Magnet Material Magnet Lunak dan Magnet Keras

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Magnet

Magnet atau magnit adalah suatu obyek yang mempunyai suatu medan magnet. Magnet dapat dibuat dari bahan besi, baja, dan campuran logam serta telah banyak dimanfaatkan untuk industri otomotif dan lainnya. Sebuah magnet terdiri atas magnet-magnet kecil yang memiliki arah yang sama tersusun teratur, magnet- magnet kecil ini disebut magnet elementer. Pada 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. Setiap magnet memiliki dua kutub, yaitu: utara dan selatan. Kutub magnet adalah daerah yang berada pada ujung-ujung magnet dengan kekuatan magnet yang paling besar berada pada kutub-kutubnya Siregar, Seri D. 2013. Magnet dapat menarik benda lain, beberapa benda bahkan tertarik lebih kuat dari yang lain, yaitu bahan logam. Namun tidak semua logam mempunyai daya tarik yang sama terhadap magnet. Besi dan baja adalah dua contoh materi yang mempunyai daya tarik yang tinggi oleh magnet. Sedangkan oksigen cair adalah contoh materi yang mempunyai daya tarik yang rendah oleh magnet. Satuan intensitas magnet menurut sistem metrik Satuan Internasional SI adalah Tesla dan SI unit untuk total fluks magnetik adalah weber 1 weberm 2 = 1 tesla yang mempengaruhi luasan satu meter persegi Theresya, 2014.

2.2 Pengertian Medan Magnet

Medan magnet adalah daerah disekitar magnet yang masih merasakan adanya gaya magnet. Jika sebatang magnet diletakkan dalam suatu ruang, maka terjadi perubahan dalam ruang ini yaitu dalam setiap titik dalam ruang akan terdapat medan magnetik. Arah medan magnetik di suatu titik didefenisikan sebagai arah yang ditunjukkan oleh kutub utara jarum kompas ketika ditempatkan pada titik tersebut. Universitas Sumatera Utara

2.2.1 Momen Magnetik

Bila terdapat dua buah kutub magnet yang berlawanan +m dan –m terpisah sejauh l, maka besarnya momen magnetiknya ⃑⃑ adalah: ⃑⃑ = mlrˆ 2.1 dengan ⃑⃑ adalah sebuah vektor dalam arah vektor unit rˆ berarah dari kutub negatif ke kutub positif. Arah momen magnetik dari atom bahan non magnetik adalah acak sehingga momen magnetik resultannya menjadi nol. Sebaliknya di dalam bahan-bahan magnetik, arah momen magnetik atom-atom bahan itu teratur sehingga momen magnetik resultan tidak nol. Momen magnet mempunyai satuan dalam cgs adalah gauss.cm3 atau emu dan dalam SI mempunyai satuan A.m 2

2.2.2 Induksi Magnetik

Definisi induksi magnet, Induksi magnet adalah kuat medan magnet akibat adanya arus listrik yang mengalir dalam konduktor. Adanya kuat medan magnetic disekitar konduktor berarus listrik diselidiki pertama kali oleh Hans Christian Denmark, 1774 –1851. Jika jarum kompas diletakkan sejajar dengan konduktor itu dialiri arus listrik.Bila arah arus dibalik, maka penyimpangannya juga berbalik. Suatu bahan magnetik yang diletakkan dalam medan luar ⃑⃑ ’ akan menghasilkan medan tersendiri ⃑⃑ ’yang menigkatkan nilai total medan magnetic bahan tersebut. Induksi magnetik yang didefinisikan sebagai medan total bahan ditulis sebagai : ⃑ ⃑⃑ + ⃑⃑ ’ 2.2 Hubungan medan sekunder = 4 ⃑⃑ , satuan dalam cgs adalah gauss, sedangkan dalam geofisika eksplorasi dipakai satuan gamma g dan dalam SI adalah tesla T atau nanoTesla nT.

2.2.3 Kuat Medan Magnetik

Kuat medan magnetik disuatu titik adalah gaya magnetik yang dialami tiap satu-satuan kuat kutub magnet utara disuatu titik yang berada didalam medan magnetik magnet lain. Kuat medan magnetik yang disebabkan oleh arus listrik disebut dengan induksi magnetik.Kuat medan magnet pada suatu titik yang Universitas Sumatera Utara berjarak r dari m1 didefinisikan sebagai gaya persatuan kuat kutub magnet, dapat dituliskan sebagai: ⃑⃑ oersted 2.3 Dengan : F = Gaya Newton ⃑⃑ = Kuat medan magnet luar Gauss m 1 ,m 2 = Kuat kutub magnet 1 dan 2 Ampere meter r 1 ,r 2 = Jarak titik ke kutub magnet µ = Permeabilitas ruang hampa 4 x 10 -7 Hmudara 1 Hm Afza,Erini. 2011.

