Menjelaskan Proses Dasar Ionisasi dengan singkat

Udara ideal adalah gas yg hanya terdiri dari molekul-molekul netral, sehingga tidak dapat mengalirkan arus listrik. Tetapi dalam kenyataannya, udara yang sesungguhnya tidak hanya terdiri dari molekul-molekul netral saja tetapi ada sebagian kecil dari padanya berupa ion-ion dan electron-elektron bebas, yang akan mengakibatkan udara dan gas mengalirkan arus walaupun terbatas.Kegagalan listrik yg terjadi di udara atau gas pertama-tama tergantung dari jumlah electron bebas yg ada di udara atau gas tersebut.

Konsentrasi electron bebasini dalam keadaan normal sangat kecil dan ditentukan oleh pengaruh radioaktif dariluar. Pengaruh ini dapat berupa radiasi ultra violet dari sinar matahari,radiasiradioktif dari bumi,radiasi sinar kosmis dari angkasa luar dan sebagainya, yang kesemuanya dapat menyebabkan udara terionisasi.Jika diantara diterapkan suatu tegangan V, maka akan timbul suatu medan listrik E yg mempunyai besar dan ara tertentu.Di dalam medanlistrik,electron-elektron bebas akan mendapat energy yg cukup kuat,sehingga dapatmerangsang timbulnya proses ionisasi.

Baca Juga : 

Besarnya energy tersebut adalah :

U = e.V = ½.me.ve2

Dimana ;

e = muatan electron

V = beda potensial antara kedua elektroda

me= massa electron

ve = kecepatan electron

  • Ionisasi karena Benturan Elektron

Jika gradien tegangan yang ada cukup tinggi maka jumlah elektron yangdiionisasikan akan lebih banyak dibandingkan dengan jumlah ion yang ditangkapmolekul oksigen. Tiap-tiap elektron ini kemudian akan berjalan menuju anodasecara kontinu sambil membuat benturan – benturan yang akan membebaskanelektron lebih banyak lagi. Ionisasi karena benturan ini merupakan proses dasaryang penting dalam kegagalan udara atau gas.

Sebuah electron tunggal yg di bebaskan oleh pengaruh luar akan menimbulkan banjiran electron (avalanche), yaitu kelompok electron yg bertambah secara cepatdan bergerak maju meninggalkan ion positif pada lintasannya.efektivitas ionisasikarena benturan (tumbukan ) electron ditentukan oleh energy (lihat persamaan 1-1)atau kecepatan electron pembentur yaitu :

Ve=√(2.v.e/me)

Jika kecepatan electronsangat lambat,misalnya oleh sebab tegangan V yg diterapkan rendah, maka tidak akan terjadi proses ionisasi,karena energy yg dihasilkan tidak cukup kuat untuk membebaskan electron berikutnya. Jika kecepatan electron terlalu tinggi, maka ionisasi juga sulit terjadi. Dalam keadaan seperti ini ada kemungkinan electron bebas tersebut dalam pergerakannya akan mendekati sesuatu atom, tanpa mengeluarkan electron dri padanya.Dari kedua hal tersebut dapat disimpulkan bahwa dalam proses ionisasi, ada sesuatu kecepatan electron yg optimum, dimana keboleh jadian (probability0 adalah maksimum).

Yg dimaksud dengan kecepatan electron yg optimum adalah suatukecepatan yg tepat untuk dapat memecahkan atom menjadi electron dan ion.Selainitu kecepatan yg optimum ini harus sering terjadi supaya bila gerakan yg pertamatidak dapat membentur atom,maka gerakan yg berikutnya diharapkan dapatmembentur atom dan membebaskan electron dari padanya.Didalam proses ionisasi dikenal satuan ionisasi,atau kebolehjadian ionisasi(probability of ionization) yg didefinisikan sebagai jumlah pasangan ion yg dapatdibebaskan oleh electron yg bergerak sepanjang lintasan 1cm dalam gas padatekanan 1 mm Hg.

  • Ionisasi karena Cahaya (Fotoionisasi)

Untuk memungkinkan terjadinya prosesionisasi,diperlukan energy. Suatu sinar (cahaya) dengan frekuensi ν akanmempunyai energy sebesar :

U = hν

Di mana

h = konstanta Planck

Kuantum energy atau foton ini dapat mengionisasikan molekul yg netral dalam gas jika

U = hν ≥ eVi 

Di mana

Vi = potensial ionisasi.

Dari persamaan dapat dilihat bahwa energi yg dating harus lebih besar dariatau sama dengan energi yg diperlukan untuk membebaskan electron dari molekulgas.

Bila hν ˂ eVi

 Maka energi yg dating tidak akan menyebabkan terjadi ionisasi.Tetapi energi iniakan diserap oleh molekul atau atom akan naik ke tingkat yg lebih tinggi darienergi semula.Hal ini dapat dinyatakan sebagai:

A + hν –› A1

Bila hν ˃ eV1

maka kelebihan energi ini akan dialihkan kepada electron yg dibebaskan dalam bentuk energi kinetik

hν = eV1 + ½mev2

  • Ionisasi karena Panas (Ionisasi Termal)

Pada prinsipnya proses ionisasi karena panas (thermal) tidak berbeda dengan proses ionisasi karena benturan dan cahaya.Perbedaannya terletak pada jenis energiyg diberikan kepada molekul atau gas netral.Jika gas dipanasi sampai suhu ygcukup tinggi,maka banyak atom netral akan memperoleh energi yg diperlukanuntuk mengionisasikan atom-atom yg mereka bentur.

electron yg dibebaskan oleh proses ionisasi

Pada umumnya istilah ionisasi termal mencakup hal-hal sebagai berikut:

  • Ionisasi karena benturan antara molekul-molekul atau atom gas yg bergerakdengan kecepatan tinggi akibat suhu yg tinggi.
  • Ionisasi karena radiasi panas/benturan electron.Ionisasi termal adalah sumberionisasi utama pada api (flames) dan busur api bertekanan tinggi.