Biologi n Termokimia

Imunitas atau kekebalan adalah sistem mekanisme pada organisme yang melindungi tubuh terhadap pengaruh biologis luar dengan mengidentifikasi dan membunuh patogen serta sel tumor. Sistem ini mendeteksi berbagai macam pengaruh biologis luar yang luas, organisme akan melindungi tubuh dari infeksi, bakteri, virus sampai cacing parasit, serta menghancurkan zat-zat asing lain dan memusnahkan mereka dari sel organisme yang sehat dan jaringan agar tetap dapat berfungsi seperti biasa. Deteksi sistem ini sulit karena adaptasi patogen dan memiliki cara baru agar dapat menginfeksi organisme.

Untuk selamat dari tantangan ini, beberapa mekanisme telah berevolusi yang menetralisir patogen. Bahkan organisme uniselular seperti bakteri dimusnahkan oleh sistem enzim yang melindungi terhadap infeksi virus. Mekanisme imun lainnya yang berevolusi pada eukariota kuno dan tetap pada keturunan modern, seperti tanaman, ikan, reptil dan serangga. Mekanisme tersebut termasuk peptida antimikrobial yang disebut defensin, fagositosis, dan sistem komplemen.[1] Mekanisme yang lebih berpengalaman berkembang secara relatif baru-baru ini, dengan adanya evolusi vertebrata. Imunitas vertebrata seperti manusia berisi banyak jenis protein, sel, organ tubuh dan jaringan yang berinteraksi pada jaringan yang rumit dan dinamin. Sebagai bagian dari respon imun yang lebih kompleks ini, sistem vertebrata mengadaptasi untuk mengakui patogen khusus secara lebih efektif. Proses adaptasi membuat memori imunologis dan membuat perlindungan yang lebih efektif selama pertemuan di masa depan dengan patogen tersebut. Proses imunitas yang diterima adalah basis dari vaksinasi.

Sistem kekebalan (bahasa Inggris: immune system) adalah sistem pertahanan manusia sebagai perlindungan terhadap infeksi dari makromolekul asing atau serangan organisme, termasuk virus, bakteri, protozoa dan parasit. Sistem kekebalan juga berperan dalam perlawanan terhadap protein tubuh dan molekul lain seperti yang terjadi pada autoimunitas, dan melawan sel yang teraberasi menjadi tumor.[1]

Kemampuan sistem kekebalan untuk membedakan komponen sel tubuh dari komponen patogen asing akan menopang amanat yang diembannya guna merespon infeksi patogen - baik yang berkembang biak di dalam sel tubuh (intraselular) seperti misalnya virus, maupun yang berkembang biak di luar sel tubuh (ekstraselular) - sebelum berkembang menjadi penyakit.

Meskipun demikian, sistem kekebalan mempunyai sisi yang kurang menguntungkan. Pada proses peradangan, penderita dapat merasa tidak nyaman oleh karena efek samping yang dapat ditimbulkan sifat toksik senyawa organik yang dikeluarkan sepanjang proses perlawanan berlangsung.[2]

Barikade awal pertahanan terhadap organisme asing adalah jaringan terluar dari tubuh yaitu kulit, yang memiliki banyak sel termasuk makrofaga dan neutrofil yang siap melumat organisme lain pada saat terjadi penetrasi pada permukaan kulit, dengan tidak dilengkapi oleh antibodi.[1] Barikade yang kedua adalah kekebalan tiruan.

Walaupun sistem pada kedua barikade mempunyai fungsi yang sama, terdapat beberapa perbedaan yang mencolok, antara lain :

sistem kekebalan tiruan tidak dapat terpicu secepat sistem kekebalan turunan sistem kekebalan tiruan hanya merespon imunogen tertentu, sedangkan sistem

yang lain merespon nyaris seluruh antigen. sistem kekebalan tiruan menunjukkan kemampuan untuk "mengingat"

imunogen penyebab infeksi dan reaksi yang lebih cepat saat terpapar lagi dengan infeksi yang sama. Sistem kekebalan turunan tidak menunjukkan bakat immunological memory.[2]

Semua sel yang terlibat dalam sistem kekebalan berasal dari sumsum tulang. Sel punca progenitor mieloid berkembang menjadi eritrosit, keping darah, neutrofil, monosit. Sementara sel punca yang lain progenitor limfoid merupakan prekursor dari sel T, sel NK, sel B.[2]

Sistem kekebalan dipengaruhi oleh modulasi beberapa hormon neuroendokrin.[3]

Jika sistem kekebalan melemah, kemampuannya untuk melindungi tubuh juga berkurang, membuat patogen, termasuk virus yang menyebabkan penyakit. Penyakit defisiensi imun muncul ketika sistem imun kurang aktif daripada biasanya, menyebabkan munculnya infeksi. Defisiensi imun merupakan penyebab dari penyakit genetik, seperti severe combined immunodeficiency, atau diproduksi oleh farmaseutikal atau infeksi, seperti sindrom defisiensi imun dapatan (AIDS) yang disebabkan oleh retrovirus HIV. Penyakit autoimun menyebabkan sistem imun yang hiperaktif menyerang jaringan normal seperti jaringan tersebut merupakan benda asing. Penyakit autoimun yang umum termasuk rheumatoid arthritis, diabetes melitus tipe 1 dan lupus erythematosus. Peran penting imunologi tersebut pada kesehatan dan penyakit adalah bagian dari penelitian.

Mekanisme sistem kekebalan tiruan

Patogen dapat mengembangkan strategi untuk mengecoh atau menekan mekanisme pertahanan turunan demi mempertahankan infeksi yang telah dijangkitnya. Saat replikasi antigen penyebab infeksi untuk mencanangkan fokus infeksi - misalnya dengan membentuk koloni, telah melampaui ambang batas sistem kekebalan turunan sehingga terjadi perubahan metabolisme yang ditandai dengan simtoma hiperfibrinogenemia dan hipoalbuminemia,[4] sistem kekebalan tiruan akan tercetus[5] dengan aktivasi memori imunologis. Respon kekebalan tiruan diberikan oleh sel efektor dan molekul terkait, sekitar hari keempat atau kelima setelah infeksi awal. Setelah kadar antigen menurun ke bawah ambang batas sistem kekebalan turunan, respon kekebalan tiruan akan berhenti, namun antibodi, sisa sel efektor dan memori imunologis akan tetap bertahan dan memberikan perlindungan yang panjang untuk infeksi ulang yang dapat terjadi.

Induksi yang pertama, terjadi saat sel dendritik yang berada pada jaringan tempat terjadinya infeksi terikat antigen, teraktivasi menjadi sel AP, kemudian bermigrasi ke dalam sistem limfatik dan berakhir di nodus limfa atau limpa atau jaringan MALT. Sel T yang bermigrasi dari satu nodus limfa menuju ke nodus yang lain, akan

menempel pada sel AP dan berusaha untuk mengenali antigen dengan memindai sel tersebut pada bagian MHC kelas II. Antigen yang tidak dikenali akan segera ditinggalkan oleh sel T untuk dipindai sel T yang lain hingga akhirnya dikenali. Pada saat tersebut, sel T akan berhenti bermigrasi dan akan mengikat erat sel AP. Kemudian teraktivasi untuk memicu sistem kekebalan tiruan.[6]

Sel T0 atau sel T CD4 yang mengenali antigen melalui molekul MHC kelas II pada sel dendritik AP akan mengaktivasi LFA-1 yang menyebabkan ikatan kuat antara Sel T0 dengan sel AP. Setelah itu akan terjadi proliferasi dan diferensiasi sel T0, yang menghasilkan sejumlah sel T CD4 baru yang mempunyai pencerap efektor (bahasa Inggris: armed-effector T cell). Diferensiasi sel T sebagai berikut:

sel TH1 akan dihasilkan jika virus atau bakteri menginduksi sekresi IL-12 dari sel AP. IL-12 kemudian menjadi stimulasi bagi sel NKT untuk mengeluarkan IFN-γ. Aktivasi LFA-1 pada T0 terjadi dengan stimulasi IL-12 dan IFN-γ. Sel TH1 akan mensekresi IL-2, TNF-ß, IFN-γ.

“Antigen yang dapat dikenali lebih khusus disebut sebagai imunogen,[1] dan reaksi tersebut terjadi di area antigen yang disebut epitop. ”

Sistem kekebalan tiruan juga terpicu oleh hal lain, pada saat antigen menimbulkan reaksi terhadap molekul antibodi atau dikenali oleh pencerap antigen yang terdapat pada sel NKT. Segera setelah terpicu, perlawanan terhadap imunogen akan dikoordinasi antar sel agar didapat respon yang terpadu. Koordinasi dilakukan dengan molekul sinyal seperti limfokina, sitokina dan kemokina.[7] Diferensiasi sel T yang terjadi:

sel TH2 akan dihasilkan dengan aktivasi LFA-1 yang terjadi dengan stimulasi IL-4 yang disekresi oleh sel NKT karena stimulasi dari patogen jenis lain. TH2 akan mensekresi IL-4, IL-5, IL-13.

