatur berakar dari ide kualitatif ‘panas’ dan ‘dingin’ yang

berdasarkan pada indera sentuhan. Suatu benda yang terasa panas umumnya memiliki suhu yang lebih tinggi dari pada benda serupa yang dingin. Hal ini tidak cukup jelas dan

9

www.Chem-Is-Try.Org%20_%20Situs%20Kimia%20Indonesia%20__files/kuantum01_12g.jpg diakses Desember 2011


Page 5

indera dapat terkelabui. Tetapi banyak sifat benda yang dapat diukur tergantung pada suhu (Young at all, 2008). Menurut Giancoli (2001), temperatur merupakan ukuran mengenai panas dan dinginnya benda. Banyak sifat zat yang berubah terhadap temperatur. Sebagai contoh, sebagian besar zat memuai ketika dipanaskan. Sebatang besi lebih panjang ketika panas dari pada waktu dingin. Demikian juga dengan warna yang dipancarkan benda, paling tidak pada temperatur tinggi elemen pemanas kompor akan memancarkan warna merah ketika panas. Pada temperatur yang lebih tinggi, zat padat seperti besi bersinar jingga atau bahkan putih. Alat yang digunakan untuk mengukur temperatur disebut

termometer. Ada

beberapa jenis termometer tergantung dari rentang suhu yang dapat dideteksi dan fungsi dari masing – masing termometer. Penulis mencoba menampilkan beberapa jenis termometer,diantaranya: a)

Termokopel

Termokopel terdiri dari sepasang kawat logam yang tidak sama dihubungkan bersamasama pada satu ujung (ujung pengindera atau ujung panas) dan berakhir pada ujung lain (titik referensi atau ujung dingin) yang dipertahankan pada suatu temperatur konstan yang diketahui (temperatur referensi).

Gambar 6. Rangakaian dasar termokopel (Cooper, 1999)

Bila antara ujung pengindera dan titik referensi terdapat perbedaan temperatur, suatu gaya gerak listrik (ggl) yang menyebabkan arus di dalam rangkaian akan dihasilkan. Bila titik referensi ditutup oleh sebuah alat ukur atau instrumen pencatat seperti Gambar 2.6, penunjukan alat ukur tersebut akan sebanding dengan selisih temperatur antara ujung panas dan titik referensi. Efek termolistrik yang diakibatkan oleh potensialpotensial kotak pada titik-titik sambung ini dikenal sebagai efek Seebeck. Besarnya ggl termal bergantung pada bahan kawat yang digunakan pada selisih beberapa bahan termokopel (Cooper, 1999).


Page 6

Gambar 7. Beberapa jenis termokopel

Di dalam memilih termokopel harus melakukan beberapa pertimbangan. Hal ini penting karena akan berpengaruh terhadap jangkauan temperatur yang akan terukur dan ketelitiannya. Ada beberapa jenis termokopel dengan karakteristiknya masing-masing : Tipe K Terbuat dari Chromel (campuran Ni-Cr) dan Alumel (campuran Ni-Al). Tipe ini mudah didapatkan karena harganya murah. Dapat mengukur suhu -200oC sampai +1350oC. Kepekaannya sekitar 41uV/°C. Tipe E Terbuat dari Chromel dan Konstanta (campuran Cu-Ni). Dapat mengukur suhu 270°C sampai +1000°C. Kepekaannya 68uV/°C. Tipe J Terbuat dari Iron dan Konstanta. Dapat mengukur suhu pada -40oC sampai +750oC. Tipe B, Tipe R dan Tipe S Ketiga tipe termokopel ini terbuat dari bahan Platinum-Rhodium. Termokopel ini hanya dapat digunakan pada suhu yang sangat tinggi (> 300oC), akan tetapi kepekaannya sangat rendah yaitu sebesar 10uV/oC. Tipe B dapat mengukur suhu sampai suhu +1800oC, sedangkan tipe R dan tipe S dapat mengukur suhu sampai suhu +1600oC. (Anonimous(a), 2010) Berdasarkan beberapa jenis termokopel di atas dipilih termokopel jenis K, karena mudah didapatkan dipasaran, harganya murah, memiliki range yang cukup lebar yaitu 200oC sampai +1350oC, dan bentuk ujung termokopel ini sesuai dengan desain reaktor yang telah dibuat. b) Termometer Air Raksa Termometer air raksa merupakan

termometer yang dibuat dari air raksa yang

ditempatkan pada suatu tabung kaca. Tanda yang dikalibrasi pada tabung membuat temperatur dapat dibaca sesuai panjang air raksa di dalam gelas sesuai dengan


