ENERGI & PROSES FISIOLOGI TUMBUHAN Contoh: Bahan bakar minyak digunakan sebagai sumber energi untuk kendaraan bermotor. Proses Pertumbuhan Tanaman : Merupakan kumpulan dari berbagai aktivitas mulai dari tingkat molekuler hingga keseluruhan tubuh tanaman. Berdasarkan sumber energi yang digunakan organisme hidup dibagi menjadi 4 kelompok: 1. Chemotrophs (senyawa organik) 2. Phototrophs (cahaya) 3. Chemoheterotrops (bahan organik + karbon) Manusia dan Hewan 4. Photoautotrophs (radiasi matahari + CO2 (sebagai sumber karbon) Tanaman Tingkat tinggi
KRT-2008
1
Dalam studi energi Hukum Thermodinamika I yang menyatakan: Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan Dikenal : Hukum Kekekalan Energi dan Massa Energi Surya yang diterima tanaman berubah bentuk dari energi elektromagnetik menjadi zat kimia (energi kimia) yaitu senyawa yang mengandung energi tinggi dan reduktan Energi Kimia ini digunakan untuk mensintesis Karbohidrat yang merupakan bahan dasar pembentukan senyawa2 penyusun sel, jaringan, organ dan keseluruhan tubuh tanaman Energi Surya pada akhirnya berubah menjadi Energi Biomassa dalam pertumbuhan tanaman KRT-2008
2
Persamaan Einstein: E = m.c2
Menjelaskan hubungan antara energi dengan massa m = massa suatu benda g c = kecepatan cahaya (2,997925 x 108 m/det) cm/det E = energi yang dapat dihasilkan suatu benda erg
Semakin besar massa maka semakin besar energinya Pembentukan suatu satuan massa memerlukan sejumlah energi
erg = dyn.cm = g.cm.s-2 1 J (joule) = 1 N (newton) = 10-7 erg 1 cal = 4.184 J
KRT-2008
3
Konsep Umum Energi Suatu benda karena kedudukannya mempunyai energi tambahan di luar dari massa benda itu sendiri Batu yang jatuh dari ketinggian tertentu di atas permukaan tanah ke tempat yang lebih rendah massanya tidak berubah Energi yang tidak digunakan tetapi tersedia secara potensial disebut: Energi Potensial Energi yang terlibat dalam pergerakan suatu benda Energi Kinetik Orang menulis atau berlari KRT-2008
4
Teori Kinetik
1. 2. 3.
Berasal dari kata Kinetikos = membuat gerakan / aktivitas Merupakan landasan dasar dari pengetahuan energi Konsep ini menyatakan: Semua partikel (atom & molekul) berada dalam gerakan konstan pada semua tingkat temperatur di atas nol absolut Fungsi daun sebagai tempat masuknya CO2 melalui proses difusi Energi radiasi matahari berubah menjadi energi kimia dalam tanaman Pergerakan suatu benda / obyek berdasarkan Teori Kinetik dibedakan menjadi 3: Gerak lurus (Kinetik Translasi) Gerak berputar (Kinetik Rotasi) Gerak bergetar (Kinetik Vibrasi) KRT-2008
5
Catatan: 1.
2.
3. 4.
Suatu gas tersusun dari sejumlah besar atom & molekul yang dipisahkan oleh jarak yang relatif cukup besar dibandingkan dengan ukurannya Molekul mempunyai massa, tetapi volumenya sangat kecil sehingga dapat diabaikan Molekul2 berada dalam gerakan acak konstan pada garis lurus Tabrakan di antara molekul2 dan di antara molekul dengan dengan dinding pembatas bersifat elastis yaitu: energi kinetik dapat ditransfer dari suatu molekul ke molekul lain, tetapi energi kinetik tersebut tidak dikonversi ke bentuk energi lain seperti panas
KRT-2008
6
Energi Kinetik Energi Kinetik Translasi (EKT): EKT = ½.m.v2 W = m.g Dimana: v = kevepatan w = berat benda g = gravitasi Energi Kinetik Rotasi (EKR): Molekul yang memiliki dua atau lebih atom yang berbeda (heteronuklir) dapat melakukan gerak berputar Energi yang timbul akibat rotasi atom dalam molekul seperti pada peristiwa gelombang mikro spektroskop disebut: Energi Kinetik Rotasi Energi Kinetik Vibrasi (EKV): Energi yang timbul pada pergerakan atom secara vibrasi dalam molekul disebut: Energi Kinetik Vibrasi. Dalam peristiwa ini Energi Translasi & Energi Potensial dipertukarkan secara terus-menerus dan jumlahnya konstan, asal tidak terjadi pemancaran keluar KRT-2008
7
