Suka Baca: Penjelasan tentang zat plasma

Penjelasan tentang zat plasma

Di sekolah kita diajari bahwa fase zat ada tiga yakni padat, cair, dan gas. Apabila zat dengan fase PADAT dipanaskan maka temperaturnya akan naik, dan kemudian akan berubah menjadi fase CAIR, dan apabila terus dipanaskan maka zat cair tersebut akan berubah lagi menjadi fase menjadi GAS. Pertanyaannya apabila zat dengan fase gas ini dipanaskan terus-menerus apa yang akan terjadi? Ternyata zat tersebut akan berubah menjadi fase PLASMA.

Rahasianya terletak pada kenyataan bahwa mengapa jika kita memberikan panas pada zat (misalnya fase PADAT seperti es), ada suatu kondisi dimana panas tersebut tidak lagi digunakan untuk menaikkan temperatur/suhunya lagi, melainkan akan digunakan untuk mengubah fase zat padat menjadi CAIR. Demikian seterusnya setelah suhu air terus naik, akan ada kondisi panas yang kita berikan akan digunakan untuk kembali mengubah fase zat dari CAIR menjadi GAS? Hal yang sama juga akan terjadi jika GAS terus dipanaskan terus-menerus, maka akan berubah fase menjadi PLASMA.

Plasma adalah gas yang terionisasi, artinya gas tersebut sudah kehilangan elektron2nya. Kita tahu bahwa sebuah unsur terdiri atas elektron dan nukleus (yang terdiri atas proton dan neutron). Dalam zat padat, atom2 terikat satu sama lain membentuk molekul, yang masing2 terikat dalam suatu ikatan kimia yang kuat. Pada zat cair, molekul2 terikat dalam ikatan kimia lemah, dan dalam gas, molekul2 terpisah satu sama lain tanpa adanya ikatan kimia.

Nah dalam plasma, unsur2 tersebut tidak lagi bersatu membentuk molekul, dan unsur2 tersebut kehilangan elektron2nya. Jadi dalam plasma, yang ada adalah sebuah “sup” yang terdiri atas nukleus dan elektron.

Karena plasma memiliki banyak elektron bebas, maka plasma dapat menjadi konduktor yang baik sekali. Contoh plasma adalah lampu neon atau display komputer.

APAKAH API ADALAH PLASMA? api itu perubahan dari gas ke plasma… karena klo plasma adalah gas yang terionisasi dengan sempurna tetapi api masih terionisasi sebagian…

Bola plasma

MENGENAL PLASMA LEBIH JAUH

Plasma sifatnya berbeda menurut komposisi partikel-partikel bermuatannya, sehingga plasma seringkali dipandang sebagai fase ke empat dari zat. Fase zat klasik yang sudah kita kenal adalah fase gas, cair, dan padat. Jadi, yang keempat adalah fase plasma.

Plasma dapat terjadi secara alamiah, terutama dalam ruang angkasa. Zat-zat yang terdapat di perut bintang (matahari) dan ruang antarbintang, selalu dalam keadaan fase plasma. Lapisan-lapisan bagian dari angkasa planet juga sering berujud plasma. Sebagai contoh, ionosfer juga merupakan lapisan plasma di angkasa bumi kita. Ionosfer biasanya dibagi menjadi dua lapisan.

Lapisan bawah disebut lapisan E (terkadang juga dikenal sebagai lapisan Kennelly-Heaviside) yang terbentang antara 80 sampai 113 kilometer di atas permukaan Bumi. Lapisan ini memantulkan gelombang radio frekuensi rendah. Lapisan yang lebih tinggi disebut lapisan F (sering pula disebut lapisan Appleton), memantulkan gelombang radio frekuensi tinggi. Lapisan ini masih dibagi lagi menjadi lapisan F1, terbentang 180 km di atas Bumi, dan lapisan F2 yang dimulai di ketinggian 300 km di atas permukaan bumi. Lapisan F berkembang pada malam hari. Itulah sebabnya, pada malam hari gelombang radio lebih kuat dipantulkan daripada waktu siang. Lapisan teratas termosfer juga digolongkan ke dalam plasma. Lapisan ini diperkirakan terbentang antara 85 sampai 1.000 km. Lapisan ini juga dikenal sebagai lapisan ionosfer batas-batas ionosfer bervariasi sesuai dengan aktivitas matahari.