Page 7

derajat suhu yang dideteksi. Untuk meningkatkan ketelitian, biasanya ada bohlam air raksa pada ujung termometer yang berisi sebagian besar air raksa; pemuaian dan penyempitan volume air raksa kemudian dilanjutkan ke bagian tabung yang lebih sempit. Ruangan di antara air raksa dapat diisi atau dibiarkan kosong. Jenis khusus termometer air raksa, disebut termometer maksimun, bekerja dengan adanya katup pada leher tabung dekat bohlam. Saat suhu naik, air raksa didorong ke atas melalui katup oleh gaya pemuaian. Saat suhu turun air raksa tertahan pada katup dan tidak dapat kembali ke bohlam membuat air raksa tetap di dalam tabung. Pembaca kemudian dapat membaca temperatur maksimun selama waktu yang telah ditentukan. Untuk mengembalikan fungsinya, termometer harus diayunkan dengan keras. Termometer ini mirip desain termometer medis. Air raksa akan membeku pada suhu -38.83 °C (-37.89 °F) dan hanya dapat digunakan pada suhu di atasnya. Air raksa, tidak seperti air, tidak mengembang saat membeku sehingga tidak memecahkan tabung kaca, membuatnya sulit diamati ketika membeku. Jika termometer mengandung nitrogen, gas mungkin mengalir turun ke dalam kolom dan terjebak di sana ketika temperatur naik. Jika ini terjadi termometer tidak dapat digunakan hingga kembali ke kondisi awal. Untuk menghindarinya, termometer air raksa sebaiknya dimasukkan ke dalam tempat yang hangat saat temperatur di bawah 37 °C (-34.6 °F). Pada area di mana suhu maksimum tidak diharapkan naik di atas 38.83 ° C (-37.89 °F) termometer yang memakai campuran air raksa dan thallium mungkin bisa dipakai. Termometer ini mempunyai titik beku of -61.1 °C (-78 °F). Termometer air raksa umumnya menggunakan skala suhu Celsius dan Fahrenhait. Anders Celsius merumuskan skala Celsius, yang dipaparkan pada publikasinya ”the origin of the Celsius temperatur scale” pada 1742. Celsius memakai dua titik penting pada skalanya: suhu saat es mencair dan suhu penguapan air. Ini bukanlah ide baru, sejak dulu Isaac Newton bekerja dengan sesuatu yang mirip. Pengukuran suhu celsius menggunakan suhu pencairan dan bukan suhu pembekuan. Eksperimen untuk mendapat kalibrasi yang lebih baik pada termometer Celsius dilakukan selama 2 minggu setelah itu. Dengan melakukan eksperimen yang sama berulang-ulang, dia menemukan es mencair pada tanda kalibrasi yang sama pada termometer. Dia menemukan titik yang sama pada kalibrasi pada uap air yang mendidih (saat percobaan dilakukan dengan ketelitian tinggi, variasi terlihat dengan variasi tekanan atmosfir). Saat dia mengeluarkan termometer dari uap air, ketinggian air raksa turun perlahan. Ini berhubungan dengan kecepatan pendinginan (dan pemuaian kaca tabung).


Page 8

Gambar 8. Termometer Air Raksa10

Tekanan udara memengaruhi titik didih air. Celsius mengklaim bahwa ketinggian air raksa saat penguapan air sebanding dengan ketinggian barometer.11 c) Termometer Galileo Galileo Galilei adalah seorang fisikawan, Italia matematika, astronom dan filsuf yang memiliki peran utama dalam revolusi ilmiah abad keenam belas. Dia adalah yang pertama menemukan bahwa kepadatan cairan perubahan sebagai akibat dari peningkatan atau penurunan suhu.

