FEROMAGNETIK

1

FEROMAGNETIK

Berdasarkan perilaku molekulnya di dalam medan magnetik luar, bahan terdiri atas tiga kategori, yaitu paramagnetik, diamagnetik, dan feromagnetik (antiferomagnetik dan ferrimagnetik). Sebagian besar mineral di alam bersifat diamagnetik atau paramagnetik. Namun, ada beberapa mineral yang bersifat feromagnetik. Mineral-mineral ini yang umumnya tergolong dalam oksida besititanium, sulfide besi dan hidrooksida besi yang disebut sebagai mineral magnetik. Dari segi kuantitas keberadaan mineral- mineral ini sangat kecil.

Tabel 1.1 Sifat magnetik dari sejumlah mineral magnetik Suseptibilitas Magnetik

Massa Mineral

Mineral Magnetik Magnetite(Fe Magnetite(Fe3 O4; Ferimagnetik) Hematite (Fe2 O3;canted antiferomagnetik) Maghematite(Fe Maghematite(Fe2 O3 ; ferimagnetik) Ilmenite(FeTiO Ilmenite(FeTiO3; antiferomagnetik) Pyrite(FeS Pyrite(FeS2) Pyrrhotite(Fe Pyrrhotite(Fe7S8; ferimagnetik) Goethite(FeOOH; Goethite(FeOOH; antiferomagnetik)

Massa ( G )

kg m-3 )

(10-6 SI)

(10 m kg )

(0C)

5.18

1.000.0005.700.000

20.000140.000

575-585

5.26

500-40.000

10-760

675

40.00050.000

-600

45-80.000

-233

5.02

2.000.0002.500.000 2.0003.800.00035-5.000

4.62

3.200.000

69.000

320

4.27

1.10012.000

26.280

-120

-(13-17) -(7.5-39) -(10-16)

-(0.5-0.6) -(0.3-1.4) -(0.48-0.75)

-33

-0.44

4.90 4.72

Mineral non- magnetik Kuarasa(SiO2 ) 2.65 Kalsit(CaCO3) 2.83 2.17 Halite(NaCl) Halite(NaCl) Galena(PbS)

3

Volume (k)

Jenis (10

7.50

-8

3

-1

Tc

1-100

Titles you can't find anywhere else

Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.









Suseptibilitas magnetik adalah ukuran dasar bagaimana sifat kemagnetan suatu bahan yang merupakan sifat magnet bahan yang ditunjukkan dengan adanya respon terhadap induksi medan magnet yang merupakan rasio antara magnetisasi dengan intensitas medan magnet. Dengan Dengan mengetahui nilai suseptibilitas magnetik suatu bahan, maka dapat diketahui sifat-sifat magnetik lain dari bahan tersebut. m adalah suseptibilitas magnet bahan (besaran t idak berdimensi) Ada tiga kelompok bahan menurut nilai suseptibilitas magnetnya: magnetnya: 1. m < 0 : bahan dia magnetik 2. m > 0 , namum m << 1 : bahan paramagnetik 3. m > 0 , dan m >> 1 : bahan ferromagnetic

Gambar 1.1 Grafik magnetisasi bahan 1.

Paramagnetik Bahan paramagnetik adalah bahan - bahan yang memiliki suseptibiitas

magnetik G m yang positif dan sangat kecil. Paramagnetik muncul dalam bahan yang atom - atomnya memiliki momen magnetik permanen yang berinteraksi satu sama lain secara sangat lemah. Apabila tidak terdapat Medan magnetik luar,









dilawan oleh kecenderungan momen untuk berorientasi acak akibat gerakan termalnya. Perbandingan momen yang menyearahkan dengan medan ini bergantung pada kekuatan medan dan pada temperaturnya. Pada medan magnetik luar yang kuat pada temperatur yang Sangat rendah, hampir seluruh momen akan disearahkan disear ahkan dengan medannya (Tipler, 2001).

Gambar 1.2 Arah orientasi momen dipol magnet bahan (a). Tanpa medan magnet luar (b). Dengan magnet luar. Karakteristik dari bahan yang bersifat paramagnetik adalah memiliki momen magnetik permanen yang akan cenderung menyearahkan diri sejajar dengan arah medan magnet dan harga suseptibilitas magnetiknya berbanding terbalik dengan suhu T. Variasi dari nilai susceptibilitas magnetik yang berbanding terbalik dengan suhu T adalah merupakan hukum Curie 2

G !

G !

G !

N g Q B  V

3

N Q B 3V





J J  1

(1.1)

k BT

2

2

P

(1.2)

k BT

C

(1.3)

T

Persamaan di atas adalah merupakan persamaan hukum

Curie

dimana

T

adalah









1

P g  J  J  1 2

g !