Lapisan terbawah termosfer yang diperkirakan terbentang antara 130 sampai 180 km, sangat sulit untuk dieksplorasi. Satelit tidak bisa mengorbit di wilayah ini, karena akan terjatuh dengan cepat dan terbakar akibat gesekan dengan atmosfer. Balon tidak dapat mencapai ketinggian ini, bahkan roket harus bergerak dengan kecepatan tinggi untuk dapat melewati lapisan ini.

Plasma alam yang lainnya adalah apa yang dinamakan dengan sabuk Van Allen yang melingkari bumi dan badai matahari (solar storm) yang terus menyebar keluar dari matahari memasuki daerah sistem matahari. Cahaya kilat merupakan salah satu dari sekian contoh plasma alam yang sering kita lihat ketika musim penghujan.

Plasma dapat juga dibuat oleh manusia, terutama di dalam laboratorium fisika plasma, seperti Lawrence Livermore Laboratory dan Tokamark Laboratory (milik Rusia). Yang paling penting dari laboratorium tersebut adalah bagaimana cara mengurung plasma untuk menghasilkan tenaga listrik berdasarkan reaksi fusi nuklir (penggabungan inti-inti atom) yang terkawal, walaupun sampai sekarang belum berhasil 100%. Namun, plasma buatan manusia dapat digunakan untuk keperluan sehari-ahri. Gas-gas yang ’’diionkan’’ sering digunakan dalam lampu flouresensi, lampu merkuri, neon, dan sejumlah tabung hampa merupakan suatu plasma.
Sejarah Penemuan Fisika plasma dikembangkan berdasarkan pengkajian pelepas muatan dalam gas, suatu bidang yang berkembang dengan pesatnya pada akhir abad ke-20. Pada tahun 1920, fisikawan Amerika Serikat Irving Langmuir menemukan sains fisika plasma modern dan yang permulaan sekali menggunakan istilah ’’plasma’’ untuk menyebut gas-gas yang terionisasi.

Pada 1939, fisikawan dari Universitas Cambridge Edward V Appleton menemukan ionosfer yang membuktikan gelombang elektromagnetik di dalam plasma. Fisikawan Swedia Hannes Alven yang merintis bidang fisika plasma menulis artikel di majalah Science berjudul ’’For a Riview on Electrodynamic Cosmology’’ yang menyebabkan ia mendapat penghargaan Nobel Fisika pada tahun 1970, untuk karyanya tentang sifat-sifat dasar plasma.

Usaha yang intensif pemakaian tenaga nuklir untuk fisika plasma dimulai sekitar tahun 1950-an, pada saat penelitian reaksi-reaksi termonuklir yang terkawal, yang dimulai hampir serentak di AS, Inggris, Rusia, dan Jerman.
Plasma Alami Kilat atau petir merupakan salah satu contoh yang tepat mengenai kejadian di alam yang ada kaitannya dengan plasma. Kilat ialah pelepasan muatan listrik yang sangat kuat antarawan-awan yang bermuatan listrik atau antarawan bermuatan dengan bumi. Suatu kilat petir akan memanaskan lintasannya dan meninggalkan daerah yang dilaluinya terionisasi dan terjadilah plasma.

Satu satu contoh lagi, aurora borialis (cahaya kutup utara). Aurora akan terjadi bila elektron-elektron kuat di bagian bawah dan ke lapisan atmosfer yang lebih padat, kemudian menghasilkan pelepasan muatan listrik serta menimbulkan cahaya. Gas yang diionkan dalam pelepasan muatan aurora itu merupakan plasma.

Bagian sebelah dalam dan atmosfer matahari (bintang), dari plasma yang terbentuk sebagai hasil suhu yang sangat tinggi yang dibangkitkan di perut bintang atau matahari. Atmosfer sebelah luar matahari, korona matahari, berupa plasma tipis yang mempunyai kerapatan elektron sekitar 1013 elektron/m3 pada suhu 1.000.000 Kelvin. Zat yang datang dari korona akan mengalir keluar secara kontinyu melewati planet-planet. Arus zat tersebut yang dinamakan badai matahari (solar storm), akan berinteraksi dengan daerah sebelah luar atmosfer bumi dan medan-medan magnetnya. Juga arus badai matahari akan menyebabkan ekor komet berarah menjauhi matahari.

Beberapa perilaku bintang meledak (supernova) dan bintang-bintang neutron atau black hole (lubang hitam), neutron dapat diinterpretasikan medan elektromagnet dengan plasma. Sebagai contoh ialah pulsa radiasi yang teratur dikeluarkan oleh sumber pulsar, yang pada umumnya dipandang sebagai neutron.