Gambar 9. Termometer Galileo

12

Meskipun ia tidak menciptakan Termometer Galileo, itu dinamai untuk menghormatinya karena tanpa penemuannya itu akan tidak mungkin untuk menciptakan itu. Perangkat ini telah

diproduksi

sejak

akhir

abad

ketujuh

belas.

Termometer yg menyandang namanya ini terdiri dari sebuah silinder kaca tertutup. Di dalamnya ada cairan bening dan serangkaian bola kaca. Masing-masing memiliki berat yang melekat padanya. Karena perubahan suhu, mereka naik dan turun tergantung dari sejumlah prinsip-prinsip matematika. Namun Termometer Galileo memiliki estetika yang melampaui fungsinya, yaitu penampilannya yg unik bila di bandingkan dgn termometer biasa itu alasan yg membuat thermometer ini menjadi alasan betapa indahnya ilmu pengetahuan.

10

Thermometer+Air+Raksa.jpg diakses di alamat wwwdblok-anovhan.blogspot.com pada 30 November 2011 Thermometer air raksa diakses di alamat http://id.wikipedia.org/wiki/Termometer_air_raksa pada tanggal 30 November 2011 12 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d5/Galileo_Thermometer_24_degrees.jpg/150px -Galileo_Thermometer_24_degrees.jpg diaksep Desember 2011 11


Page 9

Cara kerja Thermometer Galileo Termometer Galileo bekerja sesuai dengan prinsip daya apung. Menentukan apakah benda mengapung atau tenggelam dalam cairan, dan bertanggung jawab atas kenyataan bahwa bahkan perahu terbuat dari baja bisa mengapung (tentu saja, sebuah bar yang solid baja dengan sendirinya akan tenggelam). Satu-satunya faktor yang menentukan apakah sebuah objek besar akan naik atau turun dalam suatu cairan tertentu berkaitan kerapatan objek kepadatan cairan di mana ia ditempatkan. Jika massa benda lebih besar dari massa pengungsi cair, objek akan tenggelam. Jika massa benda kurang dari massa pengungsi cair, objek akan mengapung.

Gambar 1013

Misalkan ada dua objek, masing-masing kubus 10 cm dan lebar 10 cm (yaitu, 1 liter). Massa air yang dipindahkan oleh objek ukuran ini adalah 1 kg. Objek coklat di sebelah kiri terapung karena massa air itu lebih besar dari massa objek. Objek mengapung setengah tenggelam karena itu titik di mana massa air yang dipindahkan (0,5 kg) sama dengan massa objek. Objek hijau di sebelah kanan telah tenggelam karena massa air yang menggusur (1 kg) kurang dari massa objek (2 kg).

Gambar 1114

Tidak semua benda yang terbuat dari bahan hijau di atas akan tenggelam. Dalam Gambar 11, interior objek hijau telah cekung. Massa total objek sekarang 0,5 kg, namun volumenya tetap sama, sehingga mengapung setengah jalan keluar dari air seperti objek coklat pada Gambar 10. Dalam contoh di atas, cairan di mana objek telah mengambang diasumsikan air. Air memiliki kepadatan 1 kg / L, yang berarti bahwa massa air yang dipindahkan oleh salah satu

objek

di

atas

ketika

sepenuhnya

terendam,

adalah

1

kg.

Galileo menemukan bahwa kepadatan cairan merupakan fungsi dari temperatur . Ini 13

Thermometer Galileo diakses di http://squad1.blogspot.com/2011/02/sekilas-tentang-galileo-dan-asalmula.html pada tanggal 30 November 2011 14 Thermometer Galileo diakses di http://squad1.blogspot.com/2011/02/sekilas-tentang-galileo-dan-asalmula.html pada tanggal 30 November 2011


Page 10

adalah kunci untuk bagaimana termometer Galileo bekerja, seperti suhu air meningkat atau menurun dari 4oC, berkurang kepadatannya.

