Pengertian Feromagnetik Feromagnetik adalah bahan yang sangat kuat yang menarik gaya magnetik. Contoh bahan feromagnetik adalah besi, nikel, gadolinium dan kobalt dan kobalt.. Jika kemudian digunakan magnetik tersebut walaupun medan luar dihilangkan, tetapi sifat kemagnetan bahan tetap masih ada. Sifat kemagnetan bahan feromagnetik bisa hilang jika di pukul-pukul maupun dipanaskan.
Magnet pertama kali ditemukan di suatu daerah bernama Magnesia. Magnet adalah batu bermuatan yang memiliki sifat dapat menarik benda yang mengandung partikel pa rtikel besi (Fe2O4). Gaya yang menarik dan menyebabkan partikel besi tersebut menempel dinamakan gaya magnetik. Contoh jenis-jenis bentuk magnet adalah : Magnet batang, Magnet U, Magnet jarum, magnet keeping, magnet ladam, dan magnet silinder.
Selain magnet batang, terdapat macam bentuk magnet lainnya. 1. Kutub Magnet Magnet pasti mempunyai 2 kutub, yaitu kutub Utara dan kutub Selatan. Sementara itu, jika sebuah magnet dipotong, maka setiap potongan tersebut akan tetap memiliki dua kutub dan menjadi sebuah magnet yang baru.
Magnet terdiri dari dua kutub, yaitu kutub selatan dan kutub utara.
a) Dua kutub magnet yang sejenis bila didekatkan akan saling tolak menolak. b) Dua kutub magnet yang berlawanan jenis bila didekatkan akan saling tarik-menarik. 2. Sifat Bahan Magnetik Magnet hanya menarik bahan yang mempunyai kandungan partikel besi. Ada 3 jenis sifat bahan logam dilihat dari sifat kemagnetannya :
a) Feromagnetik : adalah bahan Bahan ferromagnetic merupakan bahan yang dapat ditarik magnet dengan kuat. Bahan feromagnetik contohnya besi, baja, nikel, dan kobalt. Selain dapat ditarik magnet dengan kuat, bahan feromagnetik dapat dibuat menjadi magnet. b) Paramagnetik : Bahan paramagnetik adalah bahan yang dapat ditarik oleh magnet, tetapi tarikannya sangat lemah. Bahan yang tergolong paramagnetik adalah aluminium, tembaga, kaca, dan kayu. c) Diamagnetik : Bahan diamagnetik adalah bahan yang apabila didekatkan dengan magnet, maka magnet akan menolaknya (menjauhinya). Logam mineral yang tergolong bahan diamagnetik di antaranya emas dan timah hitam. Magnet terdiri dari 2 jenis, yaitu magnet sementara dan magnet permanen. Magnet sementara yaitu magnet yang hanya memiliki sifat-sifat magnetic dalam jangka waktu tertentu sebelum sifat kemagnetannya hilang atau dapat dengan sengaja dihilangkan. Sedangkan magnet permanen adalah magnet yang memiliki sifat kemagnetan dengan jangka waktu yang lama dan sulit untuk dihilangkan sifat kemagnetannya. 3.
Membuat Magnet
Magnet terdiri dari magnet alami dan magnet buatan. Magnet alami yaitu berupa batuan magnet yang dapat menarik benda logam yang
mempunyai kandungan partikel besi. Sedangkan magnet buatan adalah benda logam yang mempunyai kandungan partikel besi yang dijadikan magnet dengan berbagai cara. Ada 3 cara pembuatan magnet yang dikenal sampai saat ini, yaitu : a)
Menggosok
Membuat magnet dengan cara menggosokkan magnet kepada logam. Cara membuat magnet dengan menggosok magnet dapat dilakukan dengan menggosokkan bahan itu ke magnet dalam satu arah. Kutub magnet yang dihasilkan bahan akan berlawanan arah dengan kutub magnet yang digunakan untuk menggosok. b)
Induksi Magnet
Membuat magnet dengan cara menginduksi magnet dengan logam.
Membuat magnet dengan cara induksi dapat dilakukan dengan menempelkan atau mendekatkan logam yang mengandung partikel besi pada magnet yang ada. c)
Arus Listrik
Membuat magnet sementara dengan mengalirkan arus listrik pada logam. Cara membuat magnet dengan menggunakan arus listrik ini dapat dilakukan dengan melilitkan kawat tembaga pada logam yang mengandung partikel besi, kemudian masing-masing ujung kawat tembaga tersebut dihubungkan pada kutub positif dan kutub negative baterai.
BAHAN-BAHAN MAGNETIK A.