Ruang antar bintang (interstellar cloud) ini juga diisi dengan bagian-bagian gas yang terionisasi yang dapat digambarkan sebagai plasma., Ia mempunyai rapat elektron sekitar 106 elektron/m3 dan suhunya berkisar antara 10 ñ 100 Kelvin. Kenyataan umumnya, alam semesta ini berada dalam keadaan fase plasma banyak dikembangkan dan diteliti para ahli astrofisika.
Gelombang Gelombang elektromagnet dapat dikatakan merambat dalam plasma, jika frekuensi gelombang itu lebih tinggi ketimbang frekuensi batas yang disebut frekuensi plasma (fp). Sebaliknya, gelombang elektromagnet akan dipantulkan oleh plasma jika frekuensi plasma (fg) lebih tinggi ketimbang frekuensi gelombang itu.

Syarat untuk rambatan dapat dituliskan sebagai (fg fp) dan syarat untuk pantulan (fg>fp), bergantung pada kerapatan elektron di dalam plasma. Semakin tinggi rapat elektron, semakin tinggi pula frekuensi plasmanya. Ini penting untuk komunikasi radio gelombang mikro ( 5 ñ 40 MHz), termasuk beberapa frekuensi plasma ionosfer selama siang hari lebih tinggi ketimbang malam hari. Akibatnya, frekuensi-frekuensi yang lebih tinggi (panjang gelombang lebih pendek) akan dipantulkan oleh ionosfer selama siang hari dan berarti dapat digunakan untuk komunikasi radio siang.

Satu-satunya cara yang dapat ditempuh para fisikawan untuk dapat menghasilkan plasma di dalam alam atau laboratorium ialah dengan pemanasan tinggi gas biasa yang dilakukan secara intensif. Setelah pemanasan tinggi gas dimulai, maka tenaga molekul-molekul untuk melakukan tumbukan menjadi besar, sehingga dapat memecahkan molekul menjadi atom-atom. Dengan menaikkan suhu lebih lanjut, tumbukan antaratom-atom akan menghasilkan banyak elektron dan ion-ion. Dan, pada suhu tertentu di mana jumlah ion-ion dan elektron-elektron menjadi lebih besar lagi, terbentuklah plasma, Kenaikan suhu selanjutnya akan menghasilkan ionisasi yang paling sempurna.

Tenaga paling banyak yang diperlukan untuk mengionkan molekul dan atom sekitar 10 elektron volt yang ada hubungannya dengan suhu sekitar 100.000 Kelvin. Suhu plasma seringkali dinyatakan dalam elektron volt (eV), di mana 1 eV sama dengan 11.600 Kelvin. Di dalam laboratorium, metode yang paling umum untuk dapat menghasilkan plasma ialah dengan melewatkan elektron-elektron bertenaga tinggi melalui suatu gas. Elektron-elektron ini mengionakan atom-atom netral gas tersebut, yang akan menghasilkan plasma. Elektron-elektron bertenaga tinggi juga menghasilkan suhu yang teramat tinggi. Oleh sebab itu dapat mempertahankan konsentrasi tinggi ion-ion dan elektron-elektron membentuk plasma tersebut. Plasma laboratorium mempunyai rapat elektron dari 1016 sampai 1024 elektron/m3 dan suhunya berkisar 100.000 – 10.000.000 K.

Kebanyakan riset fisika plasma sekarang ini merupakan bagian dari upaya manusia untuk mendapatkan energi besar dari penggabungan inti atom atau fusi isotop-isotop berat hidrogen. Reaksi fusi ini memerlukan pembatasan plasma pada suhu paling sedikit 10.000.000 K. Teknik pembatasan plasma pada umumnya harus menggunakan medan magnet yang bekerja sebagai wadah atau botol magnetis. Akan tetapi, penggunaan medan magnet akan membuat plasma menjadi lebih sukar untuk dianalisis dan dikawal.

Ilmu fisika konvensional membagi zat menjadi tiga, padat, cair, dan gas. Kemudian muncul pertanyaan, “Tergolong zat apakah api?” Sejak itu zat di dunia bertambah satu, yaitu plasma, contohnya api. Di sini, ciri utama plasma adalah mengandung panas. Namun, kita juga mengenal kata plasma dengan makna-makna lain yang berbeda-beda.