Gambar 12 menunjukkan benda 1 kg berongga yang terbuat dari bahan hijau 15.

Dalam wadah tangan kiri, densitas cairan L. 1,001 kg /L berat objek kurang dari air yang dipindahkan, maka objek mengapung. Dalam wadah kanan, kepadatan cairan L. 0,999 kg /L objek lebih berat daripada massa air yang dipindahkan, maka objek tenggelam. Hal ini menunjukkan bahwa perubahan sangat kecil dalam densitas cairan dengan mudah dapat menyebabkan

obyek

mengapung,

hampir

mengapung

atau

tenggelam.

Dalam termometer Galileo, bola kaca kecil yang sebagian diisi dengan cairan (berwarna) berbeda. Kepadatan efektif disesuaikan dengan cara tag logam menggantung dari bawah bola kaca. Perubahan densitas dari cairan bening, dengan perubahan suhu, menyebabkan lampu naik atau tenggelam.

Gambar 13 menunjukkan representasi skematik termometer Galileo pada dua temperatur yang berbeda (tanda suhu pada contoh ini adalah dalam Fahrenheit)16.

Jika ada beberapa lampu di bagian paling atas (Gambar 13, kiri) dan beberapa di bawah, tapi mengambang di celah, maka satu mengambang di kesenjangan (76o hijau) menunjukan suhu. Jika tidak ada umbi di celah (Gambar 13, kanan) maka rata-rata nilai dari bola atas dan di bawah kesenjangan memberikan suhu perkiraan. Bola dan bobot harus di ukur masing" secara rinci sehingga tidak macet satu sama lain saat bola kaca 15

Thermometer Galileo diakses di http://squad1.blogspot.com/2011/02/sekilas-tentang-galileo-dan-asalmula.html pada tanggal 30 November 2011 16 Thermometer Galileo diakses di http://squad1.blogspot.com/2011/02/sekilas-tentang-galileo-dan-asalmula.html pada tanggal 30 November 2011


Page 11

mengapung atau tenggelam, setidaknya setengah ukuran diameter tabung untuk mempertahankan urutan mereka susun atau, sebagai alternatif, jauh lebih sedikit dari diameter tabung untuk secara bebas melewati satu sama lain dalam tabung17. d) Termometer Alkohol Termometer

alkohol adalah

termometer

yang

menggunkan alkohol sebagai

media

pengukur, yang merupakan alternatif dari termometer air raksa dengan fungsi yang sama. Tetapi tidak sama seperti air raksa dalam termometer kaca. Isi termometer alkohol tidak beracun dan akan menguap dengan cukup cepat. Ruang di bagian atas cairan merupakan campuran dari nitrogen dan uap dari cairan. Dengan meningkatnya suhu maka volumenya naik. Cairan yang digunakan dapat berupa etanol murni atau asetat isoamyl, tergantung pada produsen dan pekerjaan yang berhubungan dengan suhu. Karena termometer ini adalah transparan, maka cairan yang dibuat harus terlihat dengan penambahan pewarna merah atau biru. Thermometer ini hanya bisa mengukur suhu badan makhluk hidup (manusia dan hewan). Thermometer ini tidak bisa mengukur yang tinggi suhunya di atas 78 °C.

Gambar 14. Termometer Alkohol18

Satu setengah dari gelas yang mengandung kaplier biasanya diberi label yang berlatar belakang bewarna putih dan kuning untuk membaca skala. Dalam penggunaan termometer alkohol ini diatur oleh titik didih cairan yang digunakan. Batas dari termometer etanol ini adalah 78° C, dan bermanfaat untuk mengukur suhu di siang hari, malam hari dan mengukur suhu tubuh. Thermometer alkohol ini adalah yang paling banyak digunakan

