ILMU FISIKA : TERMODINAMIKADALAM KEDOKTERAN GIGI

Oleh :

Vita Previa Indirayana (160110140102)

Dengah Hadassah Govicar (160110140092)

Raka Putra Pratama S (160110140061)

Andika Aries

Nur Athifah (160110140113)

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN DOKTER GIGIFAKULTAS KEDOKTERAN GIGIUNIVERSITAS PADJADJARAN

BANDUNG2015

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah

melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga kami dapat menyelesaikan makalah

yang berjudul “Ilmu Fisika : Termodinamika dalam Kedokteran Gigi”. Makalah ini

kami susun untuk memenuhi tugas tutorial mata kuliah Radiologi pada program studi

Kedokteran Gigi.

Tak lupa kami ucapkan terima kasih kepada Ibu Tuti selaku dosen yang sudah

membimbing kami dan semua pihak yang baik secara langsung maupun tidak

langsung telah berperan serta dalam membantu penyelesaian makalah ini.

Kami harap makalah ini dapat memberikan manfaat, khususnya di bidang

kesehatan dan kedokteran gigi. Mohon maaf apabila terdapat kekurangan dan

kesalahan pada makalah ini, kritik dan saran membangun sangat kami harapkan demi

tercapainya kesempurnaan makalah ini.

Jatinangor, 20 April 2015

Tim Penyusun

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR.......................................................................................................2

BAB I............................................................................................................................ 4

PENDAHULUAN............................................................................................................4

1.1 Latar Belakang...............................................................................................4

1.2 Tujuan........................................................................................................... 5

BAB II........................................................................................................................... 6

PEMBAHASAN..............................................................................................................6

2.1 Termodinamika Secara Umum...........................................................................6

2.2 Keterkaitan Ilmu Fisika dan Kedokteran Gigi Secara Umum............................14

2.3 Thermodinamika dalam Kedokteran Gigi.........................................................14

2.4 Thermodinamika dalam Dental Material.........................................................16

BAB III........................................................................................................................ 23

PENUTUP................................................................................................................... 23

3.1 Kesimpulan...................................................................................................... 23

DAFTAR PUSTAKA......................................................................................................24

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Fisika merupakan cabang ilmu yang banyak digunakan di berbagai aspek

kehidupan manusia. Disadari maupun tidak disadari dalam aktifitas manusia

selalu berhadapan dengan fenomena – fenomena, fisis. Kebanyakan manusia

dalam melakukan aktifitasnya tidak memperhatikan fenomena – fenomena ini.

Manusia diharapkan dapat memperhatikan hal-hal yang menunjukkan keterkaitan

antara fenomena – fenomena tersebut dengan tujuan yang hendak dicapai, agar

didapatkan hasil yang memuaskan.

Fenomena fisis dipelajari dalam ilmu fisika. Pada pembelajaran ilmu fisika

mahasiswa mempelajari variabel fisis yang terdapat pada kejadian alam. Dalam

proses pembelajaran fisika sebaiknya tidak hanya sekedar memberikan

konsepnnya tetapi juga bagaimana proses penemuan dari konsep tersebut.

Hakikat fisika yakni fisika bukan hanya sekedar kumpulan fakta dan prinsip

tetapi lebih dari itu fisika juga mengandung cara-cara bagaimana memperoleh

fakta dan prinsip tersebut beserta fisikawan dalam melakukannya (Supriyono,

2003:8). Hal ini menunjukkan bahwa dalam pembelajaran dibutuhkan contoh

konkret mengenai aplikasi dari ilmu tersebut.

Seiring berkembangnya jaman, banyak alat – alat dan teknologi yang

ditemukan atas dasar ilmu fisika. Fisika semakin sering diaplikasikan dalam

semua bidang terapan, termasuk dalam bidang Kedokteran Gigi. Dalam makalah

ini, akan dibahas beberapa contoh pengaplikasian ilmu fisika dalam Kedokteran

Gigi.

1.2 Tujuan

Adapun tujuan penulisan makalah ini adalah :

1. Memenuhi tugas mata kuliah fisika dasar mengenai keterkaitan ilmu fisika

dalam kedokteran gigi

2. Membahas dan memberikan pemahaman mengenai keterkaitan ilmu fisika

dalam kedokteran gigi

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Termodinamika Secara Umum

Termodinamika adalah kajian tentang kalor (panas) yang berpindah. Dalam

termodinamika kamu akan banyak membahas tentang sistem dan lingkungan.