Energi Nuklir Energi yang dihasilkan dari perubahan status partikel penyusun inti adalah Energi Nuklir Energi yang dihasilkan sangat besar reaksi fisi nuklir atau pembelahan inti (Nuclear Fission) Contoh: Uranium (U) yang dibombardir dengan neutron (n) menghasilkan perubahan jumlah neutron dalam inti (235 menjadi 236), tetapi jumlah proton tetap (92) Bom Hidrogen yang terjadi karena penggabungan (Fusi) inti Hidrogen
KRT-2008
8
Energi Elektron Energi Elektron yaitu: Energi yang timbul karena perubahan kedudukan orbit elektron Sesuai dengan model yang diajukan oleh Niels Bohr Atom mempunyai elektron (e) yang berada pada orbit tertentu dan bergerak mengitari inti atom Atom atau molekul mempunyai tingkat energi paling rendah jika elektron berada pada orbit terendah yang disebut: Orbit Dasar Gaya yang menahan elektron pada suatu orbit tertentu terdiri atas: gaya tarik inti ke arah pusat yang dikenal dengan Gaya Coulomb (gaya centrifugal) sebesar k (Ze2) / r2 dan daya gerak elektron ke arah luar (gaya centripetal) sebesar mv2/r Dalam keadaan setimbang, kedua gaya tersebut sama, sehingga mv2 = k (Ze2) / r2 dimana: k = konstanta (8,9874 x 109 N.m2/c2) Z = jumlah proton e = muatan elektron saat bergerak melintasi garis singgung orbit Energi elektron semakin kecil (semakin negatif) bila r semakin kecil sebagai akibat dari energi potensial yang hilang karena elektron semakin mendekati inti KRT-2008
9
Energi Radiasi Matahari Energi radiasi matahari yang digunakan dalam proses fotosintesis timbul dari reaksi nuklir yaitu fusi inti Hidrogen akibat temperatur yang sangat tinggi Persamaan Stefan-Boltzmann dapat digunakan untuk menaksir tingkat radiasi berdasarkan temperatur: R = εσT4 dimana: R = pancaran (flux) radiasi (ly/min) ε = konstanta emisivitas (0 < ε < 1) = menggambarkan kapasitas suatu benda mengabsorbsi dan memancarkan radiasi σ = konstanta Stefan-Boltzmann (5,67032 x 10-8 Wm-2K-4) T = temperatur absolut (273 + 0C) Radiasi matahari mempunyai suhu pada intinya sebesar 19.450.000 0C KRT-2008
10
Energi Radiasi Matahari TEORI GELOMBANG: c=v.λ Dimana: c = kecepatan cahaya v = frekuensi λ = panjang gelombang Radiasi matahari yang dapat dimanfaatkan oleh tanaman adalah pada kisaran panjang gelombang 400-700 nm yang disebut: visible radiation atau Photosynthetically Active Radiation (PAR) TEORI KUANTA: Dikembangkan oleh Newton dan Einstein Merupakan landasan dasar yang digunakan untuk menjelaskan hubungan energi matahari dengan proses fotosintesis Partikel energi (Kuanta atau Photon) dari radiasi lebih besar dari energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari molekul elektron akan emisi, dan sebaliknya Jumlah energi yang dikandung suatu kuanta atau photon berhubungan dengan panjang gelombang KRT-2008
11
Teori Kuanta Semakin pendek panjang gelombang, maka semakin tinggi energinya cahaya violet (λ=410 nm) mempunyai energi lebih besar dari cahaya biru (460 nm), kuning (580 nm), orange (620 nm) dan merah (660 nm) E = h.v dimana: E = energi satu photon cahaya pada suatu panjang gelombang tertentu h = konstanta Planck (6,6x10-27erg.det.) v = frekuensi Karena: frekuensi = kecepatan cahaya (c) dibagi dengan panjang gelombang (λ) maka: E = h.c / λ Radiasi photon biru dan merah dapat mengeksitasi elektron molekul fotosintesis (klorofil), tetapi jumlah maksimum energi yang tersedia biasanya dibatasi pada panjang gelombang dekat puncak absorpsi merah (680 nm)
KRT-2008
12
Teori Kuanta
Energi ekstra dari photon biru tidak dapat digunakan dengan baik, karena hanya bertahan dalam waktu yang sangat singkat Energi cahaya merah dengan λ = 680 nm adalah: E = h.c / λ E = 6,6x10-27erg.det x 3x1017nm/det x 1/680 nm = 2,9x10-12erg.det Catatan: 3x1010cm/det = 3x1017nm/det 1 einstein = 1 mol kuanta 1 photon = 1 kuanta cahaya (radiasi) 1 J.m-2.det-1 = 1 W.m-2 1 cal.cm-2.min-1 = langley = 697,8 W.m-2 10.000 foot-candle = 350 W.m-2 1 foot-candle = 10,76 lux 1 Joule = 107 erg 1 calori = 4,2 Joule
KRT-2008
13