Kata plasma dalam ilmu hayat atau biologi mengacu kepada bagian darah yang berbentuk cair, atau sel yang mengandung zat-zat pendukung kehidupan (protoplasma). Zat plasma ini bukanlah plasma seperti pada kata plasma darah, kata yang paling umum digunakan berkaitan dengan plasma dalam bidang Biologi. Berbeda dengan air, plasma lebih merupakan koloid, benda cair yang mengandung partikel zat padat di dalamnya. Contoh koloid yang paling sering disebut adalah susu, dan salah satu ciri utama koloid adalah bahwa ia tembus cahaya. Maka, untuk mudahnya, plasma dapat dibayangkan, antara lain, sebagai zat cair kental yang tembus cahaya.

Akan tetapi, orang modern sekarang yang tinggal di kota kosmopolitan terutama mengenal plasma. Contohnya, sebagai salah satu produk teknologi televisi terbaru berlayar lebar, TV Plasma. Televisi berlayar plasma merupakan hasil pengembangan teknologi terbaru setelah LCD (liquid crystal display). Televisi berlayar LCD memiliki kelemahan, yakni tidak menghasilkan gambar cukup tajam untuk ukuran layar yang terlalu luas (di atas bentangan diagonal 29 inci). Maka orang beralih ke layar plasma, Teknologi yang memanfaatkan energi panas listrik untuk membentuk citra pada layar yang terdiri atas elektron dan proton dalam wujud gas.

Dengan demikian, plasma dalam ilmu pengetahuan alam (IPA) berarti zat yang bisa berwujud cair atau gas dan memiliki sifat transparan terbatas. Disebut transparan terbatas sebab sifat transparan plasma tidak sebening kaca, melainkan cuma menyerupai transparansi pada kaca buram (kaca es). Objek di balik plasma tidak tampak jelas, tetapi hanya “setengah jelas”.

Jika diusahakan diterjemahkan menjadi kata Indonesia, plasmacluster sama dengan gugusan plasma atau gugusplasma.

Namun lebih dominant dalam Fisika, Plasma di defenisikan sebagai zat keempat di samping zat klasik: padat, cair, dan gas. Plasma zat keempat ini ditemukan pada tahun 1928 oleh ilmuwan Amerika, Irving Langmuir (1881-1957) dalam eksperimennya melalui lampu tungsten filament. Ia mengatakan Plasma adalah gas terionisasi yang merupakan keadaan benda-benda fase berenergi yang disebut sebagai “ keadaan benda ke empat “. Dimana beberapa elektron di orbit atom terluar telah terpisah dari atom atau molekul. Hasilnya adalah sebuah daerah yang penuh dengan ion dan elektron yang tidak terikat satu sama lain (group partikel yang lepas ).

Dalam zat klasik muatan positif dari tiap inti atom sama dengan jumlah semua elektron yang mengorbit disekelilingnya. Dengan demikian, muatan listrik pada tiap-tiap atom adalah nol atau netral. Hal ini juga terjadi pada plasma, meskipun pada plasma terdapat elektron dan ion yang menghantarkan listrik, namun plasma secara makro bermuatan netral. Artinya bila di ukur, plasma memiliki jumlah elektron dan ion yang sama. Selain itu partikel bermuatan yang dipengaruhi oleh gaya magnet dan medan listrik terdapat pada plasma. Dimana, plasma dipengaruhi oleh gaya magnet dan gaya listrik secara kuat dan sebaliknya partikel plasma mempengaruhi distribusi medan magnet dan medan listrik. Gerakan partikel dalam plasma akan membangkitkan medan listrik dan arus listrik pada plasma itu sendiri. Hal ini yang menyebabkan plasma menjadi unik dan menarik untuk dipelajari, dan disebut juga zat yang komplek.

Plasma ini sangat mudah dibuat, caranya dengan pemanfaatan tegangan listrik. Contoh, hadapkan dua electrode di udara bebas. Seperti kita ketahui udara adalah isolator, materi yang tidak menghantarkan listrik. Namun, apabila pada dua electrode yang diberikan tegangan listrik yang cukup tinggi (10 kV<), sifat konduktor akan muncul pada udara tersebut, yang bersamaan dengan itu pula arus listrik mulai mengalir (electrical discharge), fenomena ini disebut eletrical breakdown.

Mengalirnya arus listrik menunjukkan akan adanya ionisasi yang mengakibatkan terbentuknya ion positif serta elektron pada udara di antara dua elektrode tadi. Semakin besar tegangan listrik yang diberikan pada elektrode, semakin banyak jumlah ion positif dan elektron yang terbentuk. Aksi-reaksi yang terjadi antara ion positif dan elektron dalam jumlah banyak ini menimbulkan kondisi udara di antara dua electrode ini netral, inilah plasma. Singkatnya kata plasma adalah kumpulan dari electron bebas, ion dan atom bebas.