Sel TH1 akan bertindak sebagai stimulator MAC, sedangkan sel TH2 akan berfungsi sebagai aktivator sel B.

[sunting] Komponen selular

Diferensiasi sel T CD4 menjadi sel T pembantu.

Aktivasi penuh sel T CD4 membutuhkan waktu sekitar 4 hingga 5 hari. Setelah itu, sel T pembantu bermigrasi dari sistem limfatik menuju jaringan tempat terjadinya infeksi. Sepanjang ekstravasasi sel T pembantu terstimulasi lebih lanjut oleh molekul adhesi pada proses ekstravasasi dan terdiferensiasi menjadi sel T efektor yang berlainan, bergantung pada jenis jaringan yang dituju.

Di dalam jaringan, sel T efektor yang mengenali antigen akan mengeluarkan sitokina seperti TNF-α untuk mengaktivasi sel endotelial agar terjadi sekresi selektin-E, VCAM-1 dan ICAM-2 dan kemokina RANTES. Semuanya itu untuk merekrut lebih banyak sel T efektor, monosit dan granulosit. TNF-α and IFN-γ yang disekresi sel T pembantu yang telah teraktivasi juga bersifat sinergis dengan proses peradangan berupa ekstravasasi.

[sunting] Komponen humoral

Peran antibodi dalam sistem kekebalan, antara lain :[8]

Untuk infeksi intraselular, virus dan bakteri terlebih dahulu perlu mengikat molekul tertentu yang terdapat pada permukaan sel target. Antibodi dapat mencegah terjadinya ikatan tersebut. Hal ini juga sekaligus mencegah masuknya toksin yang disekresi oleh patogen ke dalam sel.

Antibodi yang menempel pada permukaan patogen akan mempercepat dikenalinya patogen tersebut oleh fagosit, oleh karena fagosit dilengkapi dengan pencerap fragmen konstan yang mengikat antibodi pada area konstan C

Antibodi yang terikat pada permukaan patogen dapat mengaktivasi protein dari komponen komplemen.

Sistem kekebalan turunan (bahasa Inggris: innate immune system, genetic immunity, native immunity, natural immunity, inherent immunity)[1] adalah mekanisme suatu organisme mempertahankan diri dari infeksi oleh organisme lain, yang dapat segera dipicu beberapa saat setelah terpapar hampir semua jenis patogen. Sistem kekebalan

ini merupakan sistem kekebalan pertama dan melengkapi manusia sejak saat dilahirkan.[2]

Sel yang berkiprah dalam sistem kekebalan turunan, mengenali dan merespon patogen dalam cara yang umum, dan memberikan perlindungan tubuh jangka pendek bagi inangnya. Sistem kekebalan turunan menyediakan pertahanan menengah melawan infeksi, dan dapat ditemukan pada semua tumbuhan dan hewan.

Dari banyak mikroorganisme penyebab infeksi yang melakukan penetrasi ke dalam tubuh dari berbagai arah dengan berbagai mekanisme, banyak diantaranya merupakan penyebab patologi dan disebut sebagai mikroorganisme patogenik atau patogen.

Serangan dari patogen ini perlu segera direspon oleh suatu sistem dalam hitungan menit sejak terjadinya infeksi.[3] Hal ini disebabkan karena tubuh setiap saat selalu terpapar mikroorganisme, termasuk yang berasal dari individu yang terjangkit penyakit.

Bidang tubuh yang terpapar meliputi permukaan epitelial, baik internal maupun eksternal, suatu permukaan dengan mukosa saluran pernafasan memberikan jalan masuk bagi airborne mikroorganisme, dan mukosa saluran pencernaan memberikan jalan serupa bagi mikroorganisme yang menempel pada makanan maupun minuman. Gigitan serangga dan luka juga memberikan kesempatan pada mikroorganisme untuk melakukan penetrasi melalui kulit, dan kontak langsung dengan individu lain juga membuka kesempatan masuknya patogen melalui kulit maupun mukosa reproduksi.[4]

Lapisan epitelial (=epitelia) merupakan lapisan yang memisahkan bagian dalam tubuh dan dunia luar yang dipenuhi patogen. Sel epitelial membentuk jajaran sangat rapat dan segera tergantikan apabila rusak. Walaupun demikian, pada kondisi tanpa luka gores maupun luka bakar sekalipun, patogen dapat melintasi rintangan epitelial dengan mengikatkan diri pada molekul yang terdapat di permukaan epitelial bagian dalam, atau membuat suatu infeksi dengan terlebih dulu menempel pada lapisan permukaan atau membentuk sebuah koloni.

Pada umumnya, infeksi hanya terjadi setelah patogen berhasil membentuk koloni pada lapisan permukaan. Lebih lanjut penyakit hanya terjadi apabila setelah penetrasi epitelia, patogen berhasil membentuk koloni di dalam tubuh (bahasa Inggris: focus of infection) sehingga dimungkinkan terjadi perkembangbiakan sel patogen untuk transmisi lebih jauh.[5]

Pertahanan pertama

Epitelia bagian dalam juga dikenal sebagai epitelia mukosis karena sekresi semacam lendir yang disebut mukus, yang kaya akan berbagai glikoprotein yang disebut mukin. Mikroorganisme yang terbalut mukus dapat tertahan sebelum menempel pada epitelium, bahkan terhanyut di dalam aliran mukus yang dipompa oleh denyut silia epitelial. Salah satu contoh pertahanan oleh mukus terjadi di dalam saluran pencernaan dengan denyut peristaltik yang berfungsi tidak hanya mendorong makanan, tetapi juga patogen. Penyakit yang disebabkan karena disfungsi denyut ini biasanya juga disertai oleh perkembangan koloni bakteri pada dinding usus.

Permukaan epitelia bukan hanya sekedar pagar pembatas yang melindungi tubuh dari infeksi, epitelia juga memproduksi substansi kimiawi yang bersifat mikrobisidal guna menghambat perkembangan mikroba. Sebagai contoh:

sekresi enzim lisozim ke dalam air mata dan air liur. derajat pH yang bersifat asam merupakan rintangan kimiawi melawan infeksi

yang dapat terjadi pada saluran pencernaan bagian atas sekresi kriptidin dan defensin-a oleh sel Paneth yang bermukim di dasar usus

halus pada area sel punca. sekresi peptida kationik seperti defensin-b yang dapat merusak membran sel

bakteri, terdapat pada epitelia kulit dan saluran pernafasan. sekresi protein antimikrobial yang membasahi epitelia paru-paru dalam upaya

untuk membalut patogen agar dapat dicerna oleh makrofaga dengan fagositosis. Balutan protein guna keperluan fagositosis, disebut opsonisasi.

[sunting] Pertahanan kedua

Permukaan epitelia sering dijumpai koloni bakteri bukan patogenik. Bakteri ini berkompetisi dengan patogen untuk memperebutkan nutrisi maupun area koloni. Dalam kompetisi tersebut, senyawa antimikrobial akan disekresi untuk menghalangi kolonisasi bakteri patogen, misalnya sekresi protein kolikin oleh Escherichia coli. Ketika bakteri non patogenik tergerus oleh pengobatan antibiotik, setelah efek pengobatan berangsur hilang, mikroorganisme patogenik sering akan muncul dan menyebabkan penyakit.

Skema sederhana proses fagositosis. Makrofaga juga menelan partikel tak bergerak, seperti kaca atau kelereng, tetapi tidak menelan sel yang hidup. Pencerap inhibitor yang berada pada permukaan sel makrofaga akan membaca tirosina fosfatase sebagai isyarat "jangan makan aku".[6]

[sunting] Pertahanan ketiga

Mikroorganisme yang berhasil menembus lapisan epitelial kemudian menempel pada jaringan, pada umumnya akan segera dikenali oleh monosit makrofaga yang bermukim disekitarnya, melalui instrumen pencerap pada permukaan sel makrofaga, antara lain:

pencerap manos pencerap bangkai yang mengikat ligan bermuatan pencerap CD14 yang dapat mengikat molekul LPS dari bakteri pencerap komplemen

Pencerap yang mengenali sel sebagai patogen akan membentuk ikatan protein (bahasa Inggris: ligation) dengan sel dan mencetuskan proses fagositosis.

Pada saat itu, makrofaga akan melepaskan sitokina untuk mengaktivasi beberapa proses lain untuk ikut serta. Zat yang disekresi termasuk:

prostaglandin , leukotriena peptida C5a yang mengaktivasi molekul adhesi dan meningkatkan

permeabilitas pembuluh darah dan merupakan kemokina yang sangat kuat untuk mengundang neutrofil dan monosit, serta aktivasi lokal bagi:

o makrofaga yang lain.