Parameter dan Satuan (Units) dalam kemagnetan
Dalam kemagnetan sering dipakai parameter fluks magnet atau magnetic flux (Ф), kuat medan magnet atau flux density (B), induksi kemagnetan (H) dan permeabilitas (µ). Untuk mengenal satuan-satuan dengan diperhatikan ringkasan-ringkasan sebagai berikut;
Tabel 1 Parameter dan Rumus Kemagnetan Fluks adalah banyaknya garis gaya, sedangkan kuat medan adalah banyaknya gaya per satuan luas. Pada lilitan berarus juga dikenal parameter Magneto Motive Force dengan symbol F dengan satuan Ampere Lilit (A lilit). Selain F juga dkenal Magnetising Force atau kuat medan magnet dengan symbol H yang satuannya A lilit/meter. µ adalah permeabilitas bahan yang merupakan hasil perkalian permeabilitas absolut (µ o) dengan permeabilitas relative (µ r ). Besarnya µo = 4π.10-7 H/m. Nilai yang diekspresikan (µr-1) disebut magnetisasi per unit dari intetitas medan magnet yang disebut susceptibilitas magnetisasi. Karena µr tidak bersatuan, maka demikian pula dengan µr 1 . Besanya µ untuk bahan ferromagnetic tidak constant. Jika arus dialirkan melalui kumparan dengan inti kumparan yang terus bertambah secara bertahap dimulai dari nol maka medan magnet dan kerapatan fluks akan bertambah. Pertambahan keduanya adalah sepanjang garis OP. Pada gambar terlihat bahwa kurva OP mula-mula naik dengan tajam, kemudian setelah mencapai tahapan tertent kurvanya jadi mendatar. Hal ini setelah mencapai tahapan kejenuhan (saturasi). Hasil nilai B dengan H adalah harga yang besarnya tidak constant.
Gb.1 Jerat Histerisis Bahan Ferro Pada gambar 2 setelah titik 6P dicapai, kemudian arus diturunkan secara bertahap, maka diperoleh kurva PQ, yaitu pada saat arus sama dengan nol, masih terdapat sisa kemagnetan (Br). Kemudian arah arus dibalik dengan cara sebelumnya. Besar H akan bertambah sehingga B menjadi nol dititik R, diperoleh Hc disebut Daya Koersip. Selanjutnya prosedur seperti diatas diulang, didapat tertutup PQRSCTP yang disebut kurva Histerisis magnetic yang dimagnetisasi. Kalau inti tersebut diberi arus bolak-balik maka akan menimbulkan Eddy Current yang sering disebut arus pusar atau arus facoult.
B.
Pengaruh Permeabilitas Bahan
Berdasarkan permeabilitas, bahan dapat digolongkan menjadi 5, yaitu diamagnetic, paramagnetic, ferromagnetic, anti ferromagnetic dan ferrimagnetik (ferrit). Bahan diamagnetic adalah bahan yang sukar menghantarkan garis gaya magnetic (ggm), permeabilitasnya sedikit lebih kecil dari 1 dan tidak mempunyao dwikutub yang permanen. Yang termasuk bahan diamagnetic antara lain Bi, Cu, Au, Al 2O3 dan Ni SO4. Bahan paramagnetic adalah bahan yang dapat menyalurkan ggm tetpai tidak dwikutubnyatidak beraturan. Contoh bahan paramagnetic Al, Pb, Fe2 SO4, FeSO4, Mo, W, Ta, Pt dan Ag. Bahan ferromagnetic adalah bahan yang mudah menyalurkan ggm, pemeabilitasnya jauh lebih besar dari 1. Contohnya adalah Fe, Co, Ni, Gd dan Dy. Teori anti ferromagnetic dikembangkan oleh Neel, seorang ilmuwan Prancis. Bahan anti ferromagnetic mempunyai suspensibilitas positif yang kecil pada segala suhu tetapi perubahan suspensibilitas karena suhu adalah keadaan yang sangat khusus. Susunan dwikutubnya sejajar tetapi berlawanan arah. Bahan anti ferromagnetic antara lain; MnO 2, MnO, FeO dan CoO. Resistivitas bahan ferromagnetic adalah sangat rendah. Hal ini yang menyebabkan pemakaian ferromagnetic terbatas pada frekuensi rendah. Sedangkan bahan ferrimagnetik resistivtasnya jauh lebih tinggi dibandingkan bahan ferromagnetic. Karena itu ferrimagnetik layak digunakan pada peralatan yang menggunakan frekuensi tinggi, disamping arus eddy yang terjadi padanya rendah. Rumus bahan ferrimagnetik adalah Mo, Fe2O3 (M adalah logam bervalensi 2 yaitu Mn, Mg, Ni,Cu, Co, Zn, Cd). Contoh: ferrit, seng, nikel.
Gb. 2 Susunan Dwikutub bahan-bahan Magnetik Istilah bahan magnetic untuk umum yang digunakan hanyalah bahan ferromagnetic. Bahanbahan ferromagnetic dapat dikategorikan menjadi 2 yaitu; 1.
