NAMA KELOMPOK : 1. AHMAD ALFAN SURURI 2. ILLA ILLAVI PEBRIA PEBRIAN N PRASET PRASETII 3. M. AINU AINUR R ROFIQ ROFIQ
(121810201025) (121810 (1218102010 201027) 27) (1218 (121810 10201 20103 038) 8)
MANETI! PROPERT" OF SOLID
1. P#$% $%& &' &$
Magnet atau magnit adalah suatu obyek yang mempunyai suatu medan magnet. Asal kata magnet diduga dari kata magnesia yaitu nama suatu daerah di Asia kecil. Menurut cerita di daerah itu sekitar 4.000 tahun yang lalu telah ditemukan sejenis batu yang memiliki sifat dapat menarik besi atau baja atau campuran logam lainnya. Benda yang dapat menarik besi atau baja inilah yang disebut magnet. Untuk bisa mengambil suatu barang dari logam (contoh obeng besi) hanya dengan sebuah magnet misalkan pada peralatan perbengkelan biasanya dilengkapi dengan sifat magnet sehingga memudahkan untuk mengambil benda yang jatuh di tempat yang sulit dijangkau oleh tangan secara langsung. Bahkan banyak peralatan yang sering digunakan antara lain bel listrik telepon dinamo alat!alat ukur listrik kompas yang semuanya menggunakan bahan magnet. Magnet dapat dibuat dari bahan besi baja dan campuran logam serta telah banyak dimanfaatkan untuk industri otomotif dan lainnya. "ebuah magnet terdiri atas magnet!magnet kecil yang memiliki arah yang sama (tersusun teratur) magnet!magnet kecil ini disebut magnet elementer. #ada logam yang bukan magnet magnet elementernya mempunyai arah sembarangan (tidak teratur) sehingga efeknya saling meniadakan yang mengakibatkan tidak adanya kutub! kutub magnet pada ujung logam. "etiap magnet memiliki dua kutub yaitu$ utara dan selatan. %utub magnet adalah daerah yang berada pada ujung!ujung magnet dengan kekuatan magnet yang paling besar berada pada kutub!kutubnya. Magnet dapat menarik benda lain beberapa benda bahkan tertarik lebih kuat dari yang lain yaitu bahan logam. &amun tidak semua logam mempunyai mempunyai daya tarik yang sama terhadap terhadap
magnet. Besi dan baja adalah dua contoh materi yang mempunyai daya tarik yang tinggi oleh magnet. "edangkan oksigen cair adalah contoh materi yang mempunyai daya tarik yang rendah oleh magnet. "atuan intensitas magnet menurut sistem metrik "atuan 'nternasional ("') adalah 2
esladan "' unit untuk total fluks magnetik adalah eber
(1 weber / m =1 tesla ) yang
mempengaruhi luasan satu meter persegi. 2. B&'&$ M&*$#+,-
Bahan magnetik adalah suatu bahan yang memiliki sifat kemagnetan dalam komponen pembentuknya. Berdasarkan perilaku molekulnya di dalam Medan magnetik luar bahan magnetik terdiri atas tiga kategori yaitu paramagnetik feromagnteik dan diamagnetik. Masing! masing jenis bahan tersebut memiliki sifat dan karakteristik yang khas dan berbeda!beda. Bahan! bahan yang ada di alam semesta masing!masing memiliki sifat!sifat yang khas (karekteristik) yang dapat dimanfaatkan untuk proses industri. #erkembangan penemuan dan pemilihan bahan! bahan sangat menentukan proses dan hasil suatu industri karena bahan!bahan memiliki sifat dan karakteristik yang berbeda!beda dimana sifat dan karakteristik bahan ditentukan oleh struktur intern penyusun bahan tersebut. *engan sifat dan karakteristiknya ternyata jenis bahan feromagnetik paling banyak dipilih sebagai bahan untuk teknik dan industri seperti pada aplikasi untuk motor listrik generator loadspeaker dan beberapa aplikasi yang lain. &. B&'&$ D,&&*$#+,-
Bahan diamagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis masing!masing atom+ molekulya adalah nol tetapi medan magnet akibat orbit dan spin elektronnya tidak nol (,alliday - esnick /1). Bahan diamagnetik tidak mempunyai momen dipol magnet permanen. 2ika bahan diamagnetik diberi medan magnet luar maka elektron!elektron dalam atom akan mengubah gerakannya sedemikian rupa sehingga menghasilkan resultan medan magnet atomis yang arahnya berlaanan dengan medan magnet luar tersebut. "ifat diamagnetik bahan ditimbulkan oleh gerak orbital elektron. %arena atom mempunyai elektron orbital maka semua bahan bersifat diamagnetik. "uatu bahan dapat bersifat magnet apabila susunan atom dalam bahan tersebut mempunyai spin elektron yang tidak berpasangan. *alam bahan diamagnetik hampir semua spin elektron berpasangan akibatnya