17

Thermometer Galileo diakses di http://squad1.blogspot.com/2011/02/sekilas-tentang-galileo-dan-asalmula.html pada tanggal 30 November 2011 18 http://t3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcScQHFUvR2MfPIIe8rOJh1kMFokpDy0-AST7STEIckjTWiymVTi diakses Desember 2011


Page 12

karena bahaya yang ditimbulkan sangat kecil ketika terjadi kasus kerusakan pada termometer19. e)

Termometer bimetal mekanik

Termometer bimetal mekanik adalah sebuah termometer yang terbuat dari dau buah kepingan logam yang memiliki koefisien muai berbeda yangdikeling (dipelat) menjadi satu. Kata bimetal sendiri memiliki arti yaitu bi berarti dua sedangkan kata metal berarti logam, sehingga bimetal berarti "dua logam".

Gambar 15. Macam-macam termometer mekanik20

Cara Kerja Keping Bimetal sengaja dibuat memiliki dua buah keping logam karena kepingan ini dapat melengkung jika terjadi perubahan suhu. Prinsipnya, apabila suhu berubah menjadi tinggi, keping bimetal akan melengkung ke arah logam yang keoefisien muainya lebih rendah, sedangkan jika suhu menjadi rendah, keping bimetal akan melengkung ke arah logam yang keofisien muainya lebih tinggi. Logam dengan koefisien muai lebih besar (tinggi) akan lebih cepat memanjang sehingga kepingan akan membengkok (melengkung) sebab logam yang satunya lagi tidak ikut memanjang. Biasanya keping bimetal ini terbuat dari logam yang koefisien muainya jauh berbeda, seperti besi dan tembaga. Pada termometer, keping bimetal dapat difungsikan sebagai penunjuk arah karena jika kepingan menerima rangsanag berupa suhu, maka keping akan langsung melengkung karena pemuaian panjang pada logam.

Aplikasi

19

http://id.wikipedia.org/wiki/Termometer_alkohol diakses Desember 2011 http://t2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRFDhkKTi3PROmSDjnhX69Hvyx4f83EPfN00GGesAfSGr9YI0kHcA diakses desember 2011 20


Page 13

Selain digunakan sebagai termometer, keping bimetal juga digunakan pada lampu sein mobil, termostat, setrika, dan lain lain21.

f) Pirometer Pirometer adalah sebuah termometer yang sangat akurat yang mengukur suhu benda dengan jalan mengukur besarnya radiasi total atau radiasi pada salah satu panjang gelombang. Pirometer dapat mengukur suhu yang sangat tinggi (kira-kira 500oC – 3000oC). Secara teori, suatu benda yang panas akan memancarkan radiasi dan cahaya disekelilingnya, semakin tinggi suhu benda tersebut maka makin besar radiasi dan intensitas cahaya yang dipancarkan. Besarnya radiasi dan intensitas cahaya ini tergantung dari suhu benda dan dari warna atau panjang gelombang sinar yang dipancarkan. Dengan mengukur radiasi total atau radiasi pada salah satu panjang gelombang maka temperatur benda akan dapat ditentukan tanpa menyentuh benda tersebut, bahkan jika Anda berdiri agak jauh dari benda tersebut.

Gambar 16. Pirometer22

Pirometer dibagi menjadi 2, yaitu: * Pirometer Radiasi. Prinsip kerja pirometer ini yaitu dengan mengukur radiasi total yang dipancarkan oleh benda yang diukur. Pengukuran radiasinya dilakukan dengan menggunakan sensor panas seperti termokopel, radiasi yang datang diubah menjadi panas dan akan menaikkan temperatur sensor atau sebuah sel peka cahaya mengubah energi cahaya menjadi besaran listrik.