Ilustrasi neutrofil yang bermigrasi ke dalam jaringan setelah proses ekstravasasi usai. Ekstravasasi merupakan proses pertama yang dipicu makrofaga untuk merekrut bala bantuan dari sirkulasi darah. Yang pertama kali tiba adalah neutrofil, disusul monosit yang segera terdiferensiasi menjadi makrofaga baru. Pada tahap-tahap berikutnya, eosinofil juga bermigrasi menuju lokasi infeksi, diikuti oleh limfosit. Saat terjadi luka pada pembuluh darah, maka plasma darah akan mengaktivasi dua jenjang enzim, sistem kinin dan sistem koagulasi.

Sekresi hormon lain TNF-α, IL-1, dan IL-6 memberikan sinyal sistemik kepada:

hipotalamus , jaringan lemak dan otot agar memobilisasi protein dan energi untuk peningkatan suhu tubuh. Ketiga hormon juga disebut endogen dan pirogen karena merupakan zat tubuh inang penyebab demam. Umumnya patogen sulit berkembang biak pada suhu yang lebih tinggi.[7]

hati , untuk menginduksi sekresi protein fasa akut seperti CRP dan mannan-binding lectin. Kedua zat ini diperlukan untuk mencetuskan proses opsonisasi komplemen.

endotelium sumsum tulang, untuk memantik migrasi neutrofil ke area infeksi sel dendritik . TNF-α merupakan stimulasi bagi DC untuk bermigrasi ke nodus

limpa dan memicu sistem kekebalan tiruan

Dan efek yang ditimbulkan pada area setempat, antara lain:

TGF-α : Merekrut sel biang IL-8  : Merekrut neutrofil, basofil dan sel T ke dalam jaringan MCP-1 : Merekrut monosit ke dalam jaringan.[8]

IL-12  : Merekrut sel NK dan neutrofil o Sel NK dan neutrofil akan mensintesa PAF (bahasa Inggris: platelet-

activating factor) dengan stimulasi IL-12.[9]

o IL-12 juga menginduksi diferensiasi sel T CD4 menjadi sel TH1 IL-1: Aktivasi endotelium vaskular, limfosit. Peningkatan akses bagi sel

efektor dan menyebabkan kerusakan pada jaringan IL-6 : Aktivasi limfosit dan stimulasi produksi antibodi TNF-α : Aktivasi endotelium vaskular dan meningkatkan permeabilitas

vaskular yang menyebabkan peningkatan kadar IgG, protein komplemen dan sel ke dalam jaringan, serta meningkatkan penggelontoran cairan tubuh menuju nodus limfa.

[sunting] Pertahanan keempat

Neutrofil berpartisipasi pada garda depan dengan kapasitasnya sebagai fagosit yang dominan.[10] Seringkali neutrofil direkrut dari dalam sirkulasi darah menuju jaringan dengan panduan kemokina hasil sekresi makrofaga dalam proses fagositosis.

Sepanjang jalan kemotaksis, sejauh tidak terhalang oleh lipid dan kanabinoid,[11] neutrofil akan terdiferensiasi menjadi dewasa. Interaksi neutrofil muda dengan beberapa zat seperti galaktin-3, fMLP, IL-8, selektin dan sitokalasin B menjadi salah satu penyebabnya. Sesampai di lokasi infeksi, neutrofil segera memulai proses fagositosis terhadap sel target, seperti bakteri, fungi, protozoa, virus, sel terinfeksi virus dan sel tumor,[12] dan melepaskan faktor mikrobisidal termasuk ROI (bahasa Inggris: reactive oxygen intermediate), defensin, IL-8 dan enzim protease dengan proses degranulasi. IL-8 merupakan sitokina yang biasa tersekresi pada saat infeksi, radang, ischemia maupun trauma - dan merupakan penyebab utama akumulasi neutrofil pada suatu lokasi.[13]

Sebagai fagosit, neutrofil mempunyai kemampuan fagositosis yang sama persis dengan makrofaga. Neutrofil juga melepaskan kemokina, yaitu IP-10 yang berfungsi untuk merekrut sel T CD4.[14] Namun neutrofil dilengkapi pula dengan pencerap toll-like seperti TLR2 (bahasa Inggris: toll-like receptor 2) untuk mendeteksi peptidoglikan milik bakteri dengan gram positif, dan TLR4 untuk mendeteksi lipopolisakarida pada mikroba yang mempunyai gram negatif, dan pencerap yang dapat mengenali pola.[15]

Walaupun neutrofil dapat mengenali patogen dengan langsung, pengikatan patogen dan proses fagositosis dapat meningkat jauh lebih baik dan cepat ketika mikroba tertandai (ter-opsonisasi) oleh antibodi, komponen komplemen, atau keduanya.

[sunting] Pertahanan kelima

Sel NK mempunyai kemampuan untuk membedakan sel normal dan sel yang tidak mempunyai kecukupan molekul MHC kelas I.[16] Molekul MHC-I dari sel target dipindai oleh pencerap killer-inhibitory sel NK. Virus, stres, transformasi malignan maupun sel tumor, sel terinfeksi virus akan mempunyai molekul MHC-I yang berbeda, sehingga sel NK akan melakukan apoptosis terhadap sel tersebut.

Sel NK teraktivasi oleh sekresi IL-2 dan IFN-γ dari sel TH1 yang direkrut PMN dengan kemokina IP-10. Saat apoptosis sel target, sel NK mensekresi protein seperti perforin, kemokina dan enzim proteolitik, granzim, termasuk jenis serina protease.

Granzim yang dilepaskan akan masuk ke dalam sel target dan mengaktivasi enzim di dalam sitoplasma:[17]

Granzim A akan memasuki mitokondria dan mengiris sub unit dari kompleks I menjadi NADH dehidrogenase untuk memproduksi spesi oksigen reaktif

Granzim B akan mengiris prekursor kaspase

untuk memicu proses apoptosis yang dimulai dengan penghancuran struktur protein sitoskeleton dan degradasi kromosom. Sel kemudian terpecah menjadi fragmen yang akan dibersihkan oleh fagosit. Perforin juga berakibat pada lisis sel.[18] Sitokina interferon-γ disekresi pula oleh sel NK dalam jumlah besar saat apoptosis sel target sebagai stimulan peningkatan kapasitas fagositosis makrofaga.

[sunting] Pertahanan keenam

Infeksi sel tubuh oleh virus dapat dicegah oleh antibodi, yang produksinya tergantung oleh sel TH2. Namun bagi sel yang telah terlanjur terinfeksi, akan ditangani oleh sel T sitotoksik yang spesifik, yang dapat mengenali dan membasmi sel tersebut.

Untuk patogen intravesikular yang menginfeksi makrofaga, dapat dipadamkan dengan sel TH1 yang spesifik, yang akan mengaktivasi makrofaga untuk menghancurkan patogen di dalamnya.

[sunting] Pertahanan ketujuh

Sel dendritik (DC) telah diidentifikasi keberadaannya di dalam interstitium hampir seluruh jaringan tubuh manusia, kecuali pada kornea mata dan sistem saraf pusat.

Populasi DC di dalam jaringan menunjukkan kadar HLA-DR, CD1a dan S100 yang tinggi - setelah bermigrasi dari sirkulasi darah. Migrasi dilakukan dengan pengikatan ICAM-1, V-CAM-1 dan E-selektin dengan CD11a/CD18, CD49d dan CLA (cutaneous lymphocyte antigen). Induksi kemotaksis yang ditemui berupa kemokina GM-CSF dan LPS.[19]

Di dalam jaringan, DC berdiam dalam keadaan setengah aktif sebagai sel yang memburu antigen dengan proses:

makropinositosis dengan pencerap CD32 (FcgRII) untuk antigen yang teropsoninasi dengan antibodi.

endositosis dengan pencerap manos yang efektif untuk antigen terglikosilasi. Imunogen yang terbalut akan dihubungkan melalui jalur vakuolar yang bersifat asam, menuju ruang intraselular kelas II, tempat perakitan peptida antigenik menjadi molekul MHC kelas II, untuk dipresentasikan ke sel T.

DC yang demikian dapat teraktivasi lebih lanjut dan bermigrasi lebih jauh ke dalam jaringan pada saat terpapar oleh sejumlah sitokina, seperti TNF-α, IL-1, dan LPS.

Kombinasi antara LPS yang terikat pada pencerap CD14 dan TLR-4 akan mengaktivasi fungsi sel ini menjadi APC (bahasa Inggris: antigen-presenting cell). Aktivasi ini akan membuat sel dendritik menaikkan produksi molekul MHC kelas II, disertai dengan naiknya kadar molekul CD40, CD54, CD80 dan CD86 sebagai fasilitator fungsi presentasi antigen. Fungsinya sebagai pemburu antigen di dalam jaringan dan cairan tubuh akan menurun.