2.3 Macam – Macam Magnet

Berdasarkan sifat kemagnetannya magnet dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu:

2.3.1 Magnet Permanen

Suatu magnet permanen harus mampu menghasilkan fluks magnet yang tinggi dari suatu volume magnet tertentu, stabilitas magnetik yang baik terhadap efek temperatur dan waktu, serta memiliki ketahanan yang tinggi terhadap pengaruh demagnetisasi. Pada prinsipnya, suatu magnet permanen haruslah memiliki karakteristik minimal dengan sifat kemagnetan remanen, Br dan koersivitas intrinsik, Hc serta temperatur Curie, Tc yang tinggi. Azwar Manaf, 2013

2.3.2 Magnet Remanen

Magnet remanen adalah suatu bahan yang hanya dapat menghasilkan medan magnet yang bersifat sementara. Medan magnet remanen dihasilkan dengan cara mengalirkan arus listrik atau digosok dengan magnet alam secara berulang-ulang. Bila suatu bahan pengantar dialiri arus listrik, besarnya medan magnet yang dihasilkan tergantung pada besar arus listrik yang dialirkan. Medan magnet remanen yang digunakan dalam praktek kebanyakan dihasilkan oleh arus dalam kumparan yang berinti besi. Agar medan magnet yang dihasilkan cukup kuat, kumparan diisi dengan besi atau bahan sejenis besi dan sistem ini dinamakan electromagnet. Keuntungan electromagnet adalah bahwa Universitas Sumatera Utara kemagnetannya dapat dibuat sangat kuat, tergantung dengan arus yang dialirkan. Dan kemagnetannya dapat dihilangkan dengan memutuskan arus listriknya. Afza, Erini. 2011.

2.4 Klasifikasi Material Magnetik

Material magnetik adalah material yang mempunyai sifat magnetik. Sifat magnetik adalah fenomena suatu bahan menarik atau menolak material lain yang berada di dekatnya. Berdasarkan nilai suseptibilitas material magnetik dibedakan menjadi 3 yaitu diamagnetik, paramagnetik, dan ferromagnetik Theresya, 2014.

2.4.1 Diamagnetik

Bahan diamagnetik merupakan bahan yang memiliki nilai suseptibilitas negatif dan sangat kecil. Sifat diamagnetik ditemukan oleh Faraday pada tahun 1846 ketika sekeping bismuth ditolak oleh kedua kutub magnet, hal ini memperlihatkan bahwa medan induksi dari magnet tersebut menginduksi momen magnetik pada bismuth pada arah berlawan dengan medan induksi pada magnet Tipler, 1991. Bahan diamagnetik tidak mempunyai momen dipol magnet permanen. Jika bahan diamagnetik dibalik diberi medan magnet luar, maka elektron-elektron dalam atom akan berubah gerakannya sedemikian hingga menghasilkan resultan medan magnet atomis yang arahnya berlawanan. Sifat diamagnetik bahan ditimbulkan oleh gerak orbital elektron sehingga semua bahan bersifat diamagnetik karena atomnya mempunyai elektron orbital. Bahan dapat bersifat magnet apabila susunan atom dalam bahan tersebut mempunyai spin elektron yang tidak berpasangan. Dalam bahan diamagnetik hampir semua spin elektron berpasangan, akibatnya bahan ini tidak menarik garis gaya. Permeabilitas bahan diamagnetik adalah 0 dan susepbtibilitas magnetiknya 0. Contoh bahan diamagnetik yaitu bismut, perak, emas, tembaga dan seng. J.D. Kraus, 1998.