bahan ini tidak menarik garis gaya. #ermeabilitas bahan ini$ magnetik bahan$
χ m <0
µ < μ 0
dengan suseptibilitas −5
. &ilai bahan diamagnetik mempunyai orde
10
3
m / kg . 3ontoh
bahan diamagnetik yaitu$ bismut perak emas tembaga dan seng. /. B&'&$ P&&&*$#+,-
Bahan paramagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis masing!masing atom+ molekulnya tidak nol tetapi resultan medan magnet atomis total seluruh atom+ molekul dalam bahan nol hal ini disebabkan karena gerakan atom+ molekul acak sehingga resultan medan magnet atomis masing!masing atom saling meniadakan (,alliday - esnick /1). *i baah pengaruh medan eksternal mereka mensejajarkan diri karena torsi yang dihasilkan. "ifat paramagnetik ditimbulkan oleh momen magnetik spin yang menjadi terarah oleh medan magnet luar.
Gambar 1. Arah domain-domain dalam bahan paramagnetic sebelum diberi medan magnet luar
Bahan ini jika diberi medan magnet luar elektron!elektronnya akan berusaha sedemikian rupa sehingga resultan medan magnet atomisnya searah dengan medan magnet luar. "ifat paramagnetik ditimbulkan oleh momen magnetik spin yang menjadi terarah oleh medan magnet luar.
Gambar 2. Arah domain dalam bahan paramagnetic setelah diberi medan magnet luar
*alam bahan ini hanya sedikit spin elektron yang tidak berpasangan sehingga bahan ini sedikit menarik garis!garis gaya. *alam bahan paramagnetik medan B yang dihasilkan akan lebih besar dibanding dengan nilainya dalam hampa udara. "useptibilitas magnet dari bahan −5
paramagnetik adalah positif dan berada dalam rentang sedangkan permeabilitasnya adalah
µ > µ0
10
−3
sampai
10
3
m / Kg
. 3ontoh bahan paramagnetik $ alumunium
magnesium dan olfram. . B&'&$ F#&*$&+,-
Bahan ferromagnetik mempunyai resultan medan magnet atomis besar hal ini disebabkan oleh momen magnetik spin elektron. #ada bahan ini banyak spin elektron yang tidak berpasangan masing!masing spin elektron yang tidak berpasangan ini akan menimbulkan medan magnetik sehingga medan magnet total yang dihasilkan oleh satu atom menjadi lebih besar (,alliday - esnick /1). Medan magnet dari masing!masing atom dalam bahan ferromagnetik sangat kuat sehingga interaksi diantara atom!atom tetangganya menyebabkan sebagian besar atom akan mensejajarkan diri membentuk kelompok!kelompok kelompok inilah yang dikenal dengan domain. *omain!domain dalam bahan ferromagnetik dalam ketiadaan medan eksternal momen magnet dalam tiap domain akan paralel tetapi domain!domain diorientasikan secara acak dan yang lain akan terdistorsi karena pengaruh medan eksternal. *omain dengan momen magnet
paralel terhadap medan eksternal akan mengembang sementara yang lain mengerut. "emua domain akan menyebariskan diri dengan medan eksternal pada titik saturasi artinya baha setelah seluruh domain sudah terarahkan penambahan medan magnet luar tidak memberi pengaruh apa!apa karena tidak ada lagi domain yang perlu disearahkan keadaan ini disebut dengan penjenuhan (saturasi). Bahan ini juga mempunyai sifat remanensi artinya baha setelah medan magnet luar dihilangkan akan tetap memiliki medan magnet karena itu bahan ini sangat baik sebagai sumber magnet permanen. #ermeabilitas bahan $ bahan $
χ m ≫ 0
μ ≫ μ0
dengan suseptibilitas
. 3ontoh bahan ferromagnetik $ besi baja. "ifat kemagnetan bahan
ferromagnetik akan hilang pada temperatur 3urrie. emperatur 3urrie untuk besi lemah adalah o
770
C dan untuk baja adalah
o
1043
C .