21

http://id.wikipedia.org/wiki/Termometer_bimetal_mekanik diakses pada bulan Desember 2011 http://t3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRvGt0jx53BJx4wF7i8olvzMbcx649udqPGktfOmx4QKICddQE8eZN tumg diakses di bulan Desember 2011 22


Page 14

Gambar 17 Pirometer Radiasi23

* Pirometer Optik. Prinsip kerja pirometer ini yaitu dengan mengukur radiasi pada salah satu warna (panjang gelombang). Pirometer optic bekerja berdasarkan pengukuran radiasi pada suatu panjang gelombang tertentu. Radiasi ini dinyatakan oleh terang benda tersebut pada warna yang sesuai dengan panjang gelombang. Pengukuran terang benda ini dilakukan dengan cara membandingkan dengan suatu lampu standard yang terangnya dapat diatur. Dengan mengatur arus yang melalui lampu, filamen dari lampu dapat dibuat sama terang dengan benda yang akan diukur suhunya. Bila terang filament dan benda telah sama maka keduanya akan terlihat baur menjadi satu. Bila suhu salah satu lebih tinggi maka akan terlihat berbeda. Besarnya arus yang melalui filamen lampu dapat langsung dikalibrasi menjadi temperatur dari benda tersebut24.

g) Termometer Gas Dalam kehidupan sehari-hari, termometer gas jarang digunakan. Termometer gas biasanya terdapat di Laboratorium untuk kegiatan penelitian. Selain itu, termometer gas juga banyak dipakai dalam kegiatan industri, misalnya di pabrik-pabrik farmasi dan yang sering berhubungan dengan gas dalam produksi. Jika sejumlah gas dipanaskan dan volumenya

dijaga

tetap,

tekanannya

akan

bertambah.

Sifat

termometrik

ini

dimanfaatkan untuk mengukur suhu pada termometer gas.

Gambar 18 termometer gas25 23

http://t2.gstatic.com/images diakases pada bulan Desember 2011 http://aichatwins.blogspot.com/2011/03/prinsip-kerja-termokopel-pirometer-dan.html diakses Desember 2011 25 http://t2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRlvQHpPrOJEGmy-AFo-HCdSHTg46NhDZgjfJbTaWBKi9 nIOP68. Dikases bulan Desember 2011 24


Page 15

h) Termometer Infra Merah Termometer non-kontak atau termometer inframerah dapat mengukur suhu tanpa kontak fisik antara termometer dan obyek di mana suhu diukur. Termometer ditujukan pada permukaan obyek dan secara langsung memberikan pembacaan suhu. Alat ini sangat berguna untuk pengukuran di tungku atau suhu permukaan dan lain sebagainya. Prinsip dasar termometer infra merah adalah bahwa semua obyek memancarkan energi infra merah. Semakin panas suatu benda, maka molekulnya semakin aktif dan semakin banyak energi infra merah yang dipancarkan.Termometer infra merah terdiri dari sebuah lensa yang focus mengumpulkan energi infra merah dari obyek ke alat pendeteks/detektor. Detektor akan mengkonversi energi menjadi sebuah sinyal listrik, yang menguatkan dan melemahkan dan ditampilkan dalam unit suhu setelah dikoreksi terhadap variasi suhu ambien26.

Gambar 19.Termometer Infra Merah27

3. Setelah browsing internet dan mencari di beberapa literatur, penulis belum menemukan jawaban yang tepat dan pasti terkait dengan berapa lama waktu yang diperlukan untuk pembakaran, berapa kalori yang dihasilkan dan berapa perubahan suhu yang terjadi sebelum dan sesudah makan. Namun yang jelas dari beberapa keterangan yang ada, pertanyaan di atas tentunya tidak serta merta kita menyamaratakan dari setiap jenis makanan yang dikonsumsi. Seperti yang kita pelajari di pelajaran biologi, makanan yang mengandung lemak, kabrohidrat,protein maupun vitamin memiliki nilai kalori yang berbeda. Sebagaimana yang telah kita pelajari semenjak duduk di bangku SDSMA, makanan yang mengandung lemak (±9kalori/gram) akan menghasilkan kalori lebih besar dibanding karbohidrat(±4 kalori/gram)

dan protein (±4kalori/gram) . Hal ini

26

Rahayu, Suparni Setyowati.2009. Termometer Non-kontak atau termometer inframerah. Diaksels dialamat http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-industri/instrumentasi-dan-pengukuran/termometer-nonkontak-atau-termometer-inframerah/ pada bulan Desember 2012 27

http://www.chem-is-try.org/wp-content/themes/guzel-pro/images/chem-is-try/logo3.gif


