ENERGI & PROSES FISIOLOGI TUMBUHAN

1. 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: • Chemotrophs  (senyawa organik) • Phototrophs  (cahaya) • Chemoheterotrops  (bahan organik + karbon)  Manusia dan Hewan • Photoautotrophs  (radiasi matahari + CO2 (sebagai sumber karbon)  Tanaman Tingkat tinggi KRT-2008

2. 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

3. 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

4. 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

5. 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 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

6. Catatan: • 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

7. 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

8. 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

9. 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) / r2dimana: 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

10. 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

11. 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

12. 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

13. 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