Plasma

Kajian Analitik Mekanika Statistik untuk Plasma

Kajian Analitik Mekanika Statistik untuk PlasmaResti Marlina (20214010)Lulu B. Puteri (20214012)Miftahul Husnah (202140601

OutlineApa itu Plasma ?Termodinamika PlasmaAplikasi Plasma

Apa itu Plasma ?

Apa itu Plasma ?Plasma adalah fasa keempat dalam tingkatan fasa keadaan dimana beberapa atau seluruh elektron terlepas dari atom (terionisasi)

ENERGIENERGIENERGI(M. Nur, Fisika Plasma dan Aplikasinya, 2011)

(http://www.plasmatreat.com/plasma-technology/what-is-plasma.html)

Apa itu Plasma ?Berdasarkan proses terbentuknya, plasma terdiri dari 2 jenis:Plasma AlamDibuat oleh alamIonisasi akibat radiasi kosmikPlasma LaboratoriumDibuat dalam skala labIonisasi akibat beda potensial

(http://www.szfki.hu/EN/gdp)

5

Apa itu Plasma ?Pada plasma terdapat 4 macam tumbukan:Tumbukan elektron-ion

Tumbukan ion-elektron

Tumbukan ion-ion

Tumbukan elektron-elektronelektronionelektronionionionelektronelektron

Apa itu Plasma ?Secara ringkas, energi dan momentum dari masing-masing tumbukan diberikan pada tabel berikut:(M. Nur, Fisika Plasma dan Aplikasinya, 2011)

Termodinamika Plasma

Termodinamika PlasmaAnalisis Statistika PlasmaAlasanStatistik yang digunakanSemi-klasik tak terbedakan-Ensemble yang memenuhiEnsemble Grand Kanonik

Meninjau sistem terbukaDapat terjadi perubahan energi (E) Dapat mengalami perubahan jumlah partikel (N) akibat proses ionisasi

Termodinamika PlasmaDalam menyelesaikan besaran Termodinamika dalam plasma, kita tinjau 1 jenis partikel dalam plasma

Besaran Entropi (S) didapat dari hipotesa Boltzmann (hub antara entropi & probabilitas keadaan makroskopik)

dengan menggunakan pendekatan Stirling, entropi menjadidengan

Termodinamika Plasmaatau

Termodinamika PlasmaTinjauan 1 jenis partikel

Tekanan (P)dengan menggunakan diferensial fungsi Helmholtz, tekanan sistem diperoleh

Entalpi (H)dengan definisi nilai entalpi didapatkan,

Termodinamika PlasmaTinjauan 1 jenis partikel

Energi bebas Gibbs (G)dengan definisi nilai energi bebas Gibbs didapatkan,

Semua besaran termodinamika yang diberikan memperlihatkan fungsi partisi total sistem

Termodinamika PlasmaTinjauan 1 jenis partikel

Jika jenis partikel yang diperhitungkan dianggap gas ideal (hipotesa), maka fungsi partisi diberikan(Fungsi Partisi tiap partikel)(Fungsi Partisi total/sistem)

Termodinamika PlasmaTinjauan 1 jenis partikel

Dengan asumsi gas ideal, maka persamaan termodinamika dalam plasma diberikan

Energi bebas Gibbs menjadi,

Dengan menggunakan persamaan umum :

Termodinamika PlasmaDalam kasus plasma (yg terdiri dari campuran elektron, ion, dan partikel netral), fungsi termodinamika global harus diperhitungkan untuk setiap jenis partikel.

Tumbukan dalam plasma memiliki sifat reaktif (ionisasi, disosiasi) dimana tumbukan reaktif ini mengubah jumlah partikel Nk

Secara fisis, mekanisme ini akan meningkatkan temperatur dan terjadi penguapan

Termodinamika Plasma Pada kesetimbangan jumlah total partikel dalam plasma:

Untuk jenis partikel K, Energi partikel (tanpa tumbukan reaktif) menjadi:

Termodinamika PlasmaTinjauan tumbukan reaktif

Tumbukan yang terjadi bersifat reaktif (ionisasi-rekombinasi-disosiasi) mengikuti persamaan reaksi:

dengan

Tiap partikel (A,B) yang terbentuk, energi yang diberikan pada tiap partikel K dirumuskan:Energi ambang (ionisasi)Penurunan energi ambang(akibat interaksi Coulomb)

Termodinamika Plasma

Termodinamika Plasma

Energi yang dibutuhkan dalam pembentukan suatu jenis partikel K

Termodinamika PlasmaTinjauan tumbukan reaktif

Besaran Entropi (S) Entropi total untuk sistem plasma diberikan :

dengan

Energi bebas Helmholtz (F)

Termodinamika PlasmaTinjauan tumbukan reaktif

Energi sistem (E)

Tekanan Sistem (P)

Entalpi Sistem (H)

Energi bebas Gibbs (G)

Semua besaran termodinamika yang diberikan memperlihatkan fungsi partisi total sistem

Termodinamika PlasmaTinjauan tumbukan reaktif

Fungsi Partisi Total Entropi total untuk sistem plasma diberikan :

Untuk energi dan tekanan pada plasma di dapatkan:Energi (E)

Tekanan (P)

Termodinamika Plasma

Termodinamika PlasmaPersamaan Tekanan dalam Plasma

Aplikasi Plasma

Aplikasi PlasmaPlasma 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(http://www.tokamak.info)27

Aplikasi PlasmaTeknologi SemikonduktorPlasma 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)28

Aplikasi PlasmaPlasma DisplayBeda 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)

29

KesimpulanHukum Termodinamika pada plasma berbeda dengan hukum termodinamika dalam gas ideal karena terdapat faktor koreksi pada sistem plasma.

Dari penurunan hukum termodinamika plasma didapatkan tekanan gas plasma selalu lebih rendah dibanding tekanan pada gas ideal.TERIMA KASIH