energi & proses fisiologi tumbuhanblog.ub.ac.id/puspitt/files/2012/12/bab-2-energi-p...teori...
TRANSCRIPT
ENERGI & PROSES FISIOLOGI TUMBUHAN
Contoh: Bahan bakar minyak digunakan sebagaisumber energi untuk kendaraan bermotor.
Proses Pertumbuhan Tanaman : Merupakan kumpulandari berbagai aktivitas mulai dari tingkat molekulerhingga keseluruhan tubuh tanaman.
Berdasarkan sumber energi yang digunakanorganisme hidup dibagi menjadi 4 kelompok:
1. Chemotrophs (senyawa organik)2. Phototrophs (cahaya)3. Chemoheterotrops (bahan organik + karbon)
Manusia dan Hewan4. Photoautotrophs (radiasi matahari + CO2
(sebagai sumber karbon) Tanaman Tingkat tinggi
KRT-2008 1
Contoh: Bahan bakar minyak digunakan sebagaisumber energi untuk kendaraan bermotor.
Proses Pertumbuhan Tanaman : Merupakan kumpulandari berbagai aktivitas mulai dari tingkat molekulerhingga keseluruhan tubuh tanaman.
Berdasarkan sumber energi yang digunakanorganisme hidup dibagi menjadi 4 kelompok:
1. Chemotrophs (senyawa organik)2. Phototrophs (cahaya)3. Chemoheterotrops (bahan organik + karbon)
Manusia dan Hewan4. Photoautotrophs (radiasi matahari + CO2
(sebagai sumber karbon) Tanaman Tingkat tinggi
Dalam studi energi HukumThermodinamika I yangmenyatakan: Energi tidak dapatdiciptakan dan tidak dapatdimusnahkan Dikenal : HukumKekekalan Energi dan Massa
Energi Surya yang diterima tanamanberubah bentuk dari energielektromagnetik menjadi zat kimia(energi kimia) yaitu senyawa yangmengandung energi tinggi danreduktan
Energi Kimia ini digunakan untukmensintesis Karbohidrat yangmerupakan bahan dasarpembentukan senyawa2 penyusunsel, jaringan, organ dan keseluruhantubuh tanaman
Energi Surya pada akhirnya berubahmenjadi Energi Biomassa dalampertumbuhan tanaman
KRT-2008 2
Dalam studi energi HukumThermodinamika I yangmenyatakan: Energi tidak dapatdiciptakan dan tidak dapatdimusnahkan Dikenal : HukumKekekalan Energi dan Massa
Energi Surya yang diterima tanamanberubah bentuk dari energielektromagnetik menjadi zat kimia(energi kimia) yaitu senyawa yangmengandung energi tinggi danreduktan
Energi Kimia ini digunakan untukmensintesis Karbohidrat yangmerupakan bahan dasarpembentukan senyawa2 penyusunsel, jaringan, organ dan keseluruhantubuh tanaman
Energi Surya pada akhirnya berubahmenjadi Energi Biomassa dalampertumbuhan tanaman
Persamaan Einstein: E = m.c2
Menjelaskan hubungan antara energi denganmassam = massa suatu benda gc = kecepatan cahaya (2,997925 x 108 m/det) cm/det
E = energi yang dapat dihasilkan suatu benda erg
Semakin besar massa maka semakinbesar energinya
Pembentukan suatu satuan massamemerlukan sejumlah energi erg = dyn.cm = g.cm.s-2
1 J (joule) = 1 N (newton) = 10-7 erg1 cal = 4.184 J
KRT-2008 3
Menjelaskan hubungan antara energi denganmassam = massa suatu benda gc = kecepatan cahaya (2,997925 x 108 m/det) cm/det
E = energi yang dapat dihasilkan suatu benda erg
Semakin besar massa maka semakinbesar energinya
Pembentukan suatu satuan massamemerlukan sejumlah energi erg = dyn.cm = g.cm.s-2
1 J (joule) = 1 N (newton) = 10-7 erg1 cal = 4.184 J
Konsep Umum EnergiSuatu benda karena kedudukannya mempunyai
energi tambahan di luar dari massa benda itusendiri
Batu yang jatuh dari ketinggian tertentu diatas permukaan tanah ke tempat yang lebihrendah massanya tidak berubah Energi yang tidak digunakan tetapi
tersedia secara potensial disebut: EnergiPotensial
Energi yang terlibat dalam pergerakan suatubenda Energi Kinetik Orang menulis atau berlari
KRT-2008 4
Suatu benda karena kedudukannya mempunyaienergi tambahan di luar dari massa benda itusendiri
Batu yang jatuh dari ketinggian tertentu diatas permukaan tanah ke tempat yang lebihrendah massanya tidak berubah Energi yang tidak digunakan tetapi
tersedia secara potensial disebut: EnergiPotensial
Energi yang terlibat dalam pergerakan suatubenda Energi Kinetik Orang menulis atau berlari
Teori Kinetik Berasal dari kata Kinetikos = membuat gerakan /
aktivitas Merupakan landasan dasar dari pengetahuan
energi Konsep ini menyatakan: Semua partikel (atom &
molekul) berada dalam gerakan konstan padasemua tingkat temperatur di atas nol absolut
Fungsi daun sebagai tempat masuknya CO2melalui proses difusi