Bahan yang mudah dijadikan magnet yang lazim disebut bahan magnetic lunak. Bahan ini banyak digunakan untuk inti transformator, inti motor atau generator, relai, peralatan sonar atau radar. 2. Bahan ferromagnetic yang sulit dijadikan magnet tetapi setelah menjadi magnet tidak mudah kembali semula, disebut bahan magnet keras. Bahan ini digunkan untuk pabrikasi magnet permanen. Sifat-sifat bahan magnetik mirip dengan sifat-sifat bahan dielektrik. Momen atom dan molekumolekul yang menyebabkan adanya dwikutub yang sama dengan momen dwikutub pada bahan dielektrik. Magnetisasi pada bahan magnet seperti halnya polarisasi pada bahan dielektrik.
C.
Baja Listrik
Untuk mengubah bahan magnetic lunak menjadi baja listrik, agar rugi histerisis arus pusarnya turun, adalah dengan menambahkan silicon ke dalam komposisinya. Cara ini akan mengurangi rugi histerisis dengan tajam karena penambahan silicon mengakibatkan pertambahan resistivitas. Paduan baja dengan tambahan silicon sekarang ini merupakan bahan yang sangat penting untuk bahan magnetic lunak pada teknik listrik. Namun perlu diingat bahwa penambahan silicon akan menyebabkan bahan menjadi rapuh. Tabel dibawah ini memberikan data campuran silicon pada baja sehubungan dengan resistivitas dan masa jenisnya.
Kandungan Si (%) Resistivitas ohm-mm2/m
Massa Jenis g/cm3
0,8 – 1,8
1,25
7,8
1,8 – 2,8
0,4
7,75
2,8 – 4,0
0,5
7,65
4,0 – 4,8
0,57
7,55
Tabel 2 Pengaruh Campuran Si terhadap Resistivitas dan Massa Jenis Baja Laminasi untuk transformator umumnya mengandung Si sekitar 4%, sedangkan untuk jangkar motor listrik mengandung Si nya 1-2%. Namun hal ini dapat berubah-ubah berdasarkan sandart masing-masing Negara penghasil mesin-mesin tersebut. Ketebalan laminasi baja transformator untuk inti peralatan listrik adalah 0,1 hingga 1 mm dan yang bias dipasarkan adalah 0,35 mm dan 0,5 mm dalam bentuk lembaran 2 x 1 m, 1,5 x 0,75m. Kurva magnetisasi baja transformator ditunjukkan pada gambar 3.
Gb. 3 Kurva B-H pada baja Baja jenis listrik lainnya adalah baja listrik dengan proses dingin. Kemampuan baja listrik sangat tinggi terutama jika fluks magnetnya searah dengan panjang laminasi. Karena kristal baja ini dibuat searah dengan proses pendingin dan aniling pada ruang yang diisi hydrogen. Baja ini digunakan pada pembuatan inti transformator dengan lilitan jenis ribbon (misalnya; transformator arus). Baja ini memungkinkan untuk mengurangi berat dan dimensi transformator 20-25% dan untuk transformator radio lakukan tersebut dapat mencapai 40%.
D.
Bahan Magnet Lain
Bahan magnetic yang banyak digunakan adalah paduan besi nikel. Tabel 3 menunujukkan hubungan antara permeabilitas dengan komposisi antara besi dan nikel. Paduan yang terdiri dari bsi nikel dengan tambahan molybdenum, chromium atau tembaga, disebut permalloy.
