MEKANIKA STATISTIK PLASMA

Presentasi berjudul: "MEKANIKA STATISTIK PLASMA"— Transcript presentasi:

1 MEKANIKA STATISTIK PLASMA
HARDI HAMZAH / HILMAN IMADUL UMAM /

2 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.

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

4 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

5 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

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

7 Distribusi Boltzmann

8 Distribusi Saha Hukum Saha dapat menjelaskan perbandingan antara NiNe/No

9 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

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

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

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

13 Tekanan Atau

14 Entalpi Atau

15 Energi bebas Gibbs Atau

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

17 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

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

19 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.

20 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

21 Energi EK untuk NK Partikel
Dengan mendefinisikan Sehingga dapat dituliskan juga

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

23 Energi Sistem (E) Entalpi Sistem (H)

24 tekanan Sistem (P) Energi bebas Gibbs (G)

25 Dengan mensubtitusikan fungsi berikut
Ke fungsi dengan Diperoleh fungsi Partisi Total

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

27 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.

28 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

29 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)

30 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. (

31 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.