3 2



( .4)

S  1  L L  1» ¼ J  J  1 ½

1 « S

¬ 2

usepti bilitas Susepti

( .5)

G

Suhu T

0 Gambar

.3 Graf i hu bunga n antara susepti susep ti bilitas magneti gneti G ter hada p tem peratur T pada bahan parama gneti gneti (K itte ittel 996)

Sifat

gnetik k magneti denga n

i

cur

dar i baha n da pat di

pada baha n ter se se but. K andunga n

le bih satu

ter se se but. Batuan

gnetik. k. mi nera l magneti

enentuk an minera l magneti gnetik k menent

Gambar

engetahui hui menget

k andungan

mi nera l

gnetik k ini da pat diket ketahui hui mi nera l magneti

sera ngk aian peneliti penelitian, salah satunya

dar i ba ha n

2. Di

etahui hui denga n

ada la h denga n menguku r t em perat ur

upak an bahan mer up

y ang kom pl plek, ter susun susun

Dengan penguku ra n

yang ter k ka ndung

tem peratur cur i ,

dar i

da pat

dalam batua n.

.4 cont contoh be b era pa bahan parama gneti gnetik k (mem per ku kuat meda n magnet gnet)

i









tidak memiliki dipol magnet permanen. Jika bahan tersebut di dalam medan magnet, terinduksi momen dipol sedemikian rupa sehingga medan magnet di dalam bahan Bi lebih kecil kecil daripada medan luar B. Sifat diamagnetik diamagnetik ditemukan oleh oleh

Faraday pada tahun 1846 1846 ketika ketika

sekeping bismuth bismuth ditolak oleh kedua kutub magnet, hal ini memperlihatkan bahwa medan induksi dari magnet tersebut menginduksi momen magnetik pada bismuth pada arah yang berlawanan dengan medan induksi pada magnet.

Gambar 2.1 beberapa bahan diamagnetic ( memperlemah medan magnet )

3.

Feromagnetik

Feromagnetik

merupakan bahan yang memiliki nilai suseptibilitas

magnetik G m positif, yang sangat tinggi atau bahan yang mempunyai momen magnetik. Ferromagnetik memiliki elektron tidak berpasangan sehingga atom mereka memiliki momen magnet bersih. Mereka mendapatkan magnet yang kuat sifat mereka karena keberadaan domain magnetik. Dalam domain ini, sejumlah besar di saat-saat atom adalah sejajar paralel sehingga gaya magnet dalam domain yang kuat. Ketika bahan feromagnetik dalam keadaan unmagnitized, wilayah hampir secara acak terorganisir dan medan magnet bersih untuk bagian yang secara keseluruhan adalah nol. Ketika kekuatan magnetizing diberikan, domain









Cont ontoh bahan f er omagneti gnetik k yaitu itu : -

Besi esi

-

kel Nikel

-

Ko ba lt

Gambar 3.

Bahan Unmagneti gneti ed

Gambar 3.

Bahan Magneti gnetik k

Dalam ba han ini se ju jumlah kecil kecil medan dera jat

penyeara ha n yang tingg tinggii pada

be b era pa

k asus,

penyeara han

ini

gnetik k lluar da pat menye babk a n magneti

pol magneti gnetik k atomnya. momen di pol da pat

pemagnet gnetannnya telah hil h ilang. Ini Ini ter jadi k ar ena ar en gnetik k ini mengerahk an baha n- baha n f er omagneti tetangganya sehi seh ingga

dalam da era h r ua ng

satu sama lain sek ali pun pun

meda n

gnetik k diseara hk an, momen magneti

dar i da era h

ke

gnetik k iini ada lah baha n f er omagneti

Meda n

pol magneti gnetik k atom dar i momen di pol

gaya- gaya yang ku at pada

yang se m pit pit

ini dise but

ini, semua

sehi sehingga

sek ali pun pun

momen

ini

at o m

diseara hk a n

luar ny nya tidak ada lagi. Daera h r uang tem pat

pol magneti gnetik k diseara hk an mo men di pol

daera h

ber ta ha n

Dalam

gnetik. k. da era h magneti

teta pi pi

ara h

Dalam

penyeara hannya

gnetik k ttotal dar i momen magneti

kepi kepingan

nol nol dalam keadaan norma l (Ti (Ti pl pler ,

daera h

bera gam

oskopi k mi k r r oskopi

00 ).











Teori feromagnetik pertama kali dikemukakan oleh Pierre Weiss, yang berkhusus pada hipotesis berikut : 1. Suatu sampel bahan feromagnetik berisi sejumlah daerah kecil yang disebut ranah (domain), yang termagnetisasi secara spontan. Besar magnetisasi spontan sampel bahan itu secara keseluruhan ditentukan oleh jumlah vector dari momen-momen magnetic domain. 2. Magnetisasi masing-masing domain disebabkan oleh adanya perputaran, BE yang cenderung menghasilkan sususan dipole-dipole atomic yang sejajar. Medan pertukaran BE dianggap sebanding dengan magnetisasi M masingmasing domain.   