Sel dendritik AP kemudian terstimulasi oleh kemokina ELC, MIP-3β, dan SLC yang banyak diproduksi oleh nodus limfa dan sel endotelial vaskular, dan bermigrasi menuju nodus limfa atau limpa, guna mengaktivasi sistem kekebalan tiruan.

Termodinamika

Termodinamika (bahasa Yunani: thermos = 'panas' and dynamic = 'perubahan') adalah fisika energi , panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika berhubungan dekat dengan mekanika statistik di mana banyak hubungan termodinamika berasal.

Pada sistem di mana terjadi proses perubahan wujud atau pertukaran energi, termodinamika klasik tidak berhubungan dengan kinetika reaksi (kecepatan suatu proses reaksi berlangsung). Karena alasan ini, penggunaan istilah "termodinamika" biasanya merujuk pada termodinamika setimbang. Dengan hubungan ini, konsep utama dalam termodinamika adalah proses kuasistatik, yang diidealkan, proses "super pelan". Proses termodinamika bergantung-waktu dipelajari dalam termodinamika tak-setimbang.

Karena termodinamika tidak berhubungan dengan konsep waktu, telah diusulkan bahwa termodinamika setimbang seharusnya dinamakan termostatik.

Hukum termodinamika kebenarannya sangat umum, dan hukum-hukum ini tidak bergantung kepada rincian dari interaksi atau sistem yang diteliti. Ini berarti mereka dapat diterapkan ke sistem di mana seseorang tidak tahu apa pun kecual perimbangan transfer energi dan wujud di antara mereka dan lingkungan. Contohnya termasuk perkiraan Einstein tentang emisi spontan dalam abad ke-20 dan riset sekarang ini tentang termodinamika benda hitam.

Konsep dasar dalam termodinamika

Pengabstrakan dasar atas termodinamika adalah pembagian dunia menjadi sistem dibatasi oleh kenyataan atau ideal dari batasan. Sistem yang tidak termasuk dalam pertimbangan digolongkan sebagai lingkungan. Dan pembagian sistem menjadi subsistem masih mungkin terjadi, atau membentuk beberapa sistem menjadi sistem yang lebih besar. Biasanya sistem dapat diberikan keadaan yang dirinci dengan jelas yang dapat diuraikan menjadi beberapa parameter !

[sunting] Sistem termodinamika

Sistem termodinamika adalah bagian dari jagat raya yang diperhitungkan. Sebuah batasan yang nyata atau imajinasi memisahkan sistem dengan jagat raya, yang disebut lingkungan. Klasifikasi sistem termodinamika berdasarkan pada sifat batas sistem-lingkungan dan perpindahan materi, kalor dan entropi antara sistem dan lingkungan.

Ada tiga jenis sistem berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan:

sistem terisolasi: tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi.

sistem tertutup: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak terjadi pertukaran benda dengan lingkungan. Rumah hijau adalah contoh dari sistem tertutup di mana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan. Apakah suatu sistem terjadi pertukaran panas, kerja atau keduanya biasanya dipertimbangkan sebagai sifat pembatasnya:

o pembatas adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas.o pembatas rigid: tidak memperbolehkan pertukaran kerja.

sistem terbuka: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda dengan lingkungannya. Sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda disebut permeabel. Samudra merupakan contoh dari sistem terbuka.

Dalam kenyataan, sebuah sistem tidak dapat terisolasi sepenuhnya dari lingkungan, karena pasti ada terjadi sedikit pencampuran, meskipun hanya penerimaan sedikit penarikan gravitasi. Dalam analisis sistem terisolasi, energi yang masuk ke sistem sama dengan energi yang keluar dari sistem.

[sunting] Keadaan termodinamika

Ketika sistem dalam keadaan seimbang dalam kondisi yang ditentukan, ini disebut dalam keadaan pasti (atau keadaan sistem).

Untuk keadaan termodinamika tertentu, banyak sifat dari sistem dispesifikasikan. Properti yang tidak tergantung dengan jalur di mana sistem itu membentuk keadaan tersebut, disebut fungsi keadaan dari sistem. Bagian selanjutnya dalam seksi ini hanya mempertimbangkan properti, yang merupakan fungsi keadaan.

Jumlah properti minimal yang harus dispesifikasikan untuk menjelaskan keadaan dari sistem tertentu ditentukan oleh Hukum fase Gibbs. Biasanya seseorang berhadapan dengan properti sistem yang lebih besar, dari jumlah minimal tersebut.

Pengembangan hubungan antara properti dari keadaan yang berlainan dimungkinkan. Persamaan keadaan adalah contoh dari hubungan tersebut.

[sunting] Hukum-hukum Dasar Termodinamika

Terdapat empat Hukum Dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika, yaitu:

Hukum Awal (Zeroth Law) Termodinamika

Hukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya.

Hukum Pertama Termodinamika

Hukum ini terkait dengan kekekalan energi. Hukum ini menyatakan perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem.

Hukum kedua Termodinamika

Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya.

Hukum ketiga Termodinamika

Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.

Hukum pertama termodinamika Wednesday May 6,2009 07:21 PM By san In Termodinamika

Pengantar

Pernah memanaskan air ? Kalau kita panaskan air menggunakan wadah seperti panci, misalnya, biasanya setelah air mendidih, tutup panci bisa bergerak sendiri. Tutup

panci bisa bergerak karena ditendang oleh uap yang lagi kepanasan dalam panci… Ingin bebas, katanya. Sudah bosan hidup di penjara… Ada lagi contoh yang mirip. Dirimu pernah ngemil popcorn ? Mudah2an sudah… Kalau belum, minta saja di toko terdekat. Ssttt… jangan lupa bawa uang receh secukupnya, biar dirimu tidak diomelin. Btw, tahu cara membuat popcorn ? Biasanya popcorn dimasukkan ke dalam wadah lalu dipanaskan. Setelah kepanasan, biji popcorn berdisco ria dengan teman-temannya dan mendorong penutup wadah. Aneh ya, cuma dipanasi dengan nyala api, biji popcorn dalam wadah meletup dan loncat-loncat sendiri. Saking senangnya,

penutup wadah jadi korban kenakalan mereka mengapa bisa terjadi seperti itu ?

Proses Termodinamika

Dalam postingan sebelumnya, gurumuda sudah menjelaskan secara panjang pendek mengenai Kalor (Q), Kerja (W), Sistem dan Lingkungan. Sebaiknya pelajari terlebih

dahulu materi sebelumnya, biar dirimu nyambung dengan penjelasan gurumuda dalam pembahasan ini…

Kalor (Q) merupakan energi yang berpindah dari satu benda ke benda yang lain akibat adanya perbedaan suhu. Berkaitan dengan sistem dan lingkungan, bisa dikatakan bahwa kalor merupakan energi yang berpindah dari sistem ke lingkungan atau energi yang berpindah dari lingkungan ke sistem akibat adanya perbedaan suhu. Jika suhu sistem lebih tinggi dari suhu lingkungan, maka kalor akan mengalir dari sistem menuju lingkungan. Sebaliknya, jika suhu lingkungan lebih tinggi dari suhu sistem, maka kalor akan mengalir dari lingkungan menuju sistem.

Jika Kalor (Q) berkaitan dengan perpindahan energi akibat adanya perbedaan suhu, maka Kerja (W) berkaitan dengan perpindahan energi yang terjadi melalui cara-cara mekanis (mekanis tuh berkaitan dengan gerak)… Misalnya jika sistem melakukan kerja terhadap lingkungan, maka energi dengan sendirinya akan berpindah dari sistem menuju lingkungan. Sebaliknya jika lingkungan melakukan kerja terhadap sistem, maka energi akan berpindah dari lingkungan menuju sistem.

Salah satu contoh sederhana berkaitan dengan perpindahan energi antara sistem dan lingkungan yang melibatkan Kalor dan Kerja adalah proses pembuatan popcorn.

Dirimu ngerti popcorn tidak ? biji jagung yang ada bunganya Gurumuda kurang ngerti proses pembuatan popcorn secara mendetail. Btw, garis besarnya seperti ini… Biasanya popcorn dimasukkan ke dalam wadah tertutup (panci atau alat masak lainnya). Selanjutnya, wadah tertutup tersebut dipanasi dengan nyala api kompor. Adanya tambahan kalor dari nyala api membuat biji popcorn dalam panci kepanasan dan meletup. Ketika meletup, biasanya biji popcorn berjingkrak-jingkrak dalam panci dan mendorong penutup panci. Gaya dorong biji popcorn cukup besar sehingga kadang tutup panci bisa berguling ria… Untuk kasus ini, kita bisa menganggap popcorn sebagai sistem, panci sebagai pembatas dan udara luar, nyala api dkk sebagai lingkungan. Karena terdapat perbedaan suhu, maka kalor mengalir dari lingkungan (nyala api) menuju sistem (biji popcorn). Adanya tambahan kalor menyebabkan sistem (biji popcorn) memuai dan meletup sehingga mendorong penutup panci (si biji popcorn tadi melakukan kerja terhadap lingkungan). Dalam proses ini, keadaan popcorn berubah. Keadaan popcorn berubah karena suhu, tekanan dan volume popcorn berubah saat memuai dan meletup… meletupnya popcorn hanya merupakan salah satu contoh perubahan keadaan sistem akibat adanya perpindahan energi antara sistem dan lingkungan. Masih sangat banyak contoh lain, sebagiannya sudah gurumuda ulas pada bagian pengantar… Perubahan keadaan sistem akibat adanya perpindahan energi antara sistem dan lingkungan yang melibatkan Kalor dan Kerja, disebut sebagai proses termodinamika.