Energi radiasi matahari berubah menjadi energikimia dalam tanaman
Pergerakan suatu benda / obyek berdasarkan TeoriKinetik dibedakan menjadi 3:
1. Gerak lurus (Kinetik Translasi)2. Gerak berputar (Kinetik Rotasi)3. Gerak bergetar (Kinetik Vibrasi)
KRT-2008 5
Berasal dari kata Kinetikos = membuat gerakan /aktivitas
Merupakan landasan dasar dari pengetahuanenergi
Konsep ini menyatakan: Semua partikel (atom &molekul) berada dalam gerakan konstan padasemua tingkat temperatur di atas nol absolut
Fungsi daun sebagai tempat masuknya CO2melalui proses difusi
Energi radiasi matahari berubah menjadi energikimia dalam tanaman
Pergerakan suatu benda / obyek berdasarkan TeoriKinetik dibedakan menjadi 3:
1. Gerak lurus (Kinetik Translasi)2. Gerak berputar (Kinetik Rotasi)3. Gerak bergetar (Kinetik Vibrasi)
Catatan:1. Suatu gas tersusun dari sejumlah besar
atom & molekul yang dipisahkan oleh jarakyang relatif cukup besar dibandingkandengan ukurannya
2. Molekul mempunyai massa, tetapivolumenya sangat kecil sehingga dapatdiabaikan
3. Molekul2 berada dalam gerakan acakkonstan pada garis lurus
4. Tabrakan di antara molekul2 dan di antaramolekul dengan dengan dinding pembatasbersifat elastis yaitu: energi kinetik dapatditransfer dari suatu molekul ke molekullain, tetapi energi kinetik tersebut tidakdikonversi ke bentuk energi lain sepertipanas
KRT-2008 6
1. Suatu gas tersusun dari sejumlah besaratom & molekul yang dipisahkan oleh jarakyang relatif cukup besar dibandingkandengan ukurannya
2. Molekul mempunyai massa, tetapivolumenya sangat kecil sehingga dapatdiabaikan
3. Molekul2 berada dalam gerakan acakkonstan pada garis lurus
4. Tabrakan di antara molekul2 dan di antaramolekul dengan dengan dinding pembatasbersifat elastis yaitu: energi kinetik dapatditransfer dari suatu molekul ke molekullain, tetapi energi kinetik tersebut tidakdikonversi ke bentuk energi lain sepertipanas
Energi KinetikEnergi Kinetik Translasi (EKT): EKT = ½.m.v2
W = m.g Dimana: v = kevepatan
w = berat bendag = 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 spektroskopdisebut: 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 jumlahnyakonstan, asal tidak terjadi pemancaran keluar
KRT-2008 7
Energi Kinetik Translasi (EKT): EKT = ½.m.v2
W = m.g Dimana: v = kevepatan
w = berat bendag = 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 spektroskopdisebut: 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 jumlahnyakonstan, asal tidak terjadi pemancaran keluar
Energi NuklirEnergi yang dihasilkan dari perubahan status
partikel penyusun inti adalah Energi NuklirEnergi yang dihasilkan sangat besar reaksi fisi
nuklir atau pembelahan inti (Nuclear Fission)Contoh:Uranium (U) yang dibombardir dengan neutron (n) menghasilkan perubahan jumlah neutrondalam inti (235 menjadi 236), tetapi jumlahproton tetap (92)
Bom Hidrogen yang terjadi karena penggabungan(Fusi) inti Hidrogen
KRT-2008 8
Energi yang dihasilkan dari perubahan statuspartikel penyusun inti adalah Energi Nuklir
Energi yang dihasilkan sangat besar reaksi fisinuklir atau pembelahan inti (Nuclear Fission)
Contoh:Uranium (U) yang dibombardir dengan neutron (n) menghasilkan perubahan jumlah neutrondalam inti (235 menjadi 236), tetapi jumlahproton tetap (92)
Bom Hidrogen yang terjadi karena penggabungan(Fusi) inti Hidrogen
Energi ElektronEnergi Elektron yaitu: Energi yang timbul karena perubahan
kedudukan orbit elektronSesuai dengan model yang diajukan oleh Niels Bohr Atom
mempunyai elektron (e) yang berada pada orbit tertentu danbergerak mengitari inti atom
Atom atau molekul mempunyai tingkat energi paling rendah jikaelektron 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 kearah luar (gaya centripetal) sebesar mv2/r
Dalam keadaan setimbang, kedua gaya tersebut sama, sehinggamv2 = k (Ze2) / r2 dimana:
k = konstanta (8,9874 x 109 N.m2/c2)Z = jumlah protone = 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 elektronsemakin mendekati inti
KRT-2008 9
Energi Elektron yaitu: Energi yang timbul karena perubahankedudukan orbit elektron
Sesuai dengan model yang diajukan oleh Niels Bohr Atommempunyai elektron (e) yang berada pada orbit tertentu danbergerak mengitari inti atom