No
% Fe (Besi)
% Ni (Nikel)
µi
1
100
0
500
2
80
20
0
3
60
40
2
4
40
60
3
5
20
80
150
6
0
100
100
Tabel 3 Hubungan antara permeabilitas dengan komposisi antara besi dan nikel Permalloy dapat dibedakan berdasarkan kandungan nikelnya, yaitu nikel rendah, yaitu permalloy yang mengandung nikel 40 sampai 50%. Permalloy yang mengandung nikel 72 hingga 80% disebut permalloy tinggi. Permeabilitas permalloy berbanding terbalik dengan frekuensi. Permalloy yang mengandung Nikel sangat tinggi akan mempunyai permeabilitas yang tinggi (hingga 800.000) setelah diadakan treatmen termal. Daya koersip rendah, yaitu antara 0,32 hingga 0,4 mikron. Permalloy sensitive terhadap benturan tekanan mempengaruhi sifat kemagnetan. Alsifer adalah bahan magnetic yang lebih murah dibanding permalloy, komposisinya 9,5% Si, 5,6% Al, 84,9% Fe. Permeabilitasnya berkisar antara 10.000 hingga 35.000, daya koersip 1,59 amper lilit/m dan resistivitas 0, 81 Ω mm 2/m. Alsifer sudah dijadikan bubuk dengan cara menumbuknya untuk kemudian dibuat bahan magnetodielektrics pada kapasitor. Camolloy termasuk bahan magnetic lunak yang komposisinya adalah 66,5% Ni, 30% Cu, 3,5% Fe. Sifat yang menarik adalah Curienya relative rendah. Bahan akan kehilangan sifat ferromagnet pada suhu 1000 C (titik Curie untuk Fe adalah 768 0 C). Gejala magnetostriksi adalah berubahnya ukuran bahan apabila bahan terleteak pada medan magnet. Gejala ini dialami antara lain oleh Ni murni, beberapa paduan antara Fe dengan Crom, Cobalt dan Aluminium. Gejala ini digunakan pada osilator frekuensi audio pada frekuensi suara dan ultrasonic. Bahan yang termasuk jenis dielekterikmagnet digunakan untuk inti pada peralatan-peralatan rangkaian magnetic yang bekerja pada frekuensi yang sangat tinggi dengan kerugian arus pusar yang rendah. Bahan ini misalnya dibuat dari bubuk carbonyl iron, alsiter, dan permalloy. Bahan-bahan yang mempunyai jerat histerisis persegi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4 digunakan pada komposisi sebagai perangkat memori atau komponen operasi logic, sebagi alat switching dan penyimpan informasi
Gb.4 Jerat Histerisis Jerat
E.
Bahan Magnet Permanen
Magnet permanen digunakan pada instrumen penginderaan, relay, mesin-mesin listrik yang kecil dan banyak lagi. Baja karbon yaitu baja dengan komposisi karbon 0,4 hingga 1,7%, merupakan bahan dasar pembuatan magnet pemanen. Walaupun bahan ini tergolong murah harganya tetapi kualitas kemagnetannya tidak terlalu tinggi. Kemagnetan bahan ini relative lebih mudah untuk hilang terutama oleh pukulan atau vabrikasi. Untuk menaikkan mutu kemagnetannya, maka baja karbon ditambah wolfram, kromium atau kobal. Magnet yang dibuat dari karbon murni, wolfram, kromium, dan baja kobal harus dikeraskan didalam air atau didalam minyak mineral sebelum dimagnetisasi. Bahan paduan alni terdiri dari aluminium, nikel dan besi. Jika bahan tersebut ditambah lagi dengan silicon, maka paduan tersebut disebut dengan alnisi. Sedangkan alnico adalah bahan paduan dengan aluminium, nikel dan kobal. Bahan-bahan tersebut mempunyai kemagnetan yang tinggi dan lebih murah dibanding baja kobal berkualitas tinggi. Vectolit adalah bahan paduan yang terdiri dari besi, k obal oksida dan barium. Bahan ini juga disebut barium ferrit dan di pasaran sering disebut dengan arnox, indox ata ferroba, dari bubuk bahan yang akan dipadukan pada suhu yang tinggi. Penggunaannya antara lain untuk magnet pada pengeras suara, perangkat penggandeng magnetic. Beberapa sifat kemagnetan dari bahan magnet permanen paduan terlihat pada tabel dibawah ini;
Komposisi Hc
Br
Klasifikasi
(sisanya % Fe)
A lilit / m
Wb / m2
No
1
2
3
4
1
Baja murni untuk listrik
0, 01% C
6,32 – 31,6
2,1 – 2,15
2
Besi tuang
2 – 3,5% C
126,4
> 1,5
3
Dinamo dan Transformator
a. Baja trafo I
0,7% Si
158
2,1
b. Baja trafo II
1% Si
252,8
2
4
c. Baja trafo III
1,72% – 2,7% Si
63,2 – 79
1,95
d. Baja trafo IV
3,4% – 4,3% Si
23,7 – 47,4
1,9
Permenorm 3601 Kl
3,6% Si
7,9
1,3
Nikel murni
99% Ni ; 0,2% Cu
1,2
0,6
Hyperm
50% Ni
4,74 – 1,9
1,5
Memetal (II)
76% Ni ; 5% Mo
1,2
0,8
0,47
0,78
Bahan yang mengandung Ni
79% Ni ; 5% Mo ; Supermalloy
0, 5 % Mn
F.
