Material Magnetik

2.8. Material Magnetik

Sebuah elektron dalam orbitnya serupa dengan sebuah sosok arus kecil (arusnya berlawanan dengan arah gerak elektron) dan dapat mengalami torka dalam medan magnetik eksternal, torka ini cenderung untuk menjajarkan medan magnetik yang ditimbulkan oleh elektron, yang memeri kontribusi pada momen magnetik atom hanyalah spin elektron dalam kulit yang tidak lengap. Kontribusi yang ketiga pada momen sebuah atom ditimbulkan oleh spin nuklir, tetapi pengaruh dari faktor ini biasanya dapat diabaikan.

Medan magnet digambarkan dengan dua vektor yang berlainan: induksi magnet B atau intensitas medan magnet H . Hubungan antara B dan H adalah (Omar, 1993) = B =  H (2.31)

commit to user

dimana

7 0 4 10 H x

    merupakan permeabilitas ruang hampa. Ketika bahan material ditempatkan dalam medan magnet akan mengalami

magnetisasi. Magnetisasi disimbulkan dengan vektor M , yaitu momen dipol per

satuan volume. Induksi magnet dalam bahan diberikan dalam persamaan.

0 0 = 0 B + + H  M   (2.32) Karena magnetisasi disebabkan oleh medan, maka M sebanding dengan H ,

sehingga:

M = xH (2.33)

x merupakan suseptibilitas magnetik bahan. M sebanding dengan H ,

medan luar. Suseptibilitas magnet besarnya kontribusi yang diberikan suatu bahan yang berada dalam pengaruh medan magnet terhadap seluruh rapat fluks magnet yang ada.

Berdasarkan arah dan nilai suseptibilitas magnetnya material magnetik dapat dikelompokkan menjadi tiga, yaitu material paramagnetik, diamagnetik dan feromagnetik (Omar, 1993).

2.8.1. Material Diamagnetik

Bahan diamagnetik yaitu bahan yang terdiri dari atom yang memiliki momen magnetik permanen sama dengan nol. Medan magnetik eksternal tidak akan menimbulkan torka pada atom dan tidak menimbulkan penjajaran medan dwikutub, sehingga medan magnetik internalnya sama dengan medan magnetik yang kita pasang.

commit to user

Gambar 2.6. Induksi magnetik (H) dan momen magnet material iiiiiiiiiiiiiiiiiiiii diamagnetik saat a)Tanpa medan luar; b) diberi medan luar

Material diamagnetik mempunyai kepekaan yang negatif dan lemah terhadap medan magnet. Material diamagnetik merupakan material yang

mempunyai nilai x negatif, yaitu yang mempunyai arah M berlawanan dengan

H . Material diamagnetik apabila dikenai medan magnet luar akan mengalami induksi magketik yang lemah yang arahnya berlawanan dengan arah medan luar. Bila medan luar dihilangkan induksi dan momen dipol lenyap. Besarnya suseptibilitas magnet sekitar x m = -10 -6 . Material yang termasuk dalam kelompok diamagnetik diantaranya: bismuth, gold, silver, water, carbondioxide, hydrogen, copper (Griffiths, 1993).

2.8.2. Material Paramagnetik

Material paramagnetik mempunyai kepekaan yang positif dan kecil terhadap medan magnet. Material paramagnetik merupakan material yang sedikit tertarik terhadap suatu medan magnet dan mempunyai nilai x positif yaitu untuk

M parallel H . Material paramagnetik mempunyai momen dipol magnet

permanen, sehingga momen magnetnya acak bila tidak dipengaruhi oleh medan magnet luar, tapi bila dikenai medan luar, sebagian momen magnet akan menjadi searah dengan medan magnet luar tersebut. Material paramagnetik memiliki nilai suseptibilitas antara 10 -6 sampai 10 -2 . Contoh material paramagnetik adalah

commit to user

1993). Skema momen magnet pada material paramagnetik bila tidak diberi medan luar seperti terlihat pada gambar 2.7. Bila material paramagnetik diberi pengaruh medan magnet, maka momen magnetnya akan berubah sebagian mengikuti arah medan. Bila medan magnet yang diberikan dihilangkan, maka arah momen magnet akan kembali acak.

