22
kinetic elektron lebih besar dari gaya elektrostatik logam, maka elektron tersebut keluar dari permukaannya dan menjadi elektron
bebas pada udara disekitar permukaan logam tersebut, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.6 berikut.
Gambar 2.6 Emisi Termis
2.3 Mekanisme Tembus Listrik pada Udara
Ada 2 teori meklanisme tembus listrik pada udara, yaitu mekanisme Townsend dan mekanisme Streamer. Mekanisme towsend hanya berlaku
pada medan listrik seragam, sedangkan mekanisme Streamer berlaku pada medan listrik seragam maupun tidak seragam.
2.3.1 Mekanisme Townsend
Mekanisme ini ditemui ketika dua plat sejajar mempunyai jarak yang sempit dihubungkan dengan sumber tegangan. Dari
Gambar 2.7 dapat dijelaskan bahwa didalam udara terdapat electron bebas yang disebabkan karena peristiwa ionisasi foton dan radiasi
sinar ultraviolet dan juga terdapat molekul-molekul netral. Apabila kedua elektroda dihubungkan dengan sumber tegangan maka timbul
medan listrik E yang arahnya dari anoda ke katoda. Akibat adanya medan listrik, maka e
a
elektron bebas akan mengalami gaya F yang arahnya berlawanan dengan arah medan listrik E.Karena
adanya gaya F maka e
a
bergerak dari dari katoda ke anoda. Dalam perjalanan menuju anoda, elektron bebas membentur molekul netral.
Jika energi kinetik elektron bebas yang membentur molekul netral lebih besar dari energi ikat elektron molekul netral maka akan terjadi
Universitas Sumatera Utara
23
ionisasi benturan. Ionisasi benturan menghasilkan satu elektron bebas baru e
b
dan satu ion positif.Jadi e
a
dan e
b
terus bergerak menuju anoda.Dalam perjalannya menuju anoda e
a
dan e
b
membentur lagi molekul netral sehingga terjadi lagi ionisasi sehingga jumlah elektron
bebas dan ion positif semakin banyak.Ion positif bergerak menuju katoda dan terjadilah benturan antara ion positif dengan permukaan
katoda yang disebut dengan emisi benturan ion positif.Dari permukaan katoda muncul elektron-elektron baru hasil emisi ion
positif membentur lagi molekul netral sehingga terjadi lagi ionisasi sehingga jumlah elektron dan ion positif semakin banyak. Selama
medan listrik masih ada maka proses ionisasi benturan dan emisi ion positif akan terus berlangsung sehingga terjadilah banjiran elektron
dan ion positif. Ion positif yang membentur katoda semakin banyak sehingga elektron hasil emisi ion positif semakin banyak yang
menyebabkan banjiran muatan seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.8. Muatan yang berpindah dari katoda ke anoda semakin
besar yang dimana perpindahan muatan sebanding dengan arus dan dalam selang waktu tertentu perpindahan muatan akan terus
bertambah yang menyebabkan banjir muatan dan arus pun semakin besar yang kemudian terjadilah tembus listrik.
Gambar 2.7 Elektron-Elektron Bebas di Udara
Universitas Sumatera Utara
24
Gambar 2.8 Banjiran Elektron Penyebab Tembus Listrik 2.3.2 Mekanisme Streamer
Mekanisme Streamer berlaku pada medan listrik seragam maupun tidak seragam. Udara yang berada di antara dua plat sejajar
yang diberi tegangan, akan mengalami terpaan medan listrik sebesar E
yang seragam. Elektron bebas di udara yang dihasilkan dari proses ionisasi radiasi sinar kosmis atau fotoionisasi akan mengalami gaya
yang arahnya menuju anoda.Dalam perjalanannya, elektron ini akan menyebabkan proses ionisasi benturan sehingga terbentuk suatu
muatan. Karena adanya muatan ruang pada celah, maka medan listrik pada celah kedua plat berbeda pada setiap bagian pada celah, seperti
yang dapat dilihat pada Gambar 2.9 berikut.
Gambar 2.9 Medan pada Celah karena Adanya Muatan Ruang
Ada dua jenis streamer:
Universitas Sumatera Utara
25
a.
Positif, atau streamer yang mengarah ke katoda
b.
Negatif, atau streamer yang menuju ke anoda a. Streamer Positif
Karena massa elektron yang lebih ringan dari pada ion positif, maka pergerakan elektron lebih cepat daripada ion positif.
Saat elektron bebas sudah mencapai anoda dan masuk ke dalam anoda, ion positif dapat dianggap masih dalam posisi semulanya.
Ion positif yang tertinggal ini membentuk muatan ruang seperti kerucut dengan muatan yang terkonsentrasi pada bagian depan
kerucut kawasan P dan Q dekat anoda sehingga medan listrik di sekitarnya lebih besar dibandingkan dengan bagian runcing
kerucut, seperti yang dapat dilihat pada gambar 2.10.
Gambar 2.10 Ion Positif Masih Berada pada Posisinya Saat
Elektron Telah Masuk ke dalam Anoda
Kemudian elektron bebas baru terbentuk dari proses fotoionisasi dan bergerak ke daerah P dan Q. Selama perjalanan,
elektron ini akan membentur molekul netral dan membentuksuatu banjiran muatan sekunder, seperti yang dapat dilihat pada Gambar
2.11.
Universitas Sumatera Utara
26
Gambar 2.11 Terbentuknya Banjiran Muatan Sekunder dari
Elektron Bebas Baru
Banjiran elektron pada banjiran muatan ini akan bergerak menuju bagian depan kerucut dan membentuk plasma. Plasma adalah
gas terionisasi, yaitu gas yang memiliki banyak elektron bebas dan ion positif. Karena plasma memiliki elektron bebas dan ion positif,
medanlistrik pada plasma lebih rendah daripada medan listrik E .
Bagian depan kerucut memendek karena terbentuknya plasma tersebut, tetapi medan listrik di sekitarnya masih tinggi. Proses pembentukan
banjiran muatan sekunder terjadi lagi di sekitar bagian depan kerucut lagi dan membentuk plasma sehingga plasma memanjang, seperti yang
dapat dilihat pada Gambar 2.12.
Gambar 2.12 Ion Positif dan Elektron Membentuk Plasma dan
Banjiran Muatan Lain Terbentuk
Universitas Sumatera Utara
27
Proses ini akan terus berlangsung sampai plasma mencapai katoda. Saat plasma ini menghubungkan anoda dan katoda,
peristiwa lewat denyar terjadi.Mekanisme ini disebut mekanisme Streamer positif karena plasma memanjang dari anoda ke katoda.
b. Streamer Negatif