Energi dalam dan Hukum Pertama Termodinamika

Pada postingan sebelumnya, gurumuda sudah menjelaskan secara singkat mengenai energi dalam (U). Energi dalam sistem merupakan jumlah seluruh energi kinetik molekul sistem, ditambah jumlah seluruh energi potensial yang timbul akibat adanya interaksi antara molekul sistem. Kita berharap bahwa jika kalor mengalir dari

lingkungan menuju sistem (sistem menerima energi), energi dalam sistem akan bertambah… Sebaliknya, jika sistem melakukan kerja terhadap lingkungan (sistem melepaskan energi), energi dalam sistem akan berkurang…

Dengan demikian, dari kekekalan energi, kita bisa menyimpulkan bahwa perubahan energi dalam sistem = Kalor yang ditambahkan pada sistem (sistem menerima energi) – Kerja yang dilakukan oleh sistem (sistem melepaskan energi). Secara matematis, bisa ditulis seperti ini :

Keterangan :

delta U = Perubahan energi dalam

Q = Kalor

W = Kerja

Persamaan ini berlaku untuk sistem tertutup (Sistem tertutup merupakan sistem yang hanya memungkinkan pertukaran energi antara sistem dengan lingkungan). Untuk sistem tertutup yang terisolasi, tidak ada energi yang masuk atau keluar dari sistem, karenanya, perubahan energi dalam = 0. Persamaan ini juga berlaku untuk sistem terbuka jika kita memperhitungkan perubahan energi dalam sistem akibat adanya penambahan dan pengurangan jumlah zat (Sistem terbuka merupakan sistem yang memungkinkan terjadinya pertukaran materi dan energi antara sistem tersebut dengan lingkungan). Mengenai sistem terbuka dan tertutup telah gurumuda jelaskan pada postingan sebelumnya…

Hukum pertama termodinamika merupakan pernyataan Hukum Kekekalan Energi dan ketepatannya telah dibuktikan melalui banyak percobaan (seperti percobaan om Jimi Joule). Perlu diketahui bahwa hukum ini dirumuskan pada abad kesembilan belas, setelah kalor dipahami sebagai energi yang berpindah akibat adanya perbedaan suhu.

Energi dalam merupakan besaran yang menyatakan keadaan mikroskopis sistem. Besaran yang menyatakan keadaan mikroskopis sistem (energi dalam) tidak bisa diketahui secara langsung. Yang kita analisis dalam persamaan Hukum Pertama Termodinamika hanya perubahan energi dalam saja. Perubahan energi dalam bisa diketahui akibat adanya energi yang ditambahkan pada sistem dan energi yang dilepaskan sistem dalam bentuk kalor dan kerja. Jika besaran yang menyatakan keadaan mikroskopis sistem (energi dalam) tidak bisa diketahui secara langsung, maka besaran yang menyatakan keadaan makroskopis bisa diketahui secara langsung.

Besaran yang menyatakan keadaan makroskopis adalah suhu (T), tekanan (p), volume (V) dan massa (m) atau jumlah mol (n). Ingat ya, Kalor dan Kerja hanya terlibat dalam proses perpindahan energi antara sistem dan lingkungan. Kalor dan Kerja bukan merupakan besaran yang menyatakan keadaan sistem.

Aturan tanda untuk Kalor (Q) dan Kerja (W)

Aturan tanda untuk Kalor dan Kerja disesuaikan dengan persamaan Hukum Pertama Termodinamika. Kalor (Q) dalam persamaan di atas merupakan kalor yang ditambahkan pada sistem (Q positif), sedangkan Kerja (W) pada persamaan di atas merupakan kerja yang dilakukan oleh sistem (W positif). Karenanya, jika kalor meninggalkan sistem, maka Q bernilai negatif. Sebaliknya, jika kerja dilakukan pada sistem, maka W bernilai negatif. Pahami perlahan-lahan….

Contoh soal 1 :

Jika kalor sebanyak 2000 Joule ditambahkan pada sistem, sedangkan sistem melakukan kerja 1000 Joule, berapakah perubahan energi dalam sistem ?

Panduan jawaban :

Sistem mendapat tambahan kalor (sistem menerima energi) sebanyak 2000 Joule. Sistem juga melakukan kerja (sistem melepaskan energi) 1000 Joule. Dengan demikian, perubahan energi sistem = 1000 Joule.

Contoh soal 2 :

Jika kalor sebanyak 2000 Joule meninggalkan sistem dan sistem melakukan kerja 1000 Joule, berapakah perubahan energi dalam sistem ?

Panduan jawaban :

Ingat ya, jika kalor meninggalkan sistem, berarti Q bernilai negatif

Kalor meninggalkan sistem (sistem melepaskan energi) sebanyak 2000 Joule. Sistem juga melakukan kerja (sistem melepaskan energi) sebesar 1000 Joule. Dengan demikian, energi dalam sistem berkurang sebanyak 3000 J.

Contoh soal 3 :

Jika kalor sebanyak 2000 Joule ditambahkan pada sistem dan kerja 1000 Joule dilakukan pada sistem, berapakah perubahan energi dalam sistem ?

Panduan jawaban :

Ingat ya, jika kerja dilakukan pada sistem, berarti W bernilai negatif

Sistem mendapat tambahan kalor (sistem menerima energi) sebanyak 2000 Joule dan kerja dilakukan pada sistem (sistem menerima energi) 1000 Joule. Dengan demikian, energi dalam sistem bertambah sebanyak = 3000 Joule.

Pahami perlahan-lahan ya. Jangan pake hafal, nanti dirimu cepat lupa…

Catatan :

Pertama, kebanyakan sistem yang kita analisis secara teoritis dalam pokok bahasan ini adalah gas. Kita menggunakan gas, karena keadaan makroskopis gas (suhu, tekanan dan volume) lebih mudah diketahui. Dalam menganalisis gas, kita tetap menganggap gas sebagai gas ideal. Tujuannya hanya untuk mempermudah analisis saja. Kita tidak menggunakan gas riil karena pada tekanan yang cukup besar, biasanya gas riil berperilaku menyimpang. Karenanya analisis kita menjadi lebih sulit…

Kedua, jika sistem yang kita analisis adalah gas ideal, maka energi dalam bisa dihitung menggunakan persamaan yang menyatakan hubungan antara energi dalam gas ideal dengan suhu gas ideal : U = 3/2 nRT (persamaan energi dalam gas ideal monoatomik). Persamaan ini kita turunkan dari teori kinetik. Penurunannya telah dibahas dalam materi Teori Kinetik Gas.

Sebaiknya pahami terlebih dahulu konsep-konsep dasar yang telah dijelaskan dalam

Teori Kinetik Gas, biar dirimu tidak kebingungan Download saja ebooknya.

Kerja yang dilakukan sistem selama perubahan volume

Sebelum melangkah lebih jauh, terlebih dahulu kita tinjau kerja yang dilakukan sistem terhadap lingkungan. Untuk menghitung besarnya kerja (W) yang dilakukan sistem, kita tinjau gas ideal yang berada dalam sebuah wadah yang ditutup dengan sebuah penghisap/piston. Penghisap bisa digerakkan naik dan turun. Gambar ini disederhanakan menjad dua dimensi. Anggap saja gambar ini tiga dimensi. Volume = panjang x lebar x tinggi…

Gas ideal diwakili oleh titik-titik yang terletak di dalam wadah. Alas wadah bersentuhan dengan sebuah benda yang memiliki suhu yang lebih tinggi (mirip seperti air dalam panci yang dipanaskan di atas nyala api). Benda bersuhu tinggi tidak

disertakan dalam gambar , bayangkan saja dalam pikiran ya Gas ideal dalam wadah merupakan sistem, sedangkan benda-benda lainnya yang berada di luar wadah, termasuk benda bersuhu tinggi yang bersentuhan dengan alas wadah, merupakan lingkungan. Karena suhu lingkungan lebih tinggi dari suhu sistem, maka kalor dengan sendirinya mengalir dari lingkungan menuju sistem. Adanya sumbangan energi dari

lingkungan menyebabkan energi dalam sistem (gas ideal) bertambah. Energi dalam gas ideal berbanding lurus dengan suhu (U = 3/2 nRT), karenanya ketika energi dalam gas ideal bertambah, suhu gas ideal juga meningkat. Peningkatan suhu gas ideal menyebabkan gas ideal memuai dan mendorong piston sejauh s. Ketika mendorong piston sejauh s, sistem (gas ideal) melakukan kerja terhadap lingkungan (udara luar).