Page 16

tentunya sangat relevan dengan perubahan suhu badan kita setelah kita mengkonsumsi makanan. Di saat dingin, makanan berlemak akan sangat membantu mengatasi suhu luar (secara empirik hal ini bisa kita rasakan), karena kalori yang yang terkandung di dalamnya sangat tinggi, yang mana kalori disini terkait erat dengan besaran energi (kalor). Sesuai dengan persamaan:

Ket:

Q= Kalor; c= kalor jenis;

= perubahan temperatur; m = massa makanan/benda

Dari persamaan di atas, semakin banyak sumber makanan yang kita makan (massa) berdampak pada makin besar energi yang dihasilkan28. Demikian halnya juga dengan perubahan suhu tubuh kita, makin besar energi yang dihasilkan kenaikan suhu pada tubuh manusia pun makin meningkat. Terkait dengan beberapa hal yang mempengaruhi suhu tubuh

29

Komariah memaparkan:

* Kecepatan metabolisme basal Kecepatan metabolisme basal tiap individu berbeda-beda. Hal ini memberi dampak jumlah panas

yang diproduksi tubuh menjadi berbeda pula. Sebagaimana disebutkan

pada uraian sebelumnya, sangat terkait dengan laju metabolisme. * Rangsangan saraf simpatis Rangsangan saraf simpatis dapat menyebabkan kecepatan metabolisme menjadi 100% lebih cepat. Disamping itu, rangsangan saraf simpatis dapat mencegah lemak coklat yang tertimbun dalam jaringan untuk dimetabolisme. Hamper seluruh metabolisme lemak coklat adalah produksi panas. Umumnya, rangsangan saraf simpatis ini dipengaruhi stress individu yang menyebabkan peningkatan produksi epineprin dan norepineprin yang meningkatkan metabolisme. * Hormon pertumbuhan Hormone pertumbuhan ( growth hormone ) dapat menyebabkan peningkatan kecepatan metabolisme sebesar 15-20%. Akibatnya, produksi panas tubuh juga meningkat.

28

ibid http://file.upi.edu/Direktori/FPOK/JUR._PEND._OLAHRAGA/195906281989012-LILIS_KOMARIYAH/Modul9Kebutuhan _Zat_Gizi_dan_Jumlah_Kalori_yang_diperlukan_oleh_atlet.pdf diakses bulan Desember 2011 29


Page 17

* Hormon tiroid Fungsi tiroksin adalah meningkatkan aktivitas hamper semua reaksi kimia dalam tubuh sehingga

peningkatan kadar tiroksin dapat memengaruhi laju metabolisme menjadi 50-

100% diatas normal. * Hormon kelamin Hormone kelamin pria dapat meningkatkan kecepatan metabolisme basal kira-kira 1015% kecepatan normal, menyebabkan peningkatan produksi panas. Pada perempuan, fluktuasi suhu lebih bervariasi dari pada laki-laki karena pengeluaran hormone progesterone pada masa ovulasi meningkatkan suhu tubuh sekitar 0,3 – 0,6°C di atas suhu basal. * Demam ( peradangan ) Proses peradangan dan demam dapat menyebabkan peningkatan metabolisme sebesar 120% untuk tiap peningkatan suhu 10°C. * Status gizi Malnutrisi yang cukup lama dapat menurunkan kecepatan metabolisme 20 – 30%. Hal ini terjadi karena di dalam sel tidak ada zat makanan yang dibutuhkan untuk mengadakan metabolisme. Dengan demikian, orang yang mengalami mal nutrisi mudah mengalami penurunan suhu tubuh (hipotermia). Selain itu, individu dengan lapisan lemak tebal cenderung tidak mudah mengalami hipotermia karena lemak merupakan isolator yang cukup baik, dalam arti lemak menyalurkan panas dengan kecepatan sepertiga kecepatan jaringan yang lain. * Aktivitas Aktivitas selain merangsang peningkatan laju metabolisme, mengakibatkan gesekan antar komponen otot / organ yang menghasilkan energi termal. Latihan (aktivitas) dapat meningkatkan suhu tubuh hingga 38,3 – 40,0 °C. * Gangguan organ Kerusakan organ seperti trauma atau keganasan pada hipotalamus, dapat menyebabkan mekanisme regulasi suhu tubuh mengalami gangguan. Berbagai zat pirogen yang dikeluarkan pada saai terjadi infeksi dapat merangsang peningkatan suhu tubuh. Kelainan kulit berupa jumlah kelenjar keringat yang sedikit juga dapat menyebabkan mekanisme pengaturan suhu tubuh terganggu. Tugas Termodinamika Disusun: Kurniawan Arizona

