MEKANIKA STATISTIK PLASMA HARDI HAMZAH / 20214040 HILMAN IMADUL UMAM / 20214024

Pendahuluan [1] Plasma terjadi ketika temperatur atau energi suatu gas dinaikan sehingga memungkinkan. Atom dari gas tersebut melepaskan elektron-elektronnya. [1] [1] M. Nur, Fisika Plasma dan Aplikasinya, 2011, Universitas Diponegoro, Semarang.

Ilustrasi perbedaan materi antara fasa gas dengan fasa plasma untuk gas hidrogen [1] [1] M. Nur, Fisika Plasma dan Aplikasinya, 2011, Universitas Diponegoro, Semarang.

Plasma merupakan fase keempat setelah fase padat, cair, dan gas Plasma merupakan fase keempat setelah fase padat, cair, dan gas. Akibatnya fungsi termodinamika dalam fase gas belum cukup untuk menerangkan kesetimbangan termodinamika dalam plasma. Plasma terbentuk melalui proses: Ionisasi Rekombinasi Dissosiasi Eksitasi

Kesetimbangan Termodinamika dalam Plasma Kesetimbangan sistem plasma dapat tercapai apabila dalam setiap proses baik yang berada di bawah pengaruh radiasi atau tumbukan partikel selalu terjadi proses kebalikan. Contoh : Sistem plasma bisa mengalami proses ionisasi dan rekombinasi. Rekomendasi merupakan proses kebalikan dari ionisasi. Plama dalam kondisi kesetimbangan akan mengikuti seluruh hukum distribusi dan radiasi, seperti hukum Maxwell, Boltzman, Kirchoff, dan Saha

Hukum-hukum Distribusi dan Radiasi Dalam Plasma Hukum Radiasi Kirchoff [1]

Distribusi Boltzmann

Distribusi Saha Hukum Saha dapat menjelaskan perbandingan antara NiNe/No

Termodinamika dalam Plasma Analisis statistik Analisis Statistik Statistik yang digunakan Semi-klasik tak terbedakan Partikel dianggap tak terbedakan, dan dilakukan modifikasi terhadap fungsi termodinamika pada gas ideal supaya berlaku pada plasma

Perubahan Fungsi Termodinamika Gas Ideal dalam Plasma Plasma yang dianggap memiliki jenis partikel yang sama Besaran Entropi (S) dengan dengan pendekatan stirling diperoleh:

Energi sistem Partikel Fungsi Helmholtz (F) atau Energi sistem Partikel

Tekanan diperoleh dari turunan total persamaan Helmholtz Entropi Tekanan diperoleh dari turunan total persamaan Helmholtz

Tekanan Atau

Entalpi Atau

Energi bebas Gibbs Atau

Seluruh fungsi termodinamika yang sudah dibahas menunjukan fungsi-fungsi partisi total. Jika dihipotesakan plasma sebagai gas ideal, maka fungsi partisinya Fungsi partisi totalnya,

Permasalahan yang sudah dibahas baru menunjukan satu jenis partikel dalam plasma. Dalam kenyataannya plasma terdiri atas campuran elektron, ion, dan partikel netral, sehingga fungsi-fungsi termodinamika harus diperhitungkan untuk setiap jenis partikel. Tumbukan yang terjadi dalam plasma memiliki sifat reaktif (ionisasi, dissosiasi) dimana tumbukan reaktif tersebut merubah jumlah partikel NK

Pada kesetimbangan jumlah total partikel plasma dituliskan : Untuk jenis partikel K, energi menjadi (tanpa memperhitungkan mekanisme reaktif) :

Misalkan tumbukan reaktif ionisasi, rekombinasi, dan dissosiasi sekaligus diproduksi. Sebagai contoh pada molekul hidrogen Reaksi ini menyebabkan jumlah ion, electron, dan partikel menjadi tidak tetap. Dalam kasus rekombinasi, ΔE adalah energi yang dihasilkan dalam reaksi.

Dalam kasus dissosiasi, ΔE sama dengan energi ambang Es. ΔE = Es Dalam kasus ionisasi, ΔE adalah penjumlahan antara energi ambang yang diperlukan Es ditambah penurunan dari energi ambang δEs. ΔE = Es + δEs δEs timbul akibat interaksi Coloumb untuk partikel-partikel bermuatan yang terjadi dalam plasma. Tiap-tiap partikel yang terbentuk dalam reaksi-reaksi di atas dengan energi ΔE yang dapat dituliskan sebagai energi yang diberikan oleh jenis partikel K

Energi EK untuk NK Partikel Dengan mendefinisikan Sehingga dapat dituliskan juga

Entropi total untuk sistem plasma dengan Energi bebas Helmholtz (F)

Energi Sistem (E) Entalpi Sistem (H)

tekanan Sistem (P) Energi bebas Gibbs (G)

Dengan mensubtitusikan fungsi berikut Ke fungsi dengan Diperoleh fungsi Partisi Total

merupakan fungsi partisi untuk derajat internal akibat tumbukan inelastik. Energi (E) Tekanan (P)

Suku pertama di ruas kanan sama dengan fungsi tekanan pada gas ideal. Suku kedua di ruas kanan merupakan hasil koreksi akibat interaksi antar partikel dan bernilai positif. Sehingga tekanan dalam plasma lebih kecil dari tekanan gas ideal.

Aplikasi Plasma Plasma Tokamak Plasma reaksi fusi pada reaktor nuklir Plasma dengan kerapatan tinggi dan kestabilan energi dikurung dalam medan magnet Energi sisa reaksi fusi dikonversi menjadi energi panas melalui “selimut” di sekitar inti. Energi sisa digunakan sebagai sumber energi tenaga uap https://www.iter.org/mag/2/18

Teknologi Semikonduktor Plasma digunakan dalam proses pembuatan Integrated Circuit (IC) dengan proses litografi (pembuatan jalur/morfologi divais). Plasma biasa digunakan pada proses deposisi thin film (Metoda Sputtering, PLD, MOCVD, dll.) (proses litografi menggunakan plasma) (plasma pada proses deposisi thin film)

Plasma Display Beda tegangan elektroda  gas di dalam sel terionisasi  tumbukan elektron dengan partikel gas  arus listrik  menstimulasi atom gas untuk memancarkan foton. Foton akan berinteraksi dengan material fosfor sehingga terjadi eksitasi dan kembali dgn melepaskan cahaya tampak. (http://electronics.howstuffworks.com/plasma-display2.htm)

Kesimpulan Fungsi termodinamika plasma berbeda dengan fungsi termodinamika gas ideal. Dalam kenyataannya plasma terdiri atas campuran elektron, ion, dan partikel netral, sehingga fungsi- fungsi termodinamika harus diperhitungkan untuk setiap jenis partikel. Statistik semi klasik cocok digunakan pada penurunanan fungsi termodinamika pada plasma.