2.4.2 Paramagnetik

Material paramagnetik mempunyai nilai suseptibilitas positif di mana magnetisasi M paralel dengan medan luar. Material yang termasuk dalam paramagnetik adalah Universitas Sumatera Utara logam transisi dan ion logam tanah jarang rare-earth ions. Ion-ion ini mempunyai kulit atom yang tidak terisi penuh yang berisi momen magnet permanen. Momen magnet permanen terjadi karena adanya gerak orbital dan elektron Theresya, 2014. Setiap elektron berperilaku seperti magnet kecil yang pada medan magnet memiliki salah satu orientasi yaitu searah atau berlawanan arah dengan medan magnet tergantung dengan arah spin elektron. Ketika tidak ada medan luar orientasi momen magnet acak, tetapi ketika medan luar diterapkan maka orientasi momen magnetik sebagian mengarah ke medan luar. Gambar 2.1 Orientasi momen magnetik bahan paramagnetik a Tanpa adanya medan luar, b Dengan adanya medan luar Theresya, 2014 Dalam bahan ini hanya sedikit spin elektron yang tidak berpasangan, sehingga bahan ini sedikit menarik garis-garis gaya. Dalam bahan paramagnetik, medan B yang dihasilkan akan lebih besar dibanding dengan nilainya dalam hampa udara. Suseptibilitas magnet dari bahan paramagnetik adalah positif dan berada dalam rentang 10-5 sampai 10-3 m3Kg, sedangkan permeabilitasnya adalah 0.Contoh bahan paramagnetik : alumunium, magnesium dan wolfram Theresya, 2014.

2.4.3 Ferromagnetik

Ferromagnetik merupakan bahan yang memiliki nilai suseptibilitas magnetik positif yang sangat tinggi. Dalam bahan ini sejumlah kecil medan magnetik luar dapat menyebabkanderajat penyearahan yang tinggi pada momen dipol magnetik atomnya. Dalam beberapa kasus, penyearahan ini dapat bertahan sekalipun medan kemagnetannya telah hilang. Hal ini terjadi karena momen dipol Universitas Sumatera Utara magnetik atom dari bahan – bahan ferromagnetik ini mengarahkan gaya-gaya yang kuat pada atom disebelahnya. Sehingga dalam daerah ruang yang sempit, momen ini disearahkan satu sama lain sekalipun medan luarnya tidak ada lagi. Daerah ruang tempat momen dipol magnetik yang disearahkan ini disebut daerah magnetik. Dalam daerah ini, semua momen magnetik disearahkan, tetapi arah penyearahnya beragam dari daerah sehingga momen magnetik total dari kepingan mikroskopi bahan ferromagnetik ini adalah nol dalam keadaan normal Tipler, 1991.

2.5 Material Magnet Lunak dan Magnet Keras

Material magnetik diklasifikasikan menjadi dua yaitu material magnetik lemah atau soft magnetic materials maupun material magnetik kuat atau hard magneticmaterials. Penggolongan ini berdasarkan kekuatan medan koersifnya dimana soft magnetic atau material magnetik lemah memiliki medan koersif yang lemah sedangkan material magnetik kuat atau hard magnetic materials memiliki medan koersif yang kuat. Hal ini lebih jelas digambarkan dengan diagram histerisis atau hysteresis loop sebagai loop. Gambar 2.2 Histeris material magnet a Material lunak, b Material keras Gambar 2.2 menunjukkan kurva histeresis untuk material magnetic lunak pada bagian a dan material magnetik keras pada bagian b. H merupakan medan magnetik yang diperlukan untuk menginduksi medan berkekuatan B dalam Universitas Sumatera Utara material. Setelah medan H ditiadakan, dalam specimen tersisa magnetisme residual Br, yang disebut residual remanen, dan diperlukan medan magnet Hc yang disebut gaya koersif, yang harus diterapkan dalam arah berlawanan untuk meniadakannya. Magnet lunak mudah dimagnetisasi serta mudah pula mengalami demagnetisasi, seperti tampak pada Gambar 2.2 Nilai H yang rendah sudah memadai untuk menginduksi medan B yang kuat dalam logam, dan diperlukan medan Hc yang kecil untuk menghilangkannya. Magnet keras adalah material yang sulit dimagnetisasi dan sulit di demagnetisasi. Karena hasil kali medan magnet Am dan induksi V.detm2 merupakan energi per satuan volume, luas daerah hasil integrasi di dalam loop histerisis adalah sama dengan energi yang diperlukan untuk satu siklus magnetisasi mulai dari 0 sampai +H hingga –H sampai 0. energi yang dibutuhkan magnet lunak dapat dapat diabaikan; medan magnet keras memerlukan energi lebih banyak sehingga pada kondisi-ruang, demagnetisasi dapat diabaikan. Dikatakan, magnetisasi permanen Afza, Erini. 2011.

2.6 Magnet Komposit