BERKENALAN DENGAN PLASMA

Lucutan gas merupakan salah satu kajian fisika yang sudah cukup lama digeluti. Gas yang pada kondisi normal bersifat sebagai isolator, pada kondisi tertentu dapat berubah menjadi konduktor.  Dalam skala laboratorium lucutan elektrik dapat dilakukan dalam tabung berisi gas atau pada udara tekanan atmosfir dengan tegangan tertentu. Secara garis besar lucutan gas dapat diklasifikasikan menjadi dua, yaitu:  Lucutan tak mandiri (non-self-sustained), merupakan lucutan yang masih memerlukan energi dari luar untuk terjadinya ionisasi dan lucutan mandiri (self-sustained), merupakan lucutan yang tidak memerlukan energi atau tegangan dari luar (Nur, 2011).

           

Definisi Plasma

Plasma merupakan gas yang terionisasi, terdiri dari elektron-elektron bebas, ion-ion, atom-atom atau molekul-molekul (Fridman, 2008). Plasma adalah kumpulan partikel bermuatan yang  bergerak  bebas dalam arah acak, jumlah muatan rata-rata plasma adalah netral atau nol. Plasma didefinisikan oleh Langmuir dan Tonks sebagai gas yang terionisasi dalam lucutan listrik. Plasma dapat juga didefinisikan sebagai percampuran antara elektron, radikal, ion positif dan ion negatif. Percampuran antara ion-ion yang bermuatan positif dengan elektron yang bermuatan negatif  dan radikal, memiliki sifat-sifat yang sangat berbeda dengan gas pada umumnya, materi pada fase ini disebut fase plasma dan dianggap sebagai materi ke empat setelah padat, cair dan gas (Nur, 2011). Plasma juga dikenal sebagai fluidapenghantar (konduktif). Plasma memiliki konduktivitas listrik yang tinggi, sehingga medan listrik dalam plasma bernilai sangat kecil. Hal ini disebabkan arus yang muncul seolah-olah terhubung pendek dalam ruang akibat konduktivitas listrik yang tinggi.

Gambar 1 ilustrasi fase materi ke empat setelah fase padat, cair dan gas (Nur, 2011)

Plasma adalah gas yang terionisasi.Tetapi tidak semua gas yang terionisasi dikatakan sebagai plasma.Gas yang terionisasi mempunyai kriteria untuk disebut sebagai plasma yaitu derajat ionisasi, panjang Debye (λ_D), temperatur dan energi.Derajat ionisasi menentukan karakteristik plasma yang terbentuk. Derajat ionisasi dinyatakan dengan:

                                                                                

dengann adalah kerapatan partikel bermuatan dan n_omerupakan kerapatan partikel netral. Derajat ionisasi yang kurang dari 10^-4 diklasifikasikan sebagai gas terionisasi rendah.Di atas batas harga ini dapat dianggap sebagai gas terionisasi tinggi. Panjang Debye dinyatakan dengan persamaan:

                                                                             

di mana λ_D adalah panjang Debye dalam m, ε₀ adalah permitifitas ruang hampa (8,85 x 10^-12 C² Nm^-2), k adalah konstanta Boltzman (1,38.10^-23 J/K), T_eadalah temperatur elektron (K), n_e adalah kerapatan elektron (m^-3) dan e adalah muatan elektron (1,6 x 10^-19 C) (Naseer, 1971).

Nur, M. 2011. Fisika Plasma dan Aplikasinya: Universitas Diponegoro. Semarang.

Fridman, Alexander. 2008. Plasma Chemistry. Cambrige University Press: New York.

Nasser, E.. 1971.Fundamental of Gasseous Ionization and Plasma Electronics.Wiley-Interscience: New York.