Table 3.1 Sifat magnetik magnetik Bahan Ferromagnetik Ferromagnetik Kekuatan Permeabilitas Paksaan Maksimum Relatif (Oersteds)

Material

Permeabilitas Awal Relatif

Density Kepadatan (gauss)

Besi, 99,8% murni

150

5000

1.0

13.000

Besi, 99,95% murni

10.000

200.000

0,05

13.000

78 Permalloy

8.000

100.000 100.000

0,05

7.000

Superpermalloy Superpermalloy

100.000 100.000

1.000.000

0,002

7.000 7.000

Cobalt, 99% murni

70

250

10 10

5.000









3.1 Magnetik Domain

Ferromagnetik mendapatkan sifat magnetik tidak hanya karena mereka membawa atom momen magnetik tetapi juga karena bahan tersebut terdiri dari daerah kecil yang dikenal sebagai domain magnet. Dalam setiap domain, semua dipol atom digabungkan bersama-sama dalam arah istimewa. Keselarasan ini berkembang sebagai bahan mengembangkan struktur kristal selama solidifikasi dari kondisi cair. Magnetic domain dapat dideteksi dengan menggunakan Magnetic Force Microscopy (MFM) dan gambar dari domain seperti yang ditunjukkan di bawah ini dapat dibangun.

Gambar 3.1.1 Magnet Domain Domain pada baja karbon yang dipanaskan

Selama solidifikasi, satu triliun atau saat atom lebih selaras paralel sehingga gaya magnet dalam domain yang kuat di satu arah. Bahan Ferr omagnetik dikatakan ditandai oleh "magnetisasi spontan" karena mereka mendapatkan magnetisasi saturasi di setiap domain tanpa medan magnet luar diterapkan.









jumlah tambahan kekuatan magnetisasi eksternal akan menyebabkan peningkatan tingkat internal magnetisasi. Kecil daerah magnetisasi spontan, terbentuk pada temperatur di bawah titik Curie, dikenal sebagai domain. Seperti ditunjukkan dalam ilustrasi tersebut, domain berasal dalam rangka untuk menurunkan energi magnetik. Dalam Ver.

B

terlihat bahwa dua domain akan mengurangi besarnya medan magnet luar, karena garis gaya magnetik yang dipersingkat. Pada pembagian lebih lanjut, seperti, bidang ini masih jauh berkurang.

Gambar 3.1.2 Menurunkan energi medan magnet oleh domain. (a). Garis gaya untuk domain tunggal. (b) Shortening dari garis-garis gaya dengan pembagian ke dalam dua domain. (c). Pengurangan energi lapangan dengan pembagian lebih lanjut. 3.2

Suhu Curie

Semua ferromagnetik memiliki suhu maksimum di mana properti feromagnetik menghilang sebagai hasil dari agitasi termal. Suhu ini disebut suhu Curie. Suhu Curie besi adalah sekitar 1043 K. Suhu Curie memberikan gambaran jumlah energi yang diperlukan untuk memecah jangka panjang memesan dalam









CrBr 3

37

Au2MnAl

200

Cu2MnAl

630

Cu2MnIn

500

EuO

77

EuS

16.5

MnAs

318

MnBi

670

GdCl3

2.2

Fe2 B

1015

MnB

578 Pada temperatur tertentu bahan feromagnetik akan berubah menjadi bahan

paramagnetik, temperatur transisi ini dinamakan temperatur curie. Diatas temperatur curie orientasi momen magnetik akan menjadi acak, dan suseptibilitas magnetiknya diberikan diberikan oleh persamaan: G !

Dimana

C T

 T f

C adalah

(3.2.1)

tetapan Curie dan T f adalah temperatur Curie. rie. Persamaan 3.2.1

merupakan hukum Curie- Weiss, Weiss, besar tetapan Curie adalah C !

C

!

T f

(3.2.2)

P Q 0 N ( g Q B ) 2 k

(3.2.3)









G G

s k e l p m o K 0

T

T f Gambar 3.

.