"ifat bahan ferromagnetik biasanya terdapat dalam bahan ferit. erit merupakan bahan dasar magnet permanen yang banyak digunakan dalam industri! industri elektronika seperti dalamloudspeaker motor!motor listrikdynamo dan %5,! meter. Bahan ferromagnetik mula!mula memiliki magnetisasi nol pada daerah yang bebas medan magnetik bila mendapat pengaruh medan magnetik yang lemah saja akan memperoleh magnetisasi yang besar. 2ika diperbesar medan magnetnya akan makin besar pula magnetisasinya. 6ksperimen menunjukkan bila medan magnetik ditiadakan magnetisasi bahan tidak kembali menjadi nol. 2adi bahan ferromagnetik itu dapat mempunyai magnetisasi alaupun tidak ada medan sehingga bahan dikatakan memiliki magnetisasi spontan. *i atas temperatur 3urie ferromagnetik berubah menjadi paramagnetik
Apabila kur7a magnetisasi dilanjutkan dengan mengurangi besarnya medan magnet , maka rapat fluk magnetik B akan turun tetapi turunnya rapat fluk magnetik B tidak mengikuti kur7a naiknya (8ambar 4). apat fluk magnetik B turun membentuk kur7a baru menuju titik Br ketika medan magnet , sama dengan nol sehingga pada gambar jelas sekali terlihat baha ketika medan magnet , 9 0 rapat fluk magnetik B tidak sama dengan nol akan tetapi berada pada titik Br hal ini menunjukkan baha pada bahan tersebut masih terdapat rapat fluk magnetik yang tertinggal. itik Br disebut sebagai kerapatan fluk remanensi atau remanensi bahan yaitu besarnya rapat fluk magnetik B yang tertinggal pada bahan pada saat medan magnet , samadengan nol. %etika medan magnet , dibalik arahnya maka rapat fluk magnetik B akan mencapai nilai nol di titik ,c. itik ,c ini disebut sebagai gaya koersif atau koersi7itas bahan yaitu besarnya medan magnet atau intensitas , yang diperlukan unrtuk mengembalikan rapat fluk magnetik menjadi nol. Apabila siklus ini diteruskan maka akan didapat kur7a dengan bentuk simetris yang dikenal dengan fenomena histeresis seperti pada 8ambar / di atas. *ari kur7a histeresis dapat diketahui besarnya koersi7itas bahan ,c remanensi bahan Br dan permeabilitas bahan : yang besaran!besaran tersebut menentukan sifat dan karakteristik kemagnetan suatu bahan.
3. S,&+ M&*$#+,-
"ifat material terbagi menjadi dua yaitu magnetic (dengan electron yang tidak berpasangan) dan non magnetic atau diamagnetic (semua electron berpasangan).