Baja untuk Keperluan Magnet
Baja untuk keperluan magnet dijumapai pada pelat-pelat baja dynamo. Magnet-magnet arus bolak-balik, inti transformator, jangkar dari mesin DC, stator motor arus AC dibuat dari pelatpelat baja dynamo. Arus pusar akan timbul pada inti pejal dan menimbulkan panas yang tinggi. Oleh karena itu inti dibuat dari inti yang berlapis-lapis dari baja dynamo atau kaleng transformator atau kaleng jangkar. Bahan ini adalah ikatan special dari baja, zat arang, silisum, mangaan dan fosfor; dan dalam perdagangan sering disebut dengan Stalloy. Lempengan-lempengan baja yang sangat mudah dijadikan magnet dan mempunyai magnet tinggal yang sangat sedikit. Penambahan Si mempertinggi tahanan listrik sehingga akan memperkecil arus pusar. Kadar Si tidak boleh lebih dari 2,5%. Pelat-pelat trafo dengan kadar Si yang tinggi tidak ditembus, tetapi hanya digunting. Antara pelat-pelat tersebut ditempelkan kertas atau diberi lapisan lak tipis. Untuk inti magnet arus searah dapat dipakai inti dan jangkat yang pejal. Untuk itu dapat dipakai baja lunak, baja lunak, baja yang mudah sekali dijadikan magnet setelah mengalami proses pemanasan sampai pijar dan stelah itu didinginkan perlahan-lahan.
G.
Baja Magnet
Baja magnet harus dibuat keras sekali, sehingga kemagnetannya tinggal lama. Untk keperluan ini dahulu orang hanya memakai baja wolfram. Kemudian dari baja yang dipadu dengan kobalt didapatkan magnet yang lebih kuat dari pada baja wolfram. Magnet baja kobalt mula-mula dipakai untuk pengeras suara elektrodinamis. Sekarang telah didapatkan magnet yang lebih kuat dari paduan-paduan baja, aluminium dan nikel. B aja kobalt aluminium nikel disebut alnico. Suatu than kobalt dan aluminium (Ticonical) merupakan paduan yang lebih unggul untuk magnet permanen.
Pengertian Magnet Dalam kehidupan sehari-hari,seringkali kita menemukan benda yang disebut dengan “magnet”, baik dalam piranti elektronika maupun barang-barang rumah tangga lainnya. Hal ini dikarenakan kerja alat-alat tersebut sangat bergantung pada keberadaan magnet. Magnet adalah suatu benda atau bahan yang dapat menghasilkan atau menimbulkan garisgaris gaya magnet, sehingga dapat menarik besi, baja, atau benda-benda lainnya. Ditinjau dari proses pembuatan atau, maka magnet dapat dibedakan menjadi 2 macam yaitu magnet alam dan magnet buatan. A. Magnet alam Magnet alam terdapat di dalam tanah yang berupa bijih besi magnet dalam bentuk besi oksida. Pertama kali ditemukan di Magnesia dan dipergunakan pertama kali oleh bangsa China. Anggapan atau perkiraan bahwa bumi adalah sebuah magnet besar, dengan kutub-kutub magnet dan sebuah khatulistiwa magnet ( magnet equator ), mula-mula dibuat oleh Sir William
Gilbert (1544-1603), seorang tabib Ratu Elizabeth I. Gilbert membuat terella (bumi kecil) berbentuk bola yang kecil dari batu magnet yang terdapat di alam (secara harfiah “batu utama” atau kompas) dan menelusuri garis-garis kemagnetannya. Pada jaman navigasi (pelayaran) dan eksplorasi tersebut ada keinginan untuk menyelidiki kompas dan kemagnetan bumi.
Penelitian selanjutnya dilakukan oleh Hans Christian Oersted (1771-1851), Karl Fredrick
Gause (1777-1855), dan James Clerk Maxwell (1831-1879).
B. Magnet buatan Magnet buatan (artificial magnet ) dapat dibuat dari bahan-bahan feromagnetik seperti Kobalt, paduan baja dengan nikel, dll. Sedangkan cara pembuatannya adalah:
1. Dengan cara menggosok; Caranya adalah menggosok-gosokan magnet pada bahan yang akan dijadikan magnet dengan arah yang sama (tidak boleh bolak-balik) sampai menjadi magnet.
2. Menggunakan arus listrik; Caranya adalah melilitkan kawat yang dialiri arus listrik searah pada bahan yang akan dijadikan magnet. Dalam hal ini kuat medan magnet yang terjadi akan ditentukan oleh banyaknya lilitan dan kuat arus yang mengalir.
II. Bahan-bahan Magnet Kemagnetan suatu bahan ditentukan oleh spin elektron dan gerak elektron mengelilingi inti. Spin elektron membentuk momen magnetik yang merupakan magnet-magnet kecil. Spin elektron tersebut berpasangan dan tidak menimbulkan sifat kemagnetan, karena arah spinnya berlawanan sehingga saling meniadakan. Spin elektron yang tidak berpasangan bersifat sebagai magnet kecil. Sebuah magnet merupakan gabungan dari spin elektron (magnet-magnet kecil) yang arah spin (utara-selatan)-nya sama. Bahan-bahan yang didekatkan dengan magnet memiliki respon yang berbeda. Ada bahan yang ditarik oleh magnet dengan sangat kuat dan ada yang lemah, dan ada yang ditolak.