Kumpulan benda-benda yang sedang ditinjau disebut sistem, sedangkan semua yang

berada di sekeliling (di luar) sistem disebut lingkungan.

Usaha Luar

Usaha luar dilakukan oleh sistem, jika kalor ditambahkan (dipanaskan) atau kalor

dikurangi (didinginkan) terhadap sistem. Jika kalor diterapkan kepada gas yang

menyebabkan perubahan volume gas, usaha luar akan dilakukan oleh gas tersebut.

Usaha yang dilakukan oleh gas ketika volume berubah dari volume awal V1 menjadi

volume akhir V2 pada tekanan p konstan dinyatakan sebagai hasil kali tekanan dengan

perubahan volumenya.

W = p∆V= p(V2 – V1)

Secara umum, usaha dapat dinyatakan sebagai integral tekanan terhadap perubahan

volume yang ditulis sebagai

Tekanan dan volume dapat diplot dalam grafik p – V. jika perubahan

tekanan dan volume gas dinyatakan dalam bentuk grafik p – V, usaha yang dilakukan

gas merupakan luas daerah di bawah grafik p – V. hal ini sesuai dengan operasi

integral yang ekuivalen dengan luas daerah di bawah grafik.

Gas dikatakan melakukan usaha

apabila volume gas bertambah besar (atau mengembang) dan V2 > V1. sebaliknya, gas

dikatakan menerima usaha (atau usaha dilakukan terhadap gas) apabila volume gas

mengecil atau V2 < V1 dan usaha gas bernilai negatif.

Energi Dalam

Suatu gas yang berada dalam suhu tertentu dikatakan memiliki energi dalam. Energi

dalam gas berkaitan dengan suhu gas tersebut dan merupakan sifat mikroskopik gas

tersebut. Meskipun gas tidak melakukan atau menerima usaha, gas tersebut dapat

memiliki energi yang tidak tampak tetapi terkandung dalam gas tersebut yang hanya

dapat ditinjau secara mikroskopik.

Berdasarkan teori kinetik gas, gas terdiri atas partikel-partikel yang berada dalam

keadaan gerak yang acak. Gerakan partikel ini disebabkan energi kinetik rata-rata dari

seluruh partikel yang bergerak. Energi kinetik ini berkaitan dengan suhu mutlak gas.

Jadi, energi dalam dapat ditinjau sebagai jumlah keseluruhan energi kinetik dan

potensial yang terkandung dan dimiliki oleh partikel-partikel di dalam gas tersebut

dalam skala mikroskopik. Dan, energi dalam gas sebanding dengan suhu mutlak gas.

Oleh karena itu, perubahan suhu gas akan menyebabkan perubahan energi dalam gas.

Secara matematis, perubahan energi dalam gas dinyatakan sebagai

untuk gas monoatomik

untuk gas diatomik

Dimana ∆U adalah perubahan energi dalam gas, n adalah jumlah mol gas, R adalah

konstanta umum gas (R = 8,31 J mol−1 K−1, dan ∆T adalah perubahan suhu gas (dalam

kelvin).

Hukum I Termodinamika

Jika kalor diberikan kepada sistem, volume dan suhu sistem akan bertambah (sistem

akan terlihat mengembang dan bertambah panas). Sebaliknya, jika kalor diambil dari

sistem, volume dan suhu sistem akan berkurang (sistem tampak mengerut dan terasa

lebih dingin). Prinsip ini merupakan hukum alam yang penting dan salah satu bentuk

dari hukum kekekalan energi.

Gambar

Sistem yang mengalami perubahan volume akan melakukan usaha dan sistem yang

mengalami perubahan suhu akan mengalami perubahan energi dalam. Jadi, kalor

yang diberikan kepada sistem akan menyebabkan sistem melakukan usaha dan

mengalami perubahan energi dalam. Prinsip ini dikenal sebagai hukum kekekalan

energi dalam termodinamika atau disebut hukum I termodinamika. Secara matematis,

hukum I termodinamika dituliskan sebagai

Q = W + ∆U

Dimana Q adalah kalor, W adalah usaha, dan ∆U adalah perubahan energi dalam.

Secara sederhana, hukum I termodinamika dapat dinyatakan sebagai berikut.