4. P#,&- M&*$#+,-
B = μH
B = μ0 H + μ0 M
↓
↓→
induksi yang dihasilkan oleh sampel
'nduksi yang dihasilkan oleh medan χ = M / H
χ = suseptibilitasmagnetik
B = μ0 H + μ0 M χ
B = μ0 H ( 1 + χ )= μH
μ0 (1 + χ )= μ
( 1 + χ )= μ = μr μ0
μr = permitivitas relatif
%eterangan $ B 9 rapat fluk magnetic μ 9 permiti7itas ( m0 : ruang hampa ¿ , 9 medan magnet M 9 magnetisasi
5. P#,&- B&'&$ %&& M#%&$ M&*$#+
P#/&'&$ 6 %#$*&$ P#,&-
T,# $,&, 6
$,$*-&+$& +##&+
*iamagnetisme
$ #%&$
−6
− 8 × 10
paramagnetisme #aramagnetisme
8.3 × 10
pauli erromagnetisme
5 × 10
antiferromagnetisme
K#+#*&$+$*&
untuk 3u
idak ada
idak
menurun
idak
idak ada
idak
−4
untuk Mn
3
untuk e
Menurun
'ya
meningkat
iya
−2
0 sampai 10
#erilaku magnetic mungkin dibedakan dengan nilai ; dan
μ
dan dengan temperaturnya dan
ketergantungan medan •
&ilai positif 7s negati7e $ hanya material diamagnetic yang menunjukkan ;
•
negati7e &ilai absolute $ material ferromagnetic menunjukkan nilai positif yang sangat besar.
•
%etergantungan temperature $ diamagnetic tidak tergantung pada temperature material antiferromagnetik meningkat dengan meningkatnya temperature dan paramagnetik dan material ferromagnetic menurun dengan meningkatnya
•
temperature. %etergantungan medan $ hanya bahan ferro dan antiferromagnetik yang tergantunga pada medan.
9. E#- T##&+#
Bahan paramagnetic $ mematuhi hokum 3urie
χ =
C T
3 $ konstanta 3urie< $ temperature
idak ada interaksi spontan di antara electron tidak berpasangan yang berdekatan. *engan meningkatnya temperature penjalaran lebih sulit dan ; menurun. Bahan paramagnetic menunjukkan beberapa magnetic (ferromagnetic) $ ,ukum 3urie!5eiss
χ =
C T −
= konstanta !eiss
Ada interaksi spontan di antara spin yang berdekatan.
#aramagnetik $ hokum 3urie< menurun c meningkat
able / beberapa temperature 3urie dan temperature &eel Material 3r Mn e 3o &i
T " ( oC )
T # ( oC ) => !/?=
??0 //=/ =>1
T " :
temperature curie ferromagnetic
T # :
temperature &eel
7. M#$ M&*$#+,-
Momen magnetic
( μ ) dihubungkan secara langsung terhadap nomer electron yang
tidak berpasangan. Bila terdapat dua buah kutub magnet yang berlaanan + m dan $ m terpisah sejauh l maka besarnya momen magnetiknya ) (Mr adalah
dengan M
8ambar Arah momen magnetic bahan non magnetik
8ambar Arah momen magnetic bahan magnetik momen magnet mempunyai satuan dalam cgs adalah
gauss%"m
3
atau emu dan dalam
2
"' mempunyai satuan & % m
adalah sebuah 7ektor dalam arah 7ektor unit
r berarah dari ^
kutub negatif ke kutub positif. Arah momen magnetik dari atom bahan non magnetik adalah acak sehingga momen magnetik resultannya menjadi nol. "ebaliknya di dalam bahan!bahan magnetik arah momen magnetik atom!atom bahan itu teratur sehingga momen magnetik resultan tidak nol.
MOMEN MANETIK SPIN ELEKTRON
"ifat magnetic dari electron yang tidak berpasangan muncul dari spin electron dan gerak orbital electron. Magneton Bohr (BM) $ merupakan konstanta alam yang muncul dari efek magnetic. Momen magnetic biasanya diekspresikan sebagai perkalian magneton Bohr.