Berdasarkan respon bahan terhadap suatu gaya magnet, maka kita kelompokkan menjadi 3 jenis, yaitu bahan feromagnetik, bahan paramagnetik, dan bahan diamagnetik . A. Bahan Feromagnetik Bahan yang mudah sekali ditarik oleh magnet seperti besi, nikel, kobalt, dan baja disebut bahan feromagnetik. Bila berada dalam medan magnetik, bahan ini akan menarik banyak sekali garis-garis gaya medan magnetik luar. Sekelompok spin elektron yang bertetangga dan searah membentuk daerah khusus yang dinamakan domain magnet. Sekeping bahan feromagnetik mengandung banyak domain yang arah momen magnetnya acak, sehingga tidak bersifat sebagai magnet. Akan tetapi, apabila medan magnetik luar diterapkan, domain magnet dapat berotasi sehingga seluruhnya menunjuk dalam arah yang sama dan bahan menjadi magnet. Jika medan magnet luar dihilangkan, sebagian domain magnet kembali menunjukkan arah yang acak. Bahan feromagnetik keras, sisa magnetiknya sangat kuat karena hanya sedikit domain yang kembali ke arah yang acak. Bahan ini digunakan untuk membuat magnet permanen. Bahan feromagnetik lunak, sisa magnetiknya sangat lemah karena hampir seluruh domain kembali kearah yang acak. Bahan ini sering digunakan sebagai Head VCR dan disk drive komputer. Pita kaset dan disket sendiri merupakan bahan feromagnetik keras agar dapat menyimpan data lebih lama. Bahan feromagnetik memiliki permeabilitas yang jauh lebih besar daripada permeabilitas vakum ( ). Contoh bahan-bahan feromagnetik dalam perdagangan.
Bahan
Sifat
Besi murni dengan kadar
Titik-jenuhnya sangat tinggi
99,83% Fe
Mempunyai lengkung histerisis yang baik
Penggunaan Kutub-kutub dari mesin arus searah Rele jatuh lambat
Baja yang mempunyai
Permeabilitas tinggi
Selenoida arus searah
kadar karbon rendah
Kerugian histerisis rendah
Rem magnet
apabila dibandingkan dengan besi dan baja tuang
Kopling magnet pada traksi listrik
Baja tuang
Kerugian histerisis besar
Rumah mesin
Baja Silikon
Resistivitasnya cukup besar
Bahan inti trafo
Kerugian histerisis dan arus
Bahan jangkar mesin-
Eddy kecil
mesin listrik
Sifat
kemagnetan
bahan
feromagnetik
dapat
berubah
apabila
dipanaskan.
Sifat
feromagnetik suatu bahan akan hilang dan berubah menjadi bahan paramagnetik jika suhu bahan dinaikkan melebihi suatu nilai tertentu, yang disebut “suhu Curie”. Pada tabel berikut dicantumkan suhu Curie dari beberapa bahan feromagnetik.
Bahan
Suhu Curie (oC )
Besi
770
Kobalt
1131
Nikel
358
Gadolinium
16
B. Bahan paramagnetik Bahan yang sedikit menarik garis-garis meda magnetik luar seperi aluminium, platina, dan kayu dinamakan bahan paramagnetik. Perbedaan bahan paramagnetik dengan bahan ferromagnetik adalah tidak adanya domain magnet dalam bahan paramagnetik. Seluruh spin elektron menunjukkan arah acak. Apabila medan magnetik luar diterapkan, spin elektron tidak akan membentuk momen magnet yang searah tanpa suhu yang sangat dingin. Bahan paramagnetik memiliki permeabilitas yang hanya sedikit lebih besar daripada permeabilitas vakum (
>
).
Penggunaan bahan paramagnetik adalah untuk memperkecil panas sebagai akibat adanya kerugian arus pusar/ arus Eddy dan memperkecil pengaruh/ menutupi alat-alat yang tidak boleh terkena gelombang elektromagnetik, misalnya sebagai “ shielding” (perisai) pada alat-alat elektronik. C. Bahan Diamagnetik Bahan yang sedikit menolak garis-garis gaya magnetik luar seperti tembaga, bismuth, emas, seng, dan sebagainya dinamakan bahan diamagnetik. Bahan diamagnetik memiliki permeabilitas yang harganya sedikit lebih kecil dibandingkan permeabilitas vakum (
<
).
Superkonduktor merupakan jenis bahan diamagnetic, dengan suseptibilitasnya mencapai harga -1. Oleh karena itu jika sebuah bahan superkonduktor diletakkan di dalam medan magnet maka bahan tersebut akan menolak medan magnet secara sempurna, dan jika superkonduktor tersebut diletakkan pada posisi di atas medan magnet maka bahan tersebut akan terlihat melayang (“Efek Meissner”).