Page 18

* Lingkungan Suhu tubuh dapat mengalami pertukaran dengan lingkungan, artinya panas tubuh dapat hilang atau berkurang akibat lingkungan yang lebih dingin. Begitu juga sebaliknya, lingkungan dapat memengaruhi suhu tubuh manusia. Perpindahan suhu antara manusia dan lingkungan terjadi sebagian besar melalui kulit. Proses kehilangan panas melalui kulit dimungkinkan karena panas diedarkan melalui pembuluh darah dan juga disuplai langsung ke fleksus arteri kecil melalui anastomosis arteriovenosa yang mengandung banyak otot. Kecepatan aliran dalam fleksus arteriovenosa yang cukup tinggi (kadang mencapai 30% total curah jantung) akan menyebabkan konduksi panas dari inti tubuh ke kulit menjadi sangat efisien. Dengan demikian, kulit merupakan radiator panas yang efektif untuk keseimbangan suhu tubuh.


Page 19

DAFTAR PUSTAKA Abdurrouf. 2001. Fisika Statistik;Studi Keadaan setimbang. Jurusan Fisika Universitas Brawijaya: Malang Cooper, W.D. 1999. Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran Edisi kedua, terjemahan Sahat Pakpahan. Erlangga: Jakarta. Giancoli, D. C. 2005. Physics Principles and Applications Sixth Edition.

Pearson

Education Increase. United States Halliday,D. danR.Resnick. 1992. Fisika Jilid I,terjemahan Pantur Silaban dan Erwin Sucipto. Erlangga: Jakarta. Hidayat, Achmad. 2003.Diktat Fisika Modern. Jurusan Fisika F MIPA Universitas Brawijaya:Malang Kusminarto. 1993. Pokok-Pokok Fisika Modern. Fakultas MIPA UGM: Jogjakarta Stocky, C. dkk. 2000. Kamus Fisika Bergambar, terjemahan Abdul Djamil Husin. Erlangga: Jakarta. Alamat situs internet yang diakses pada makalah ini diantaranya: Komariah,Lilis. Modul Kebutuhan Zat Gizi dan Jumlah Kalori yang Diperlukan oleh Atelt. Di

akse

pada

bulan

Desember

2011

di

alamat

http://file.upi.edu/

Direktori/FPOK/JUR._PEND._OLAHRAGA/195906281989012LILIS_KOMARIYAH/Modul9Kebutuhan_Zat_Gizi_dan_Jumlah_Kalori_yang_dip erlukan_oleh_atlet.pdf Termometer+Air+Raksa.jpg diakses di alamat wwwdblok-anovhan.blogspot.com pada 30 November 2011 Termometer

air

raksa

diakses

di

alamat

http://id.wikipedia.org/wiki

/Termometer_air_raksa pada tanggal 30 November 2011 Termometer Galileo diakses di http://squad1.blogspot.com/2011/02/sekilas-tentanggalileo-dan-asal-mula.html pada tanggal 30 November 2011 dan beberapa situs yang ada pada footnote di isi makalah.


Page 20

Gerak Vibrasi, Translasi Dan Rotasi Molekul

Recommend Documents