Gambar 2.7. Orientasi momen magnet material

paramagnetik bila tidak dikenai medan luar

Gambar 2.8. Orientasi momen magnet material

paramagnetik bila dikenai medan luar

2.8.3. Material Feromagnetik

Material feromagnetik merupakan material yang mengalami gejala magnetisasi secara spontan tanpa adanya medan magnet dari luar. Bahan feromagnetik mempunyai kepekaan yang positif dan besar terhadap medan

commit to user

kuat yang berasal dari spin elektron. Dalam bahan feromagnetik, masing-masing atom memiliki momen dwikutub yang relatif besar, yang terutama ditimbulkan oleh momen spin elektron yang tak terkompensasi. Gaya antara atom menyebabkan momen ini mempunyai arah yang sejajar dalam suatu daerah yang terdiri dari banyak atom. Daerah ini disebut domain, bentuk serta ukurannya dapat bermacam-macam berkisar dari ukuran satu mikrometer sampai beberapa sentimeter.

Tanpa adanya medan luar orientasi domain acak, sehingga jumlah magnetisasi secara makroskopik adalah nol. Domain merupakan daerah yang mempunyai momen dipol sama. Diawah temperatur Curie, bahan feromagnetik terbagi dalam beberapa domain. Domain-domain tersebut termagnetisasi dalam arah yang berbeda seperti yang di tunjukkan dalam gambar 2.9. Domain-domain tersebut dipisahkan oleh dinding domain yang mengalami peralihan arah magnetisasi.

Gambar 2.9. Arah domain material feromagnetik tanpa medan luar

Material yang termasuk dalam golongan feromagnetik adalah logam transisi seperti besi (Fe), cobalt (Co), nikel (Ni) dan paduan beberapa logam seperti NiFe (Omar, 1993). Gejala magnetisasi terjadi hanya dibawah temperatur tertentu, yaitu temperatur transisi feromagnetik, yang biasa disebut dengan temperatur Curie. Temperatur tersebut tergantung pada bahan, tetapi nilainya berode sekitar 1000 K. temperatur Curie untuk Co, Fe, dan Ni masing-masing adalah 1388 K, 1043 K dan 627 K.

commit to user

Gambar 2.10. Pengaruh suhu terhadap sifat bahan

feromagnetik (Omar, 1993)

Diatas temperatur Curie momen dipol berorientasi secara acak sehingga magnetisasinya nol. Pada daerah ini material berubah menjadi bersifat paramagnetik.

Pemberian medan magnet membuat domain tumbuh mendesak domain yang lain karena migrasi batas domain. Sehingga seluruh spesimen mengalami meagnetisasi (Omar, 1993). Nilai magnetisasi bergantung pada besar medan magnet luar yang diberikan. Magnetisasi akan mencapai nilai maksimum jika momen magnetik atom sudah sejajar seluruhnya. Nilai maksimum ini disebut magnetisasi jenuh (Ms).

Gambar 2.11. menunjukkan arah momen magnet pada material feromagnetik saat berada dalam pangeruh medan magnet.

Gambar 2.11. Arah momen magnet material feromagnetik saat B = 0 dan saat diberi medan magnet luar B

Paramagnetik

Ms

Feromagnetik

Tc

T(K)

commit to user

Besi murni adalah logam yang berwarna putih mengkilat dan relatif lunak. Besi merupakan logam yang reaktif dan mudah terkorosi dalam udara lembab. Besi mudah dicampurkan dengan zat-zat lain. Sehingga menjadi bahan yang keras dan tidak mudah berkarat.

Gambar 2.12. Konfigurasi elektron pada sub kulit 3d

untuk besi (Fe) (Smith, 1993)

Besi mempunyai nomor atom 26 dan empat elektron yang tidak berpasangan pada sub kulit 3d, hal ini menyebabkan besi mempunyai momen magnet yang tidak nol. Momen magnet ini disebabkan karena karena adanya pergerakan elektron yang mengelilingi inti dan berputar pada sumbunya. Setiap elektron yang berputar mempunyai momen dipol

magnet yang biasa disebut dengan magneton Bohr yang nilainya   = 9,27 x

10 -24 Am 2 (Smith, 1993).

b. Nikel (Ni) Nikel merupakan logam yang berwarna putih mengkilat, keras dan tahan korosi. Sifat-sifat seperti itu dapat dimanfaatkan untuk melapisi barang-barang yang terbuat dari besi, baja atau tembaga, sehingga barang- barang itu terlindungi dari korosi. Nikel juga biasa digunakan sebagai paduan logam seperti stainless steel, monel ( Ni, Cu, dan sedikit Fe), nikrom (Ni, Fe, dan Cr), alniko (Al, Ni, Fe, dan Co), dan paduan NiFe.

Nikel mempunyai nomor atom 28 dan dua elektron yang tidak berpasangan pada sub kulit atom 3d.

26 Fe

commit to user

Gambar 2.13. Konfigurasi elektron pada sub kulit 3d

untuk nikel (Ni) (Smith, 1993)