Graf ik

hu bungan antara

gnetik k G magneti

ter hada p tem peratur T

pada bahan f er omagneti gnetik k (K itte ittel, 996)

3.3 Permeabili as

ti Seper ti yang

telah dise butk an se b elumnya, perm eab ilitas

ka n menggambar k

kom ponen. Ini Ini

ke muda han denga n f luks

ada la h rasio

gnetik k magneti

kepadatan f luks unt untuk gaya

adala h

p r ope oper ti ti

mat er i

yang didir ik an di suat u

gneti magneti

ing

dan di

ili a k ili

oleh per samaa n ber ikut: kut:

m = B/H Jel Jelas bahwa per samaa n ini titik titik pada hyst hyster esi esis loop. ensi biasanya r ef er ensi Pe

ab ilit

Nila i

perm eab ilitas

ksi ksi

ada l

ka n menggambar k

ke mir ingan ku rva pada seti setia p

perm eab ilitas di ber ik an ksimum atau maksi

h titik titik di

dalam

ker tas

dan baha n

pe rm eab ilitas r elatif maksi ksimum. ke i i

n H / ku

B

tuk











Permeabilitas relatif tiba di dengan mengambil rasio permeabilitas bahan yang ke permeabilitas dalam ruang kosong (udara). Bentuk hysteresis loop bercerita banyak tentang bahan yang magnet. Kurva histeresis dari dua material yang berbeda akan ditampilkan dalam grafik. Sehubungan dengan bahan lain, bahan dengan hysteresis loop yang lebih luas memiliki: y

Permeabilitas rendah

y

Tinggi Retentivity

y

Tinggi koersivitas

y

Keengganan Tinggi

y

Sisa Magnit Tinggi

Sehubungan dengan bahan lain,









3.3.1

The Loop histeresis dan Magnetik Properties

Sebagian besar informasi dapat belajar tentang sifat-sifat magnetik material dengan mempelajari hysteresis loop nya. Sebuah hysteresis loop menunjukkan hubungan antara kepadatan fluks induksi magnet (B) dan gaya magnetizing (H) (H). Hal ini sering disebut sebagai BH loop. An Sebuah contoh hysteresis loop ditampilkan di bawah.









domain magnetik tetap selaras tetapi beberapa telah kehilangan keselarasan mereka kekuatan.) Sebagai magnetizing dibalik, kurva bergerak ke titik "c", di mana fluks telah tela h dikurangi dikura ngi menjadi nol. nol. Ini dise disebut but titik koersivitas pada kurva. (Gaya magnetizing terbalik memiliki cukup membalik domain sehingga fluks bersih dalam bahan material adalah nol.) Gaya yang dibutuhkan untuk menghapus sisa daya tarik dari disebut gaya koersif atau koersivitas material. Sebagai kekuatan magnetizing meningkat pada arah negatif, material lagi akan menjadi magnetis jenuh tetapi dalam arah yang berlawanan (titik "d"). Reducing . Mengurangi H ke nol membawa kurva ke titik "e." . Ini akan memiliki tingkat residu magnet sama dengan yang dicapai ke arah lain. Meningkatkan H kembali pada arah yang positif akan kembali B ke nol. Perhatikan bahwa kurva tidak kembali ke asal usul grafik karena beberapa gaya yang dibutuhkan untuk menghapus sisa magnetisme. Kurva akan mengambil jalan yang berbeda dari titik "f" kembali ke titik jenuh dimana dengan lengkap loop. Dari loop histeresis, sejumlah sejumlah sifat magnet utama bahan dapat ditentukan. 1.

etentivity R etentivity

- Sebuah ukuran kepadatan fluks sisa sesuai dengan induksi









5.

eengganan K eengganan

- Apakah oposisi bahwa bahan feromagnetik menunjukkan

untuk pembentukan pembentukan medan magnet. magnet. Keengganan analog dengan dengan resistensi dalam sebuah sirkuit listrik.

3.4

Aplikasi Feromagnetik

3.4.1

Elektromagnet

Elektromagnet biasanya dalam bentuk inti besi solenoida . Feromagnetik milik inti besi penyebab internal domain magnetik besi untuk berbaris dengan lebih kecil mengemudi medan magnet dihasilkan oleh arus dalam solenoida. Efeknya adalah perkalian medan magnet oleh faktor-faktor dari puluhan bahkan ribuan. Solenoida bidang hubungan adalah

Dan k adalah permeabilitas relatif dari besi itu, menunjukkan efek pembesar dari inti besi.









Gambar 3.4.2 Pembentukan transformator dan perhitungan

Transformator dan

Huk um Faraday











DAFTAR PUSTAKA

Tipler. (2001). F isi isik a T ek ni nik , Erlangga : Jakarta. Kittel, C. (1996). Pengantar F isi isik a Solid State, State, New York : Wiley. Departemen Sains Material. Mat erial. (2008). F eromagnetisme eromagnetisme Wikipedia. Glen, A. (1998). Daya T ari arik .Inggris : Hyperbook Fisika. Retrieved 5 Mei 2010 dari http: http:// //id.hyperbookfisika id.hyperbookfisika// //dayatarik.id.org dayatarik.id.org

FEROMAGNETIK

Recommend Documents