BIOLISTRIK, ARUS DAN HAMBATAN
LISTRIK, DAN POTENSIAL LISTRIK PADA
BERBAGAI BAGIAN SEL
Penemuan Biolistrik
} Luigi Galvani (1780-1786) : mulai mempelajari kelistrikan pada tubuh hewan menggunakan kedua kaki katak terangkat ketika diberikan aliran listrik melalui konduktor
} Caldani (1856): kelistrikan pada katak yang telah mati
} Arons (1892) : terdapat adanya aliran frekuensi tinggi melalui tubuhnya sendiri
} Van Seynek (1899) : mengamati terjadinya panas pada jaringan yang disebabkan aliran frekuensi tinggi
} Schlephake (1982) : pengobatan dengan menggunakan Short Wave
APA ITU BIOLISTRIK ?
BIOLISTRIK
} Biologi : makhluk hidup
} Listrik : rangkaian fenomena fisika yang berhungan dengan kehadiran dan aliran muatan listrik
} Biolistrik adalah daya listrik hidup yang terdiri dari pancaran elektron-elektron yang keluar dari setiap titik tubuh (titik energi) dan timbul akibat ada ransangan dari
pancaindra
} Disebut sebagai fenomena sel
ATP = energi
Arus Listrik
} Bila ada beda potensial antara dua buah benda (bermuatan) kemudian kedua benda dihubungkan dengan suatu penghantar, maka akan terjadi aliran muatan dari benda dengan potensial yang tinggi ke potensial yang rendah
} Aliran muatan dalam suatu penghantar disebut sebagai arus listrik
} Atom disusun oleh tiga partikel subatom yaitu proton, neutron dan elektron. Proton dan neutron terdapat dalam inti atom
(nucleus) sedangkan elektron-elektron bergerak mengitari inti atom. Besar
muatan listrik proton dan elektron adalah sama hanya jenisnya yang berbeda.
Lanjutan...
} Arus listrik didefenisikan sebagai aliran partikel-
partikel bermuatan positif (walaupun yang bergerak adalah elektron-elektron bermuatan negatif)
} Mengalir hanya dalam rangkaian tertutup
} Arus litrik mengalir dari titik berpotensial tinggi ke rendah (elektron mengalir dalam arah berlawanan dari potensial rendah ke potensial tinggi)
Kuat Arus Listrik
} Muatan yang bergerak dalam suatu kawat/ bahan konduktor (bersifat konduktif) disebut listrik dinamis
} Banyaknya muatan listrik yang mengalir dalam suatu penghantar per satuan waktu
} Suatu bahan disebut konduktor apabila
didalamnya terdapat cukup banyak muatan (elektron) bebas.
} E. Bebas : elektron yang tidak terikat pada suatu ini atom/meskipun terikat, letaknya jauh dari inti sehingga hanya mendapatkan gaya tarik yang kecil
Satuan kuat arus dalam
satuan internasional adalah ampere
Subtitusikan
Sumber Arus dan Tegangan Listrik
} Elemen volta
• Energi kimia menjadi energi listrik
• Tembaga (Cu) sebagai anoda (+) dan Seng (Zn) sebagai katoda(-)
• As. Sulfat sebagai lar. elektrolit
Lanjutan...
} Baterai
• Batang karbon (C) sebagai anoda dan plat seng (Zn) sebagai katoda
• Disebut sebagai elemen kering dengan elektrolitnya ammonium klorida
• Baterai dan elemen vota disebut juga sebagai elemen primer karena larutan kimianya tidak dapat diperbaharui
Lanjutan...