Pada mulanya tekanan sistem besar (P1) dan volume sistem kecil (V1). Tekanan berbanding terbalik dengan volume (ingat lagi materi teori kinetik gas). Setelah kalor mengalir dari lingkungan menuju sistem dan sistem melakukan kerja terhadap lingkungan, volume sistem bertambah (V2) dan tekanan sistem berkurang (P2).

Besarnya kerja yang dilakukan sistem pada proses di atas adalah :

Kerja (W) = Gaya dorong (F) x perpindahan (s). Karena gaya dorong (F) = tekanan (P) x luas permukaan (A) piston, maka persamaan Kerja bisa ditulis menjadi :

W = Fs —– F = PA

W = PAs —– As = V

W = PV

Perlu diketahui bahwa kerja yang dilakukan sistem terjadi selama perubahan volume. Karenanya, kerja total yang dilakukan sistem bisa diperoleh dengan mengalikan perubahan tekanan dan perubahan volume. Secara matematis ditulis seperti ini :

W = (tekanan akhir – tekanan awal)(volume akhir – volume awal)

W = (P2-P1)(V2-V1)

Catatan :

Pertama, perubahan volume sistem (gas ideal) pada proses di atas bisa diketahui dengan mudah. Volume awal dan volume akhir sistem bisa diketahui dengan menghitung volume wadah. Dengan demikian, untuk menghitung besarnya kerja (W) yang dilakukan oleh sistem, kita perlu mengetahui bagaimana perubahan tekanan selama berlangsungnya proses.

Apabila tekanan (p) sistem berubah secara tidak teratur seiring terjadinya perubahan volume (V), maka besarnya kerja yang dilakukan sistem bisa dihitung menggunakan kalkulus. Kalau dirimu belum terbiasa dengan kalkulus, ada alternatif lain yang bisa digunakan. Terlebih dahulu kita gambarkan grafik yang menyatakan hubungan antara tekanan dan volume. Besarnya kerja yang dilakukan oleh sistem = luasan yang diarsir di bawah kurva p-V.

Grafik tekanan vs volume untuk perubahan tekanan yang terjadi secara tidak teratur

Mula-mula tekanan sistem = p1 (tekanan besar) dan volume sistem = V1 (volume kecil). Setelah sistem melakukan kerja terhadap lingkungan, tekanan sistem berubah menjadi p2 (tekanan kecil) dan volume sistem berubah menjadi V2 (volume besar). Besarnya kerja (W) yang dilakukan sistem = luasan yang diarsir. Bentuk kurva melengkung karena tekanan sistem (gas ideal) berubah secara tidak teratur selama proses.

Apabila tekanan (p) sistem tidak berubah alias selalu konstan seiring terjadinya perubahan volume (V), maka besarnya kerja yang dilakukan sistem bisa dihitung dengan mudah. Besarnya kerja yang dilakukan sistem bisa dihitung menggunakan persamaan atau bisa diketahui melalui luasan yang diarsir di bawah kurva P-V. Untuk kasus ini, persamaan kerja di atas bisa dimodifikasi seperti ini :

W = (P2-P1)(V2-V1)

Karena tekanan (p) selalu konstan, maka P2 = P1 = P

W = P(V2-V1)

Grafik tekanan vs volume untuk proses di mana tekanan selalu konstan alias tidak berubah :

Mula-mula volume sistem = V1 (volume kecil). Setelah sistem melakukan kerja terhadap lingkungan, volume sistem berubah menjadi V2 (volume besar). Tekanan sistem selalu konstan alias tidak berubah. Besarnya kerja (W) yang dilakukan sistem = luasan yang diarsir.

Kedua, sistem melakukan kerja terhadap lingkungan apabila volume sistem bertambah. Demikian juga sebaliknya, lingkungan melakukan kerja terhadap sistem apabila volume sistem berkurang. Jika volume sistem tidak berubah selama proses maka sistem tidak bisa melakukan kerja terhadap lingkungan dan lingkungan juga tidak bisa melakukan kerja terhadap sistem. Dalam hal ini, kerja (W) = 0.

Penerapan Hukum Pertama Termodinamika

pada beberapa proses Termodinamika

Sebelumnya kita sudah membahas Hukum Pertama Termodinamika dan menganalisis usaha yang dilakukan oleh sistem. Kali ini kita mencoba meninjau beberapa penerapan Hukum Pertama Termodinamika dalam empat proses termodinamika. Keempat proses termodinamika yang dimaksud adalah proses isotermal, isokorik, isobarik dan adiabatik. Istilah aneh ini berasal dari bahasa yunani. Isotermal = suhu yang sama atau suhu selalu konstan, isokorik = volume yang sama atau volume selalu konstan, isobarik = tekanan yang sama atau tekanan selalu konstan. Jangan pake

hafal…

Proses Isotermal (suhu selalu konstan)

Terlebih dahulu kita tinjau penerapan hukum pertama termodinamika pada proses isotermal. Dalam proses Isotermal, suhu sistem dijaga agar selalu konstan… Sistem yang kita analisis secara teoritis adalah gas ideal. Suhu gas ideal berbanding lurus dengan energi dalam gas ideal (U = 3/2 nRT). Karena T tidak berubah maka U juga tidak berubah. Dengan demikian, jika diterapkan pada proses isotermal, persamaan Hukum pertama termodinamika akan berubah bentuk seperti ini :

Dari hasil ini, kita bisa menyimpulkan bahwa pada proses isotermal (suhu konstan), kalor (Q) yang ditambahkan pada sistem digunakan sistem untuk melakukan kerja (W).

Perubahan tekanan dan volume sistem pada proses isotermal digambarkan melalui grafik di bawah :

Mula-mula volume sistem = V1 (volume kecil) dan tekanan sistem = P1 (tekanan besar). Agar suhu sistem selalu konstan maka setelah kalor ditambahkan pada sistem, sistem memuai dan melakukan kerja terhadap lingkungan. Setelah sistem melakukan kerja terhadap lingkungan, volume sistem berubah menjadi V2 (volume sistem bertambah) dan tekanan sistem berubah menjadi P2 (tekanan sistem berkurang). Bentuk grafik melengkung karena tekanan sistem tidak berubah secara teratur selama proses. Besarnya kerja yang dilakukan sistem = luasan yang diarsir.

Proses Adiabatik

Dalam proses adiabatik, tidak ada kalor yang ditambahkan pada sistem atau meninggalkan sistem (Q = 0). Proses adiabatik bisa terjadi pada sistem tertutup yang

terisolasi dengan baik. Untuk sistem tertutup yang terisolasi dengan baik, biasanya tidak ada kalor yang dengan seenaknya mengalir ke dalam sistem atau meninggalkan sistem. Proses adiabatik juga bisa terjadi pada sistem tertutup yang tidak terisolasi. Untuk kasus ini, proses harus dilakukan dengan sangat cepat sehingga kalor tidak sempat mengalir menuju sistem atau meninggalkan sistem.

Jika diterapkan pada proses adiabatik, persamaan Hukum pertama termodinamika akan berubah bentuk seperti ini :

Apabila sistem ditekan dengan cepat (kerja dilakukan terhadap sistem), maka kerja bernilai negatif. Karena W negatif, maka U bernilai positif (energi dalam sistem bertambah). Sebaliknya jika sistem berekspansi atau memuai dengan cepat (sistem melakukan kerja), maka W bernilai positif. Karena W positif, maka U bernilai negatif (energi dalam sistem berkurang).

Energi dalam sistem (gas ideal) berbanding lurus dengan suhu (U = 3/2 nRT), karenanya jika energi dalam sistem bertambah maka sistem juga bertambah. Sebaliknya, jika energi dalam sistem berkurang maka suhu sistem berkurang.

Perubahan tekanan dan volume sistem pada proses adiabatik digambarkan melalui grafik di bawah :

Kurva adiabatik pada grafik ini (kurva 1-2) lebih curam daripada kurva isotermal (kurva 1-3). Perbedaan kecuraman ini menunjukkan bahwa untuk kenaikan volume yang sama, tekanan sistem berkurang lebih banyak pada proses adiabatik dibandingkan dengan proses isotermal. Tekanan sistem berkurang lebih banyak pada proses adiabatik karena ketika terjadi pemuaian adiabatik, suhu sistem juga berkurang. Suhu berbanding lurus dengan tekanan, karenanya apabila suhu sistem berkurang, maka tekanan sistem juga berkurang.

Sebaliknya pada proses isotermal, suhu sistem selalu konstan. Dengan demikian pada proses isotermal suhu tidak ikut mempengaruhi penurunan tekanan.