BM =
eh 4 'm"
e $ muatan electron h$ konstanta #lank m$ massa electron c$ kecepatan cahaya momen magnetic electron tunggal $
μs =g √ s ( s + 1 ) μs =1.73 BM
g$ perbandingan gyromagnetik!@ (untuk momen magnetic spin electron) s$ bilangan uantum spin "$ penjumlahan bilangan uantum spin ¿
/ elektron tidak berpasangan
μs =g √ s ( s + 1 )
MM6& MA8&6'% B' 6C6%&
8erak electron di sekitar nucleus mungkin dalam beberapa bahan memberikan kenaikan momen orbital yang mengkonstribusi untuk momen magnetic secara keseluruhan. μ( + ) =[ 4 ( ( ( + 1 )+ ) ( ) + 1 ) ]
1/ 2
C$ bilangan kuantum momentum sudut orbital
M&*$#+,&,
Magnetisai (kemagnetan) tidak dapat dipisahkan dari mekanika kuantum. Momen dipole magnet (momen magnet) untuk sebuah atom bebas berasal dari = sumber utama yaitu spin electron orbit electron dan perubahan momen magnet orbit yang diinduksi oleh medan magnet luar. Magnetisasi (M) didefinisikan sebagai momen dipole magnet (
μ
) per satuan 7olume (D)
maka $ μ −B M = + se,angkanuntuk superkon,uktor M = * 4 '
Bila suseptibilitas medan magnet (daya tembus medan magnet) per satuan 7olume didefinisikan (E) χ =
M μ = →"gs B *B
χ = μ 0
M μ = μ 0 → MK( B *B
3ontoh untuk superkonduktor $
χ =
− B / 4 '
B
=
−1 4 '
M&+#,& M&*$#+ #&' %&$ M&*$#+ K&+
Material magnetik diklasifikasikan menjadi dua yaitu material magnetic lemah atau soft magnetic materials maupun material magnetic kuat atau hard magnetic materials. #enggolongan ini berdasarkan kekuatan medan koersifnya dimana soft magnetic atau material magnetic lemah memiliki medan koersif yang lemah sedangkan material magnetic kuat atau hard magnetic materials memiliki medan koersif yang kuat. ,al ini lebih jelas digambarkan dengan diagram histerisis atau hysteresis loop sebagai loop.
*iagram histeresis diatas menunjukkan kur7a histeresis untuk material magnetic lunak pada gambar (a) dan material magnetic keras pada gambar (b). , adalah medan magnetik yang diperlukan untuk menginduksi medan berkekuatan B dalam material. "etelah medan , ditiadakan dalam specimen tersisa magnetisme residual Br yang disebut residual remanen dan diperlukan medan magnet ,c yang disebut gaya koersif yang harus diterapkan dalam arah berlaanan untuk meniadakannya. Magnet lunak mudah dimagnetisasi serta mudah pula mengalami demagnetisasi seperti tampak pada 8ambar @.> &ilai , yang rendah sudah memadai untuk menginduksi medan B yang kuat dalam logam dan diperlukan medan ,c yang kecil untuk menghilangkannya. Magnet keras adalah material yang sulit dimagnetisasi dan sulit di demagnetisasi. %arena hasil kali medan magnet (A+m) dan induksi (D.det+m@) merupakan energi per satuan 7olume luas daerah hasil integrasi di dalam loop histerisis adalah sama den gan energi yang diperlukan untuk satu siklus magnetisasi mulai dari 0 sampai F, hingga G,sampai 0. energi yang dibutuhkan magnet lunak dapat dapat diabaikan< medan magnet keras memerlukan energi lebih banyak sehingga pada kondisi!ruang demagnetisasi dapat diabaikan. *ikatakan magnetisasi permanen
S,&+;S,&+ M&*$#+
"ifat!sifat kemagnetan suatu bahan dapat diperlihatkan dalam kur7a histerisis yaitu kur7a hubungan intensitas magnet (,) terhadap medan magnet (B). "eperti ditunjukkan pada gambar = merupakan kur7a histerisis pada saat magnetisasi.