Jika suatu benda (misalnya krupuk) dipanaskan (atau digoreng) yang berarti diberi

kalor Q, benda (krupuk) akan mengembang atau bertambah volumenya yang berarti

melakukan usaha W dan benda (krupuk) akan bertambah panas (coba aja dipegang,

pasti panas deh!) yang berarti mengalami perubahan energi dalam ∆U.

Proses Isotermik

Suatu sistem dapat mengalami proses termodinamika dimana terjadi perubahan-

perubahan di dalam sistem tersebut. Jika proses yang terjadi berlangsung dalam suhu

konstan, proses ini dinamakan proses isotermik. Karena berlangsung dalam suhu

konstan, tidak terjadi perubahan energi dalam (∆U = 0) dan berdasarkan hukum I

termodinamika kalor yang diberikan sama dengan usaha yang dilakukan sistem

(Q =W).

Proses isotermik dapat digambarkan dalam grafik p – V di bawah ini. Usaha yang

dilakukan sistem dan kalor dapat dinyatakan sebagai

Dimana V2 dan V1 adalah volume akhir dan awal gas.

Proses Isokhorik

Jika gas melakukan proses termodinamika dalam volume yang konstan, gas dikatakan

melakukan proses isokhorik. Karena gas berada dalam volume konstan (∆V = 0), gas

tidak melakukan usaha (W = 0) dan kalor yang diberikan sama dengan perubahan

energi dalamnya. Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada volume

konstan QV.

QV = ∆U

Proses Isobarik

Jika gas melakukan proses termodinamika dengan menjaga tekanan tetap konstan,

gas dikatakan melakukan proses isobarik. Karena gas berada dalam tekanan konstan,

gas melakukan usaha (W = p∆V). Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas

pada tekanan konstan Qp. Berdasarkan hukum I termodinamika, pada proses isobarik

berlaku

Sebelumnya telah dituliskan bahwa perubahan energi dalam sama

dengan kalor yang diserap gas pada volume konstan

QV =∆U

Dari sini usaha gas dapat dinyatakan sebagai

W = Qp − QV

Jadi, usaha yang dilakukan oleh gas (W) dapat dinyatakan sebagai selisih energi

(kalor) yang diserap gas pada tekanan konstan (Qp) dengan energi (kalor) yang

diserap gas pada volume konstan (QV).

Proses Adiabatik

Dalam proses adiabatik tidak ada kalor yang masuk (diserap) ataupun keluar

(dilepaskan) oleh sistem (Q = 0). Dengan demikian, usaha yang dilakukan gas sama

dengan perubahan energi dalamnya (W = ∆U).

Jika suatu sistem berisi gas yang mula-mula mempunyai tekanan dan volume masing-

masing p1 dan V1 mengalami proses adiabatik sehingga tekanan dan volume gas

berubah menjadi p2 dan V2, usaha yang dilakukan gas dapat dinyatakan sebagai

Dimana γ adalah konstanta yang diperoleh perbandingan

kapasitas kalor molar gas pada tekanan dan volume konstan dan mempunyai nilai

yang lebih besar dari 1 (γ > 1).

Proses adiabatik dapat digambarkan dalam grafik p – V dengan bentuk kurva yang

mirip dengan grafik p – V pada proses isotermik namun dengan kelengkungan yang

lebih curam

2.2 Keterkaitan Ilmu Fisika dan Kedokteran Gigi Secara Umum

Bidang kedokteran gigi adalah bidang yang tidak terlepas dari ilmu fisika.

Ilmu fisika secara umum digunakan dalam kedokteran gigi sebagai dasar

pemilihan bahan dan alat. Ilmu fisika dalam kedokteran gigi juga berguna dalam

hal perkembangan teknologi yang dapat menunjang fasilitas preklinis, klinis,

maupun laboratorium.

2.3 Thermodinamika dalam Kedokteran Gigi

Termodinamika terbentuk dari dua suku kata yaitu, thermal (yang

berhubungan dengan panas) dan dynamics(yang berhubungan dengan suatu

perubahan). Jadi termodinamika merupakan ilmu yang mempelajari berbagai

fenomena energi yang berubah-ubah karena adanya aliran panas dan usaha yang

dilakukan. 

2.3.1 Daya Penghantar Panas / Konduktivitas Thermal.

Dalam pemilihan bahan, perlu diketahui tentang Daya Penghantar

Panas / Konduktivitas Thermal. Dengan memahami hal ini, kita dapat

menentukan bahan mana yang paling aman dan sesuai untuk diaplikasikan

di dalam rongga mulut. Kita juga dapat menentukan apakah kita

membutuhkan isolator pada bahan tersebut, agar saat pasien makan

makanan yang panas, bahan tersebut tidak ikut panas.