Salah satu contoh proses yang mendekati adiabatik terjadi pada mesin pembakaran dalam, misalnya mesin diesel dan mesin motor yang pakai bensin. Pada mesin diesel, udara dimasukan ke dalam silinder dan udara yang berada di dalam silinder ditekan dengan cepat menggunakan piston (kerja dilakukan pada udara). Proses penekanan adiabatik (pengurangan volume sistem) digambarkan melalui kurva 2-1. Karena ditekan dengan cepat secara adiabatik maka suhu udara naik dengan cepat. Pada saat yang sama, solar disemprotkan ke dalam silinder lewat injektor dan campuran terpicu seketika (terjadi proses pembakaran)… Pada mesin motor yang pakai bensin, campuran udara dan bensin dimasukkan ke dalam silinder kemudian ditekan dengan cepat menggunakan piston. Karena ditekan dengan cepat secara adiabatik maka suhunya naik dengan cepat. Pada saat yang sama, busi memercikan bunga api sehingga terjadi proses pembakaran. Selengkapnya akan dibahas pada episode berikutnya…

Proses Isokorik (volume selalu konstan)

Dalam proses Isokorik, volume sistem dijaga agar selalu konstan. Karena volume sistem selalu konstan, maka sistem tidak bisa melakukan kerja pada lingkungan. Demikian juga sebaliknya, lingkungan tidak bisa melakukan kerja pada sistem.

Jika diterapkan pada proses isokorik, persamaan Hukum pertama termodinamika akan berubah bentuk seperti ini :

Dari hasil ini, kita bisa menyimpulkan bahwa pada proses isokorik (volume konstan), kalor (Q) yang ditambahkan pada sistem digunakan untuk menaikkan energi dalam sistem.

Perubahan tekanan dan volume sistem pada proses isokorik digambarkan melalui grafik di bawah :

Mula-mula tekanan sistem = p1 (tekanan kecil). Adanya tambahan kalor pada sistem menyebabkan energi dalam sistem bertambah. Karena energi dalam sistem bertambah maka suhu sistem (gas ideal) meningkat (U = 3/2 nRT). Suhu berbanding lurus dengan tekanan. Karenanya, jika suhu sistem meningkat, maka tekanan sistem bertambah (p2). Karena volume sistem selalu konstan maka tidak ada kerja yang dilakukan (tidak ada luasan yang diarsir).

Catatan :

Sebelumnya dikatakan bahwa dalam proses isokorik, sistem tidak bisa melakukan kerja terhadap lingkungan. Demikian juga sebaliknya, lingkungan tidak bisa melakukan kerja terhadap sistem. Hal ini disebabkan karena pada proses isokorik, volume sistem selalu konstan alias tidak berubah. Btw, terdapat jenis kerja tertentu yang tidak melibatkan perubahan volume. Jadi walaupun volume sistem konstan alias tidak berubah, kerja masih bisa dilakukan terhadap sistem. Misalnya terdapat sebuah kipas + baterai dalam sebuah wadah tertutup. Kipas bisa berputar menggunakan energi yang disumbangkan baterai. Untuk kasus ini, kipas, baterai dan udara yang berada di dalam wadah dianggap sebagai sistem. Ketika kipas berputar, kipas melakukan kerja terhadap udara yang ada dalam wadah. Pada saat yang sama, energi kinetik kipas berubah menjadi energi dalam udara. Energi listrik pada baterai tentu saja berkurang karena sudah berubah bentuk menjadi energi dalam udara. Contoh ini hanya mau menunjukkan bahwa pada proses isokorik (volume selalu konstan), kerja masih bisa dilakukan terhadap sistem (kerja yang tidak melibatkan perubahan volume).

Proses Isobarik (tekanan selalu konstan)

Dalam proses Isobarik, tekanan sistem dijaga agar selalu konstan. Karena yang konstan adalah tekanan, maka perubahan energi dalam (delta U), kalor (Q) dan kerja

(W) pada proses isobarik tidak ada yang bernilai nol. Dengan demikian, persamaan hukum pertama termodinamika tetap utuh seperti semula :

Perubahan tekanan dan volume gas pada proses isobarik digambarkan melalui grafik di bawah :

Mula-mula volume sistem = V1 (volume kecil). Karena tekanan dijaga agar selalu konstan maka setelah kalor ditambahkan pada sistem, sistem memuai dan melakukan kerja terhadap lingkungan. Setelah melakukan kerja terhadap lingkungan, volume sistem berubah menjadi V2 (volume sistem bertambah). Besarnya kerja (W) yang dilakukan sistem = luasan yang diarsir.

Contoh soal 1 :

Kurva 1-2 pada dua diagram di bawah menunjukkan pemuaian gas (pertambahan volume gas) yang terjadi secara adiabatik dan isotermal. Pada proses manakah kerja yang dilakukan oleh gas lebih kecil ?

Guampang sekali kali

Kerja yang dilakukan gas pada proses adiabatik lebih kecil daripada kerja yang

dilakukan gas pada proses isotermal. Luasan yang diarsir = kerja yang dilakukan gas selama proses pemuaian (pertambahan volume gas). Luasan yang diarsir pada proses adiabatik lebih sedikit dibandingkan dengan luasan yang diarsir pada proses isotermal.

Contoh soal 2 :

Serangkaian proses termodinamika ditunjukkan pada diagram di bawah… kurva a-b dan d-c = proses isokorik (volume konstan). Kurva b-c dan a-d = proses isobarik (tekanan konstan). Pada proses a-b, Kalor (Q) sebanyak 600 Joule ditambahkan ke sistem. Pada proses b-c, Kalor (Q) sebanyak 800 Joule ditambahkan ke sistem. Tentukan :

a) Perubahan energi dalam pada proses a-b

b) Perubahan energi dalam pada proses a-b-c

c) Kalor total yang ditambahkan pada proses a-d-c

P1 = 2 x 105 Pa = 2 x 105 N/m2

P2 = 4 x 105 Pa = 4 x 105 N/m2

V1 = 2 liter = 2 dm3 = 2 x 10-3 m3

V2 = 4 liter = 2 dm3 = 4 x 10-3 m3

Panduan jawaban :

Sambil lihat diagram ya…

a) Perubahan energi dalam pada proses a-b

Pada proses a-b, kalor sebanyak 600 J ditambahkan ke sistem. Proses a-b = proses isokorik (volume konstan). Pada proses isokorik, penambahan kalor pada sistem hanya menaikkan energi dalam sistem. Dengan demikian, perubahan energi dalam sistem setelah menerima sumbangan kalor :

b) Perubahan energi dalam pada proses a-b-c

Proses a-b = proses isokorik (volume konstan). Pada proses a-b, kalor sebanyak 600 J ditambahkan ke sistem. Karena volume konstan maka tidak ada kerja yang dilakukan oleh sistem.

Proses b-c = proses isobarik (tekanan konstan). Pada proses b-c, kalor (Q) sebanyak 800 Joule ditambahkan ke sistem. Pada proses isobarik, sistem bisa melakukan kerja. Besarnya kerja yang dilakukan sistem pada proses b-c (proses isobarik) adalah :

W = P(V2-V1) — tekanan konstan

W = P2 (V2-V1)

W = 4 x 105 N/m2 (4 x 10-3 m3 - 2 x 10-3 m3)

W = 4 x 105 N/m2 (2 x 10-3 m3)

W = 8 x 102 Joule

W = 800 Joule

Kalor total yang ditambahkan ke sistem pada proses a-b-c adalah :

Q total = Qab + Qbc

Q total = 600 J + 800 J

Q total = 1400 Joule

Kerja total yang dilakukan oleh sistem pada proses a-b-c adalah :

W total = Wab + Wbc

W total = 0 + Wbc

W total = 0 + 800 Joule

W total = 800 Joule

Perubahan energi dalam sistem pada proses a-b-c adalah :

Perubahan energi dalam pada proses a-b-c = 600 J

c) Kalor total yang ditambahkan pada proses a-d-c

Kalor total yang ditambahkan pada sistem bisa diketahui melalui persamaan di bawah :

Kalor total yang ditambahkan pada proses a-d-c = perubahan energi dalam pada proses a-d-c + kerja total yang dilakukan pada proses a-d-c

Sebelum melanjutkan acara pengoprekan, baca terlebih dahulu pesan-pesan berikut ini

Kalor dan kerja terlibat dalam perpindahan energi antara sistem dengan lingkungan,

sedangkan perubahan energi dalam merupakan korban dari adanya perpindahan energi antara sistem dan lingkungan. Karenanya perubahan energi dalam tidak

bergantung pada proses perpindahan energi. Sebaliknya, kalor dan kerja sangat bergantung pada proses. Pada proses isokorik (volume sistem konstan), perpindahan energi hanya dalam bentuk kalor saja, sedangkan kerja tidak. Pada proses isobarik (tekanan konstan), perpindahan energi melibatkan kalor dan kerja…

Walaupun tidak bergantung pada proses, perubahan energi dalam bergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir sistem. Apabila keadaan awal dan keadaan akhir sama maka perubahan energi dalam juga selalu sama, walaupun proses yang ditempuh berbeda-beda. Keadaan awal dan keadaan akhir untuk proses a-b-c pada grafik di atas = keadaan awal dan keadaan akhir proses a-d-c. Sambil lihat grafik ya… Dengan demikian, perubahan energi dalam pada proses a-d-c = 600 J

Perubahan energi dalam sudah beres. Sekarang giliran kerja yang dilakukan sistem…

Kerja (W) total yang dilakukan pada proses a-d-c = W pada proses a-d + W pada proses d-c

Proses a-d merupakan proses isobarik (tekanan konstan), sedangkan proses d-c merupakan proses isokorik (volume konstan). Karena volume konstan maka tidak ada kerja yang dilakukan pada proses d-c. Terlebih dahulu kita hitung kerja yang dilakukan pada proses a-d. Sambil lihat grafik ya, biar dirimu tidak pake bingung….