#ada gambar @. di atas tampak baha kur7a tidak berbentuk garis lurus sehingga dapat dikatakan baha hubungan antara B dan , tidak linier. *engan kenaikan harga , mula!mula B turut naik cukup besar tetapi mulai dari nilai , tertentu terjadi kenaikan nilai B yang kecil dan makin lama nilai B akan konstan. ,arga medan magnet untuk keadaan saturasi disebut dengan Bs atau medan magnet saturasi. "aturasi magnetisasi adalah keadaan dimana terjadi kejenuhan nilai medan magnet B akan selalu konstan alaupun medan eksternal , dinaikkan terus.Bahan yang mencapai saturasi untuk harga , rendah disebut magnet lunak seperti yang ditunjukkan kur7a (a). "edangkan bahan yang saturasinya terjadi pada harga , tinggi disebut magnet keras seperti yang ditunjukkan kur7a (c). "esudah mencapai saturasi ketika intensitas magnet , diperkecil hingga mencapai , 9 0 ternyata kur7a B tidak meleati jalur kur7a semula. #ada harga , 9 0 medan magnet atau rapat fluks B mempunyai harga Br H0 seperti ditunjukkan pada kur7a histerisis pada gambar @.. ,arga Br ini disebut dengan induksi remanen atau remanensi bahan. emanen atau ketertambatan adalah sisa medan magnet B dalam proses magnetisasi pada saat medan magnet , dihilangkan atau remanensi terjadi pada saat intensitas medan magnetik , berharga nol dan medan magnet B menunjukkan harga tertentu.#ada gambar @./0 tampak baha setelah harga intensitas magnet , 9 0 atau dibuat negatif (dengan membalik arus lilitan) kur7a B(,) akan memotong sumbu pada harga ,c. 'ntensitas ,c inilah yang diperlukan untuk
membuat rapat fluks B90 atau menghilangkan fluks dalam bahan. 'ntensitas magnet ,c ini disebut koersi7itas bahan. %oersi7itasdigunakan untuk membedakan hard magnet atau soft magnet. "emakin besar gaya koersi7itasnya maka semakin keras sifat magnetnya. Bahan dengan koersi7itas
tinggi
berarti
tidak
mudah
hilang
kemagnetannya.Untuk
menghilangkan
kemagnetannya diperlukan intensitas magnet , yang besar. Bila selanjutnya harga diperbesar pada harga negatif sampai mencapai saturasi dan dikembalikan melalui nol berbalik arah dan terus diperbesar pada harga , positif hingga saturasi kembali maka kur7a B(,) akan membentuk satu lintasan tertutup yang disebut
kur7a histeresis. Bahan yang mempunyai
koersi7itas tinggi kemagnetannya tidak mudah hilang. Bahan seperti itu baik untuk membuat magnet permanen.
Magnet permanen dapat diberi indeks berdasarkan momen koersif yang diperlukan untuk menghilangkan induksi (tabel @./). #atokan ukuran yang yang lebih baik adalah hasil kali B,.Bae/@/mempunyai nilai G,cyang sangat besar tetapi B,makssedang!sedang saja. karena rapat fluks lebih rendah dibandingkan bahan magnet permanen lainnya. *ari tabel @./ akan diperoleh gambaran mengenai peningkatan yang mungkin diperoleh beberapa para ahli peneliti
dan
rekayasaan
dengan
pengembangan
alnico
(metalik)
dan
magnet
Bae/@/(keramik) Magnet lunak merupakan pilihan tepat untuk penggunaan pada arus bolak!balik atau frekuensi tinggi karena harus mengalami magnetisasi dan demagnetisasi berulang kali selama selang satu detik. "pesifikasi yang agak kritis untuk magnet lunak adalah $ induksi jenuh (tinggi) medan koersif (rendah) dan pemeabilitas maksimum (tinggi). *ata selektif terdapat pada tabel
@.@ dan dapat dibandingkan dengan data tabel @./. asio B+,disebut permeabilitas. &ilai rasio B+,yang tinggi berarti baha magnetisasi mudah terjadi karena diperlukan medan magnet kecil untuk menghasilkan rapat fluks yang tinggi (induksi).
A,-&,
a. ransformator atau inti motor $ merupakan material magnetic lemah hysteresis rendah dan hilangnya arus eddy
b. Magnet permanen $ merupakan material magnet keras temperature curie tinggi c. #enyimpanan informasi $ merupakan material magnet lemah loop hysteresis unik system digital biner.