} Akumulator (Aki)
• Batang timbal (PbO2) sebagai anoda dan timbal Pb sebagai katoda
• Menggunakan as silfat sebagai lar. Elektrolit
• Akumulator merupakan elemen sekunder karena larutan kimianya dapat diperbaharui
Sumber Potensial (Tegangan) Listrik
} Untuk membuat suatu rangkaian elektronika bekerja, kita memerlukan sumber beda potensial untuk menghasilkan arus yang tetap
} Sumber GGL(gaya gerak listrik), misalnya baterai dan aki
} Cth : tegangan (V) pada baterai umumnya 1,5 V, katakanlah resistor 1 Ohm
} Kenyataannya, baterai memiliki hambatannya sendiri yang berasal dari material penyusunnya (kimiawi)
} Nilai r cendrung membesar karena residu proses kimiawi dalam baterai. Dengan adanya r, arus litrik yang mengalir menjadi lebih kecil
Hambatan Listrik (Resistor/resistansi)
} Komponen elektronika yang dibuat khusus untuk memberikan hambatan listrik pada suatu rangkaian
} Resistor berfungsi membatasi arus listrik melalui komponen elektronika suati rangkaian
} Hambatan listrik suatu kawat penghantar sebanding dengan panjang kawat,
sebanding dengan hambatan jenis bahan kawat, dan berbanding terbalik dengan luas penampang kawat
Lanjutan...
} Hambatan dapat disusun secara seri, paralel atau gabungan dari keduanya
Seri Paralel
Data beberapa sifat konduktifitas dan resistivitas
(hambatan jenis kawat)
Hukum-hukum Biolistrik
} Hukum Ohm
kuat arus yang mengalir pada penghantar sebanding dengan beda potensial antara ujung-ujung penghantar
V=R.I
Data resistivitas dan konstanta temprature resistansi
beberapa bahan
Lanjutan...
} Besarnya nilai resistansi dalam sebuah resistor biasanya ditunjukkan oleh cincin-cincin warna yang terdapat pada badan resistor
Hukum Joule
} Arus listrik yang melewati konduktor dengan beda potensial (V), dalam waktu tertentu akan menimbulkan kalor yang menyebabkan kawat penghantar menjadi panas
} Berdasarkan J.P Joule besarnya kalor yang timbul ditentukan oleh faktor-faktor:
Besarnya hambatan kawat yang dilalui arus, Besarnya arus yang mengalir,
Waktu/lamanya arus mengalir
Hukum Kirchoff
} Hukum Kirchoff I
Didasari hum konversi energiyang menyatakan bahwa dalam suatu rangkaian tertutup, tegangan yang diperoleh dan tegangan yang berkurang haruslah sama besar
} Hukum Kirchoff II
Kuat arus (I) yang masuk dalam suatu titik percabangan A = dengan arus yang keluar dari titik percabangan B
Bentuk lain dari hukum konversi buatan
Potensial Listrik pada Berbagai Bagian Sel
Potensial sistem saraf dan neuron
} Sistem saraf dapat dibagi menjadi dua bagian-sistem saraf pusat dan
} sistem saraf otonom. Sistem saraf pusat terdiri dari otak, korda spinalis, dan saraf perifer.
} Serat saraf (neuron) yang menyalurkan informasi sensorik ke otak atau korda spinalis disebut saraf aferen. Serat saraf yang menyalurkan informasi dari otak atau korda
spinalis ke otot dan kelenjar yang sesuai disebut saraf eferen.
} Di permukaan (atau membran) setiap neuron, terdapat beda potensial listrik (voltase) akibat muatan negatif neto di permukaan dalam membran dan muatan positif neto di permukaan luar.
} Muatan neto adalah hasil dari interaksi antara ion-ion negatif dan positif. Neuron dikatakan mengalami polarisasi. Bagian dalam sel biasanya lebih negatif 60 sampai 90 mV daripada bagian luar. Beda potensial ini disebut potensial istirahat neuron
Potensial listrik dari otot-elektromiogram
} Sebuah otot terdiri dari banyak unit motorik. Satu unit motorik terdiri dari satu cabang neuron dari batang otak atau korda spinalis dan 25 sampai 2000 serat otot (sel) yang berhubungan dengannya melalui motor end plate.
} Potensial istirahat di kedua sisi membran pada sebuah serat otot serupa dengan potensial istirahat di serat saraf.
} Kerja otot dimulai oleh potensial aksi yang berjalan di sepanjang suatu akson dan melewati motor end plate menuju ke dalam serat otot, menyebabkan serat tersebut berkontraksi.
} Rekaman potensial aksi di satu sel otot diperlihatkan secara skematis dengan
pengukuran yang dilakukan dengan menggunakan sebuah elektrode yang sangat halus (mikroelektroda) yang dimasukkan melalui membran otot.