Berikut adalah besar daya penghantar panas untuk bagian gigi dan

beberapa bahan dental :

1. Amalgam 0,055

2. Alloy emas 0,710

3. Porselen 0,0025

Alloy emas mempunyai daya hantar panas yang tinggi, sehingga

membutuhkan isolator dalam penggunaannya.

2.3.2 Perubahan Suhu

Perubahan suhu umumnya mengakibatkan perubahan dimensi pada

suatu benda. Hal ini dinyatakan dengan koefisien ekspansi termal linier :

lt2 - lt1 / lt1 : ( t2 – t1 ) , satuan 0C

lt2 = panjang bahan pada suhu akhir t2 = suhu akhir

lt1 = panjang bahan pada suhu awal t1 = suhu awal

Berikut koefisien ekspansi termal gigi dan bahan dental (x 10-6/ 0C) :

Gigi 10 – 15

Amalgam 22 – 28

Alloy emas 25 – 50

Hal ini perlu diketahui untuk menghindari sakitnya gigi karena

desakan akibat pemuaian bahan tambal pada lubang gigi, misalnya

amalgam.

2.4 Thermodinamika dalam Dental Material

Termodinamika (bahasa yunani : thermos = ‘panas’ and dynamic = ‘perubahan’)

adalah fisika energi, panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. 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

A. Klasifikasi dan jenis-jenis dental material

Klasifikasi Dental Material :

a. Metal / logam

- Penghantar therms dan elektris yang tinggi

- Duktiliti : dapat dibengkokkan

- Opaque : tidak menghantarkan cahaya

- Kilat : permukaan merefleksikan cahaya dan terlihat terang dan

mengkilap

- Biasanya putih kecuali emas dan tembaga

b. Keramik

- Senyawa dari logam dan non logam

- Sangat rapuh

- Titik didih tinggi

- Penghantar termis dan elektris rendah

- Bahan inert / tidak reaktif secara kimia

- Contoh : gelas, baja, gips dan porselen

c. Komposit

- Gabungan 2 material atau lebih

- Masig-masing komponen dapat diindetifikasi dalam struktur akhir

d. Polymer

- Bahan organik dari rantai panjang

- Mengandung ribuan atom karbon

- Contoh : muriara

B. Sifat Fisik Dental Material

Sifat fisik adalah sifat yang didasarkan pada mekanika, akustik,

optik, termodinamika, kelistrikan, magnet, radiasi, struktur atom, atau

gejala nuklir.

Contoh sifat Fisik, yaitu :

Berdasarkan Optik adalah yang berhubungan dengan fenomena cahaya,

seperti : corak, translusensi (kebeningan), warna.

Berdasarkan dalil termodinamika : konduktifitas termal, koefisien

termal

Berdasarkan ilmu materi dan mekanika : kekentalan

# Abrasi dan Ketahanan Abrasi

Kekerasan adalah sifat yang digunakan untuk memperkirakan

ketahanan aus suatu bahan dan kemampuannya untuk mengikis struktur

gigi lawan. Kekerasan salah satu faktor penyebab pengikisan pada email

gigi dan permukaan gigi tiruan.

Faktor yang mempengaruhi keausan :

Tekanan gigitan.

Frekuensi pengunyahan.

Sifat abrasif makanan.

Komposisi cairan.

Perubahan temperatur.

Kekerasan tiap permukaan.

Ketidakteraturan permukaan gigi.

Kekentalan / viskositas

Ketahanan untuk bergerak

Dipengaruhi oleh gaya friksi internal di dalam cairan

Bahan kedokteran gigi kebanyakan dalam bentuk padat tapi tahap

tertentu berupa cairan.

Contoh : malam dan resin adalah cairan yang didinginkan di bawah

titik normal.

Kekentalan cairan meningkat dengan meningkatnya temperatur

Kekentalan tergantung pada perubahan wujud sebelumnya dari cairan.

Cairan jenis ini menjadi kurang kental dan lebih cair di bawah tekanan

disebut tiksotropik.

Contohnya : pasta profilaksisi gigi, plaster, semen resin, bahan cetak.

Kekentalan bahan kedokteran gigi menentukan ketepatan aplikasi.