Atom atau molekul mempunyai tingkat energi paling rendah jikaelektron 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 kearah luar (gaya centripetal) sebesar mv2/r
Dalam keadaan setimbang, kedua gaya tersebut sama, sehinggamv2 = k (Ze2) / r2 dimana:
k = konstanta (8,9874 x 109 N.m2/c2)Z = jumlah protone = 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 elektronsemakin mendekati inti
Energi Radiasi MatahariEnergi radiasi matahari yang digunakan dalam
proses fotosintesis timbul dari reaksi nuklir yaitufusi inti Hidrogen akibat temperatur yang sangattinggi
Persamaan Stefan-Boltzmann dapat digunakanuntuk menaksir tingkat radiasi berdasarkantemperatur: R = εσT4 dimana:R = pancaran (flux) radiasi (ly/min)ε = konstanta emisivitas (0 < ε < 1)
= menggambarkan kapasitas suatubenda mengabsorbsi dan memancarkanradiasi
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 yang digunakan dalamproses fotosintesis timbul dari reaksi nuklir yaitufusi inti Hidrogen akibat temperatur yang sangattinggi
Persamaan Stefan-Boltzmann dapat digunakanuntuk menaksir tingkat radiasi berdasarkantemperatur: R = εσT4 dimana:R = pancaran (flux) radiasi (ly/min)ε = konstanta emisivitas (0 < ε < 1)
= menggambarkan kapasitas suatubenda mengabsorbsi dan memancarkanradiasi
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
Energi Radiasi MatahariTEORI GELOMBANG:
c = v . λDimana: c = kecepatan cahaya
v = frekuensiλ = panjang gelombang
Radiasi matahari yang dapat dimanfaatkan oleh tanaman adalah padakisaran panjang gelombang 400-700 nm yang disebut: visibleradiation 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 molekulelektron akan emisi, dan sebaliknya
Jumlah energi yang dikandung suatu kuanta atau photonberhubungan dengan panjang gelombang
KRT-2008 11
TEORI GELOMBANG:c = v . λ
Dimana: c = kecepatan cahayav = frekuensiλ = panjang gelombang
Radiasi matahari yang dapat dimanfaatkan oleh tanaman adalah padakisaran panjang gelombang 400-700 nm yang disebut: visibleradiation 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 molekulelektron akan emisi, dan sebaliknya
Jumlah energi yang dikandung suatu kuanta atau photonberhubungan dengan panjang gelombang
Teori Kuanta Semakin pendek panjang gelombang, maka semakin
tinggi energinya cahaya violet (λ=410 nm)mempunyai energi lebih besar dari cahaya biru (460nm), kuning (580 nm), orange (620 nm) dan merah(660 nm)
E = h.v dimana:E = energi satu photon cahaya pada
suatu panjang gelombang tertentuh = konstanta Planck (6,6x10-27erg.det.)v = frekuensi
Karena: frekuensi = kecepatan cahaya (c) dibagi denganpanjang gelombang (λ)
maka: E = h.c / λ Radiasi photon biru dan merah dapat mengeksitasi
elektron molekul fotosintesis (klorofil), tetapi jumlahmaksimum energi yang tersedia biasanya dibatasipada panjang gelombang dekat puncak absorpsimerah (680 nm)
KRT-2008 12
Semakin pendek panjang gelombang, maka semakintinggi energinya cahaya violet (λ=410 nm)mempunyai energi lebih besar dari cahaya biru (460nm), kuning (580 nm), orange (620 nm) dan merah(660 nm)
E = h.v dimana:E = energi satu photon cahaya pada
suatu panjang gelombang tertentuh = konstanta Planck (6,6x10-27erg.det.)v = frekuensi
Karena: frekuensi = kecepatan cahaya (c) dibagi denganpanjang gelombang (λ)
maka: E = h.c / λ Radiasi photon biru dan merah dapat mengeksitasi
elektron molekul fotosintesis (klorofil), tetapi jumlahmaksimum energi yang tersedia biasanya dibatasipada panjang gelombang dekat puncak absorpsimerah (680 nm)
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 / λE = 6,6x10-27erg.det x 3x1017nm/det x 1/680 nm
= 2,9x10-12erg.det Catatan:
3x1010cm/det = 3x1017nm/det1 einstein = 1 mol kuanta1 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 lux1 Joule = 107 erg1 calori = 4,2 Joule
KRT-2008 13
Energi ekstra dari photon biru tidak dapat digunakan denganbaik, karena hanya bertahan dalam waktu yang sangat singkat
Energi cahaya merah dengan λ = 680 nm adalah:E = h.c / λE = 6,6x10-27erg.det x 3x1017nm/det x 1/680 nm
= 2,9x10-12erg.det Catatan:
3x1010cm/det = 3x1017nm/det1 einstein = 1 mol kuanta1 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 lux1 Joule = 107 erg1 calori = 4,2 Joule