Wad = P(V2-V1) — tekanan konstan

Wad = P1 (V2-V1)

Wad = 2 x 105 N/m2 (4 x 10-3 m3 - 2 x 10-3 m3)

Wad = 2 x 105 N/m2 (2 x 10-3 m3)

Wad = 4 x 102 Joule

Wad = 400 Joule

W total = W pada proses a-d + W pada proses d-c

W total = 400 Joule + 0

W total = 400 Joule

Dengan demikian, banyaknya kalor yang ditambahkan pada proses a-d-c adalah :

Contoh soal 3 :

1 liter air berubah menjadi 1671 liter uap ketika dididihkan pada tekanan 1 atm. Tentukan perubahan energi dalam dan besarnya kerja yang dilakukan air ketika menguap… (Kalor penguapan air = LV = 22,6 x 105 J/Kg)

Panduan jawaban :

Massa jenis air = 1000 Kg/m3

LV = 22,6 x 105 J/Kg

P = 1 atm = 1,013 x 105 Pa = 1,013 x 105 N/m2

V1 = 1 liter = 1 dm3 = 1 x 10-3 m3 (Volume air)

V2 = 1671 liter = 1671 dm3 = 1671 x 10-3 m3 (Volume uap)

a) Perubahan energi dalam

Perubahan energi dalam = Kalor yang ditambahkan pada air – Kerja yang dilakukan air ketika menguap.

Terlebih dahulu kita hitung Kalor (Q) yang ditambahkan pada air…

Q = mLV

Massa (m) air berapa ?

Massa jenis air = massa air / volume air

Massa air (m) = (massa jenis air)(volume air)

Massa air (m) = (1000 Kg/m3)(1 x 10-3 m3)

Massa air (m) = (1000 Kg/m3)(0,001 m3)

Massa air (m) = 1 Kg

Q = (1 Kg)(22,6 x 105 J/Kg)

Q = 22,6 x 105 J

Sekarang kita hitung Kerja (W) yang dilakukan oleh air ketika menguap. Ingat ya, pendidihan air terjadi pada tekanan tetap (proses isobarik).

W = p (V2 – V1)

W = 1,013 x 105 N/m2 (1671 x 10-3 m3 – 1 x 10-3 m3)

W = 1,013 x 105 N/m2 (1670 x 10-3 m3)

W = 1691,71 x 102 Joule

W = 1,7 x 105 Joule

Perubahan energi dalam air :

21 x 105 J kalor yang ditambahkan pada air digunakan untuk menaikkan energi dalam (mengatasi gaya tarik antara molekul yang menjaga agar air tetap cair). Dengan kata lain, 21 x 105 J digunakan untuk mengubah air menjadi uap. Ketika air suah menjadi uap, 1,7 x 105 J yang tersisa dipakai untuk melakukan kerja…

Hukum Pertama Termodinamika pada manusia

Kita bisa menerapkan hukum pertama termodinamika pada manusia :

Agar bisa bertahan hidup, setiap makhluk hidup, baik manusia, hewan atau tumbuhan

tentu saja membutuhkan energi. Kita tidak bisa belajar, jalan-jalan atau pacaran kalau tubuh kita lemas tak berdaya karena kekurangan energi. Biasanya tubuh memperoleh energi dari makanan. Ketika menyantap makanan, kita membawa energi potensial kimia yang terkandung dalam makanan ke dalam tubuh. Adanya tambahan energi dari makanan menyebabkan energi potensial kimia dalam tubuh kita bertambah (delta U bertambah)…

Selanjutnya energi tersebut dipakai untuk melakukan Kerja (W). Banyak sekali

bentuk kerja yang kita lakukan… Pacaran, jalan-jalan, berlari mengejar tikus dkk…. Energi yang kita peroleh dari makanan juga digunakan tubuh untuk menghasilkan sel-sel yang baru, menggantikan sel-sel lama yang rusak… Adanya sel-

sel yang baru membuat dirimu bisa bertambah panjang , gendut…. Piss…

Selain dipakai untuk melakukan kerja, sebagian energi dibuang ke luar tubuh (udara dan sekitarnya) dalam bentuk kalor alias panas. Setiap proses metabolisme dalam tubuh biasanya menghasilkan kalor atau panas. Demikian juga ketika dirimu dan diriku melakukan kerja, tubuh pun terasa panas… Panas alias kalor tersebut dibuang melalui keringat (melalui poses penguapan) dkk…

Setelah melakukan kerja dan membuang-buang kalor ke luar tubuh, dirimu dan diriku pun merasa lapar lagi. Ketika merasa lapar, tubuh memberi tahu kita bahwa stok energi dalam berkurang. Segera ditambahkan secepatnya… Makanan dan minuman pun langsung disikat… energi dalam tubuh bertambah lagi. Pacaran pun jalan terus,

belajarnya nanti saja, biar dapat nilai merah terus

Sekian dan sampai jumpa lagi di episode berikutnya… cerita bersambungnya gak

pernah habis-habis

Hukum I TermodinamikaFisika Kelas 1 > Teori Kinetik Zat

285

< Sebelum Sesudah >

1. Hukum ini diterapkan pada gas, khususnya gas ideal

PV = n R TP .V + -V .P = n R T

2. Energi adalah kekal, jika diperhitungkan semua bentuk energi yang timbul.3. Usaha tidak diperoleh jika tidak diberi energi dari luar.4. Dalam suatu sistem berlaku persamaan termodinamika I:

Q = U+ W

Q = kalor yang diserap

U = perubanan energi dalamW = usaha (kerja) luar yang dilakukan

DARI PERSAMAAN TERMODINAMIKA I DAPAT DIJABARKAN:

1. Pada proses isobarik (tekanan tetap) P = 0; sehingga,

W = P . V = P (V2 - V1) P. V = n .R T

Q = n . Cp .T maka Cp = 5/2 R (kalor jenis pada tekanan tetap)

U-= 3/2 n . R . T 2.3. Pada proses isokhorik (Volume tetap) V =O; sehingga,

W = 0 Q = UQ = n . Cv .T

maka Cv = 3/2 R (kalor jenis pada volume tetap)AU = 3/2 n . R .T

4.5. Pada proses isotermik (temperatur tetap): T = 0 ;sehingga,

U = 0 Q = W = nRT ln (V2/V1)6. Pada proses adiabatik (tidak ada pertukaran kalor antara sistem

dengan sekelilingnya) Q = 0 Berlaku hubungan::

PV=konstan = Cp/Cv ,disebut konstanta Laplace

7. Cara lain untuk menghitung usaha adalah menghitung luas daerah di bawah garis proses.

Gbr. Isobarik Gbr. Isotermik Gbr. Adiabatik

8.Usaha pada proses a b adalah luas abb*a*a

Perhatikan perbedaan grafik isotermik dan adiabatik penurunan adiabatik lebih curam dan mengikuti persamaan PV= C.

Jadi:1. jika P > V, maka grafik adiabatik.2. jika P = V, maka grafik isotermik.

Catatan:

1. Jika sistem menerima panas, maka sistem akan melakukan kerja dan energi akan naik. Sehingga Q, W (+).

2. Jika sistem menerima kerja, maka sistem akan mengeluarkan panas dan energi dalam akan turun. Sehingga Q, W (-).

3. Untuk gas monoatomik (He, Ne, dll), energi dalam (U) gas adalah

U = Ek = 3/2 nRT = 1,67

4. Untuk gas diatomik (H2, N2, dll), energi dalam (U) gas adalah

Suhu rendah(T 100ºK)

U =Ek = 3/2 nRT = 1,67

Cp-CV=R

Suhu sedang

U = Ek =5/2 nRT = 1,67

Suhu tinggi(T > 5000ºK)

U =Ek = 7/2 nRT = 1,67