Struktur dan Relaksasi Tekanan

Perubahan bentuk senyawa secara permanen akan menyebabkan

tekanan internal sehingga atom-atom dalam ruang geometrik akan

berubah tempat.

Akibatnya beberapa molekul menjadi terlalu berdekatan atau terlalu

berjauhan.

Atom-atom berada pada posisi tidak seimbang

Energi thermal pada proses difusi wujud padat menyebabkan atom-

atom kembali ke posisi seimbang.

Perubahan kontur merupakan manifestasi pengaturan kembali posisi

atom dan molekul.

Pelepasan tekanan dikenal sebagai relaksasi.

Kecepatan relaksasi dipercepat dengan meningkatnya temperatur.

Creep dan Aliran

Creep adalah deseran plastik yang bergantung waktu dari suatu bahan

dibawah muatan statis atau tekanan konstan.

Massa yang lebih tinggi mengalami tekanan fleksural yang lebih besar,

fleksural creep lebih besar.

Aliran logam terjadi begitu temperatur mendekati beberapa ratus

derajat temperatur lebur.

Warna dan Persepsi Warna

Tujuan perawatan gigi adalah merestorasi warna dan penampilan gigi

asli

Dentistry estetika mementingkan kemampuan artistik dokter gigi dan

teknisi

Mata sensitif terhadap panjang gelombang 400 nm (ungu) sampai 700

nm (merah gelap).

Diruang praktek dan laboratorium gigi, penyesuaian

warnamenggunakan petunjuk warna.

Sifat termofisika, yaitu :

1. Konduktivitas termal

Konduktivitas termal adalah pengukuran termofisika mengenai

seberapa baik panas disalurkan melalui suatu bahan dengan aliran

konduksi.

Bahan yang mempunyai konduktivitas tinggi disebut konduktor.

Bahan yang mempunyai konduktivitas rendah disebut isolator.

Komposit berbasis resin mempunyai konduktivitas termal rendah

dibanding logam. Konduktivitas email dan dentin yang rendah

membantu mencegah syok termal dan sakit pulpa apabila makanan

dingin atau panas masuk ke dalam mulut.

2. Difusi termal

Difusi termal adalah pengendalian perubahan temperatur begitu

panas melewati suatu bahan (kemampuan isolator). Oksida Seng-

Eugenol mempunyai difusi termal dua kali dentin.

3. Koefesien ekspansi termal

Koefisien ekspansi termal adalah perubahan panjang per unit

panjang asal dari suatu benda apabila temperatur dinaikkan 10C.

Koefisien ekspansi yang tinggi dari malam inlay rentan terhadap

perubahan temperatur. Pola malam yang akurat cocok dengan gigi

yang telah direparasi, akan berkontraksi apabila diagkat dari gigi pada

suasana panas dan kemudian disimpan pada suasana yang lebih dingin.

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Dalam Kedokteran Gigi, Ilmu Fisika sangat penting untuk diketahui

berkenaan dengan banyaknya alat, material, dan teknik manipulasi yang

didasari ilmu fisika.

Ilmu fisika yang paling sering digunakan di antaranya Radiasi, Modulus

Elastisitas, Thermodinamika, dan Gaya.

Dengan mempelajari thermodinamika dalam Kedokteran Gigi, maka kita

dapat menerapkannya pada dental material. Karena dental material yang

terbaik itu didapat dari proses thermodinamika yang baik juga.

DAFTAR PUSTAKA

Anusavice, Kenneth J. Phillips. Buku ajar ilmu bahan kedokteran gigi. Trans. Johan Arif Budiman, Susi Puwoko. Lilian Juwono, eds. Edisi 10. Jakarta: EGC.

Combe, E.C..1992.Sari Dental Material.Jakarta:Balai Pustaka)

Supriyono,K.H. (2003). Common textbook (edisi revisi) strategi pembelajaran fisika. Malang: FMIPA Universitas Malang.

http://lontar.ui.ac.id/file?file=digital/127517-R17-PRO-175-Kedalaman%20ruang-Literatur.pdf

http://lontar.ui.ac.id/file?file=digital/125321-R17-PRO-197%20Korelasi%20usia-Literatur.pdf

http://pythanymph.blogspot.com/2011/08/alat-alat-kesehatan-yang-terkait-dengan.html

http://www.dentiadental.com/2009/general/whitening-teeth/

http://choybucq.blogspot.com/2013/05/radiologi-kedokteran-gigi.html