Potensial listrik dari jantung-elektrokardiogram
} listrik yang diawali oleh stimulasi spontan sel-sel otot khusus yang terletak di atrium kanan.
} Sel-sel ini membentuk nodus sinoatrium (SA), atau petnacu jantung, Nodus SA melepaskan sinyal dengan interval teratur sekitar 72 kali per menit; namun,
kecepatan pelepasan sinyal ini dapat meningkat atau menurun bergantung pada saraf yang terletak di luar jantung sebagai respons terhadap kebutuhan tubuh akan darah serta rangsangan lainnya
} Depolarisasi dan repolarisasi otot jantung menyebabkan arus mengalir di dalam badan, menimbulkan potensial listrik di kulit.
} Elektrokardiogram (EKG) adalah perekaman potensial listrik di antara dua titik yang terletak di berbagai lokasi di permukaan tubuh.
Potensial listrik dari otak-elektroensefalogram
} Apabila Anda meletakkan elektrode di kulit kepala dan mengukur aktivitas listrik, Anda akan memperoleh beberapa sinyal listrik kompleks yang sangat lemah.
} Sinyal-sinyal ini terutama dihasilkan oleh aktivitas listrik neuronneuron di korteks otak.
} Sinyal-sinyal ini pertama kali diamati oleh Hans Berger (1929) melakukan riset tentang aplikasi klinis, fisiologis, dan psikologis dari sinyal-sinyal tersebut, tetapi pemahaman yang mendasar masih terbatas.
} Salah satu hipotesis menyatakan bahwa potensial listrik dihasilkan melalui suatu proses sinkronisasi intermiten yang melibatkan neuronneuron di korteks, dengan berbagai
kelompok neuron yang menjadi sinkron pada waktu yang berbeda-beda.
} Menurut hipotesis ini, sinyal dari titik-titik di sisi kanan dibandingkan dengan sinyal dari titik-titik yang simetris di sisi kiri.
} Perekaman sinyal-sinyal di otak disebut elektroensefalogram (EEG).
Potensial listrik dari mata-elektroretinogram dan elektrookulogram
} Perekaman perubahan potensial yang dihasilkan oleh mata saat retina terpajan ke suatu berkas sinar disebut elektroretinogram (ERG).
} Satu elektrode diletakkan di lensa kontak yang pas menutupi kornea, dan
elektrode lain dilekatkan di telinga atau dahi untuk memperkirakan potensial di belakang mata.
Potensial listrik dari Jantung dan Otak-Magnetokardiogram dan Magnetoensefalogram
} Karena aliran muatan listrik menghasilkan medan magnet, arus di jantung saat depolarisasi dan repolarisasi juga menghasilkan medan magnet.
} Magnetokardiografi mengukur medan magnet yang sangat lemah ini di sekitar jantung.
} Perekaman medan magnet jantung disebut magnetokardiografi (MKG).
} Medan magnet di sekitar jantung adalah kira-kira 5 x 10-11 tesla (T), atau ekitar sepersejuta kekuatan medan magnet bumi. [satuan sentimeter-gram-detik (cgs) untuk medan magnet adalah gauss; 1 T = 104 gauss].
} Magnetometer SQUID juga digunakan untuk merekam medan magnet yang
mengelilingi otak. Perekaman medan ini disebut magnetoensefalogram (MEG).
Saat irama alfa, medan magnet dari otak adalah sekitar 1 x 10-3 T
1. Apakah yang dimaksud dengan Biolistrik?
2. Jika diketahui suatu kawat konduktor mengalirkan arus listrik sebesar 1 Ampere, berapakah muatan yang mengalir dalam kawat tersebut setiap satu menitnya ?
3. Sebuah alat listrik hambatannya 240 ohm. Berapa besarkah arus akan mengalirinya apabila dihubungkan dengan sumber potensial 120 V ?
4. Jika diketahui sebuah kawat logam dengan panjang 1 cm dan diameter 5 mm serta resistivitasnya 1,76x10-8 Ohm.meter, berapakah resistensi dari kawat tersebut ?
5. Sebutkan potensial listrik pada berbagai sel dalam tubuh ? SOAL