III. Teori tentang magnet. A. Induksi magnetik. Sebuah medan listrik E dikaitkan dengan gaya listrik FE pada sebuah muatan q. Gaya listrik ini diberikan oleh Fe = q E, ia tidak tergantung pada gerak dari partikel dan arahnya sejajar dengan E. Keberadaan medan magnet B juga dapat dikaitkan dengan gaya pada sebuah muatan q, yang dikenal dengan gaya magnetik Fb. Gaya ini bergantung pada kecepatan partikel v, dan arahnya tegak lurus terhadap v dan B. Gaya magnetik diberikan oleh
Fb = q v x B ……………………….………….…...( pers-1) B disebut induksi magnetik. Dalam SI satuan dari B adalah tesla ( T ) atau weber/m 2. Jadi secara umum sebuah partikel bermuatan yang berada di dalam ruangan yang
memiliki medan listrik dan medan magnet adalah
FL = q ( E + v x B )…………………...………… ( pers-2) Persamaan ini dikenal dengan
Persamaan Lorentz.
F disebut gaya Lorentz.
Usaha atau kerja yang dilakukan oleh sebuah gaya F didefinisikan oleh : W = ∫ F . dS. Jadi usaha yang dilakukan oleh gaya magnet adalah W = ∫ Fb . dS
= q ∫ (v x B ) . dS ……………………………….( pers-3) Dimana v = dS/dt, karena Fb tegak lurus pada v, dan v sejajar dengan d S maka usaha yang dilakukan oleh gaya magnet selalu
nol .
Ini berarti bahwa gaya magnetik tidak mengubah energi kinetik partikel
atau dengan kata lain tidak mengubah laju partikel. Akan tetapi gaya magnetik dapat mengubah arah dari gerak partikel. Pandang sebuah partikel bermassa m, dan bermuatan q yang bergerak di dalam medan magnet B yang
serbasama.
Untuk
mudahnya
kita
ambil
kecepatan v tegak
lurus B.
Gaya Fb = q v x Byang bekerja pada partikel akan mengubah arah (tapi lajunya tetap) dari gerak partikel tersebut. Partikel akan mengikuti lintasan yang berbentuk lingkaran dengan jari-jari r, seperti gambar (5.1). Andaikan gerakan tersebut terjadi pada bidang datar tanpa gesekan (pengaruh gravitasi bumi diabaikan), maka diperoleh
q v B = m v2/r atau
r = mv/qB ……………..( pers-4)
r dikenal dengan jari- jari siklotron, karena v/r = ω (kecepatan angular) maka diperoleh
ω = ( qB/m) …………………...…………………..( pers-5) ω dikenal dengan frekuensi siklotron. Jika B diketahui, ω hanya bergantung pada ratio antara muatan dan massa dari partikel. B. Gaya pada kawat berarus Telah dikemukakan bahwa muatan yang bergerak di dalam medan magnet akan mengalami gaya magnetik. Muatan yang bergerak berarti sebuah arus listrik, maka kawat berarus yang berada di dalam medan magnet juga akan mengalami gaya magnetik. Misalkan arus mengalir di dalam konduktor berbentuk silinder dan berada di dalam medan magnet B ! Arus yang mengalir di dalam konduktor tersebut I, arus ini berkaitan dengan partikel bermuatan yang bergerak dengan kecepatan ( drift velocity ) konstan v, yang melewati penampang lintang konduktor setiap detik. Sekarang misalkan muatan tiap partikel q, rapat partikel di dalam konduktor n, dan luas penampang lintang A. Andaikan pada saat t, partikel berada pada permukaan bagian kiri, maka pada t + dt partikel tersebut berada di permukaan bagian kanan. Ini berarti jumlah partikel yang melewati permukaan kiri dalam waktu dt sebanding dengan volume dari silinder.
Q = A L n q ……………………………..…………...……( pers-6) Gaya magnetik yang dialami seluruh muatan adalah
F=QvxB = (A q v dt n) v x B = (A q v n) ( vdt) x B = I L x B …………………………………………………( pers-7 ) Dimana v = dL/dt, I = dQ/dt = Aqvn. Jika kawat tidak lurus atau B tidak sama, maka pers-7 hanya berlaku untuk elemen kecil saja dF = I dL x B …………………………………...…………( pers-8)
Jadi gaya untuk seluruh kawat adalah
F = ∫I dL x B ……………………………...……………….( pers-9) Contoh soal : Sebuah kawat lurus 5,0 cm dialiri arus listrik 3,0 A. Kawat tersebut berada di dalam medan magnet sebesar 10 -3 weber/m2 yang memiliki arah Jawab: dF = I d L x B Hasil integrasi persamaan di atas adalah F = I L x B (B konstan), jadi besarnya gaya magnetik yang bekerja pada kawat :
F = I L B sin θ = 3,0 . 0,05 . 10 -3 sin 30o = 7,5 x 10 -5 N Arah dari gaya tersebut masuk ke dalam bidang kertas ini. C. Hukum Biot – Savart Tahun 1819, H.C. Oersted mengamati bahwa jarum kompas akan menyimpang arahnya jika diletakkan dekat kawat berarus. Hal ini mengindikasikan bahwa arus listrik mempengaruhi medan magnet (jarum kompas menyimpang akibat pengaruh medan magnet bumi). Hasil eksperimen yang memperkuat dugaan di atas dihasilkan oleh Biot dan Savart pada tahun 1820, dan dirumuskan sebagai berikut dB = (µo I dl x r )/(4πr3) …………………..…………… ( pers-10) dimana dl adalah elemen kawat berarus dengan arah searah arus, r posisi titik pengamatan dari d l. Medan total di titik P akibat seluruh kawat
B = ∫ (µo I dl x r )/(4πr3) ………………..………………..( pers-11 Untuk kawat yang sangat panjang diperoleh
B = k (µo I /2πR) …………………….…………………..( pers-12) D. Hukum Ampere. Sebelum kita membahas hukum Ampere ada baiknya kita diskusikan dulu mengenai konvensi tanda yang akan digunakan dalam Hukum Ampere. Pandang sebuah lintasan tertutup L, luas yang dilingkupi oleh lintasan L adalah S (S adalah sebuah permukaan terbuka). Permukaan ini dapat dibagi menjadi elemen-elemen luas d S. Sekarang pandang aturan integral berikut :
∫ A1 . dl = ∫ A2 . dS ………………………………………( pers-13) Dimana A1 dan A2 adalah dua buah medan vektor. Integral ∫ A1 . dl dilakukan untuk seluruh lintasan L, integral ∫ A2 . dS dilakukan pada daerah S yang dibatasi oleh L. Ada dua hal yang perlu diperhatikan berkaitan dengan bentuk pers-13 : 1.
Bagaimana memilih vektor dl! dl menyinggung lintasan L, arahnya ada dua
kemungkinan. Arah ini
menentukan tanda ∫ A1 . dl 2.
Bagaimana memilih vektor d S! dS memiliki arah normal, arahnya ada dua kemungkinan. Berdasarkan gambar (5.6) di atas, kita gunakan konvensi sebagai berikut
Jika dl berlawanan arah dengan jarum jam sepanjang L, kita pilih d S dengan arah normal keluar bidang kertas ini.
Jika d l searah jarum jam sepanjang L, kita pilih d S dengan arah normal masuk bidang kertas ini.
Sekarang perhatikan hukum Biot-Savart persamaan-11! Mengingat definisi rapat arus adalah J = I/A (A adalah luas penampang lintang kawat berarus), maka kita dapat menulis I dl = J dV ………………………………..………………( pers-14) Dimana dV = A dl, jadi persamaan-11 dapat ditulis kembali menjadi
B = ∫ (µo J x r )dV/(4πr3) ……………….……………….( pers-15) Berdasarkan analisa vektor dapat ditunjukkan bahwa
V x B = µo J ………………………….………………….( pers-16) Kemudian terapkan persamaan-16 ke dalam teorema Stokes ∫ B . dl = ∫ (V x B) . dS Diperoleh
∫ B . dl = µo I …………………………..…………………( pers-17 ) Bentuk yang lebih umum yang dikenal dengan Hukum Ampere ditulis sebagai berikut:
∫ LB . dl = µo ∑ I ………………………..………………..( pers-18) dimana ∑ I adalah jumlah arus yang menembus daerah yang dibatasi lintasan tertutup L. Persamaan 18 biasanya digunakan untuk menghitung besar medan magnet dimana arah dari medan magnet diketahui melalui hukum Biot-Savart. Dan lebih lanjut bahwa persoalan hukum Ampere adalah persoalan bagaimana memilih lintasan tertutup yang sesuai. Pedoman sederhana dalam menentukan lintasan tertutup (lintasan Ampere) yaitu
Pilih lintasan dimana besar medan magnet di sepanjang lintasan konstan
Pilih lintasan dimana arah medan di setiap titik sejajar dengan arah elemen lintasan.
Setelah lintasan Ampere dipilih persoalan selanjutnya adalah menentukan jumlah arus yang dilingkupi oleh lintasan tersebut.
Bahan ferromagnetik, yaitu bahan yang ditarik oleh magnet dengan gaya yang kuat. Bahan ini misalnya besi, baja, kobalt dan nikel. Fungsi bahan ferromagnetik yang dimasukkan ke dalam kumparan berarus listrik adalah agar dihasilkan medan magnet yang cukup besar pada kumparan tersebut. Semoga mambantu
