Pengertian Magnet Magnet Keramik

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Magnet

Magnet adalah logam yang dapat menarik besi atau baja dan memiliki 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 Suryatin, 2008. 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 Afza, 2011. Benda dapat dibedakan menjadi dua macam berdasarkan sifat kemagnetannya yaitu benda magnetik dan benda non-magnetik. Benda magnetik adalah benda yang dapat ditarik oleh magnet, sedangkan benda non-magnetik adalah benda yang tidak dapat ditarik oleh magnet Suryatin, 2008. Contoh benda magnetik adalah logam seperti besi dan baja, namun tidak semua logam dapat ditarik oleh magnet, sedangkan contoh benda non-magnetik adalah oksigen cair. Satuan intensitas magnet menurut sistem metrik Satuan Internasional SI adalah Universitas Sumatera Utara Tesla dan SI unit untuk total fluks magnetik adalah weber 1 weberm2 = 1 tesla yang mempengaruhi luasan satu meter persegi Afza, 2011.

2.2 Sifat Kemagnetan Bahan

Bahan magnetik adalah suatu bahan yang memiliki sifat kemagnetan dalam komponen pembentuknya. Menurut sifatnya terhadap adanya pengaruh kemagnetan, bahan magnet ini dapat digolongkan menjadi 5 yaitu bahan diamagnetik, bahan paramagnetik, bahan ferromagnetik, bahan anti ferromagnetik, dan bahan ferrimagnetik Jiles, D. C, 1998.

2.2.1 Bahan Diamagnetik

Bahan diamagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomik dari masing-masing atommolekulnya adalah nol, tetapi medan magnet akibat orbit dan spin elektronnya tidak nol. Bahan diamagnetik tidak mempunyai momen dipol magnet permanen. Jika bahan diamagnetik diberi medan magnet luar, maka elektron-elektron dalam atom akan mengubah gerakannya sedemikian rupa sehingga menghasilkan resultan medan magnet atomik yang arahnya berlawanan dengan medan magnet luar tersebut, seperti terlihat pada Gambar 2.1. Gambar 2.1 Arah domain dan kurva bahan diamagnetik Sifat diamagnetik bahan ditimbulkan oleh gerak orbital eleKtron karena atom mempunyai elektron orbital, maka semua bahan bersifat diamagnetik. Suatu 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 ini: µ µ o dengan suseptibilitas magnetik bahan: m  0. Universitas Sumatera Utara

2.2.2 Bahan Paramagnetik

Bahan paramagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomik masing-masing atomnya tidak nol, tetapi resultan medan magnet atomik total seluruh atomnya dalam bahan nol. Hal ini disebabkan karena gerakan atomnya acak, sehingga resultan medan magnet atomik masing-masing atom saling meniadakan. Di bawah pengaruh medan eksternal, bahan tersebut akan mensejajarkan diri karena adanya torsi yang dihasilkan, seperti terlihat pada Gambar 2.2. Sifat paramagnetik ditimbulkan oleh momen magnetik spin yang menjadi terarah oleh medan magnet luar Jiles, D. C, 1998. Gambar 2.2 Arah domain dan kurva bahan paramagnetik a. Sebelum diberi medan magnet luar, b. Setelah diberi medan magnet luar. Bahan ini jika diberi medan magnet luar, elektron-elektronnya akan berusaha sedemikian rupa sehingga resultan medan magnet atomiknya searah dengan medan magnet luar. Sifat paramagnetik ditimbulkan oleh momen magnetik spin yang menjadi terarah oleh medan magnet luar. Pada bahan ini efek diamagnetik efek timbulnya medan magnet yang melawan medan magnet penyebabnya dapat timbul, tetapi pengaruhnya sangat kecil. 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 m 3 kg, sedangkan permeabilitasnya adalah µ µ o . Contoh bahan paramagnetik: alumunium, magnesium dan wolfram. a b Universitas Sumatera Utara

2.2.3 Bahan Ferromagnetik

Bahan ferromagnetik mempunyai resultan medan magnet atomik besar, hal ini disebabkan oleh momen magnetik spin elektron. Pada 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. 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, diperlihatkan pada Gambar 2.3 Jiles, D. C, 1998. Gambar 2.3 Arah domain dan kurva bahan Ferromagnetik Bahan ferromagnetik juga memiliki suseptibilitas yang tinggi, sangat berguna karena menghasilkan medan magnet B yang kuat dengan arus yang relatif kecil dalam koil. Bahan ini memiliki banyak domain kecil dengan dimensi linier sekitar 1μm 10 -6 m. Tiap domain berisi beberapa dipol magnet hasil spin elektron, yang disusun secara paralel oleh gaya yang kuat antara dipol-dipol yang berdekatan. Arah susunan dari dipol magnet dari domain yang satu dengan yang lainnya berbeda, sehingga biasanya tidak terdapat gabungan medan magnet dalam bahan tersebut sebagai satu-kesatuan. Domain-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. Domain dengan momen magnet paralel terhadap medan eksternal akan mengembang, sementara yang lain mengerut. Semua domain akan mensejajarkan diri dengan medan eksternal pada titik saturasi. Artinya bahwa setelah seluruh domain sudah terarahkan, Universitas Sumatera Utara 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 bahwa setelah medan magnet luar dihilangkan, akan tetap memiliki medan magnet, karena itu bahan ini sangat baik sebagai sumber magnet permanen. Permeabilitas bahan: µ » µ o dengan suseptibilitas bahan: m » 0. Contoh bahan ferromagnetik: besi, baja. Sifat kemagnetan bahan ferromagnetik akan hilang pada temperatur Curie. Temperatur Curie untuk besi lemah adalah 770 o C dan untuk baja adalah 1043 o C Sifat bahan ferromagnetik biasanya terdapat dalam bahan ferit. Ferit merupakan bahan dasar magnet permanen yang banyak digunakan dalam industri- industri elektronika, seperti dalam loudspeaker, motor-motor listrik, dynamo dan KWH-meter. Bahan-bahan ferromagnetik dapat dikategorikan menjadi dua bagian yaitu: a. Bahan yang mudah dijadikan magnet yang lazim disebut bahan magnetik lunak. Bahan ini banyak digunakan untuk inti transformator, inti motor atau generator, rilai relay, peralatan sonar atau radar. b. Bahan ferromagnetik yang sulit dijadikan magnet tetapi setelah menjadi magnet tidak mudah kembali seperti semula disebut bahan magnetik keras, bahan ini digunakan untuk pabrikasi magnet permanen Jiles, D. C, 1998.

2.2.4 Bahan Anti Ferromagnetik

Bahan anti ferromagnetik adalah suatu bahan yang memiliki suseptibilitas positif yang kecil pada segala temperatur, tetapi perubahan suseptibilitas karena temperatur adalah keadaan yang sangat khusus. Susunan dwikutubnya adalah sejajar tetapi berlawanan arah, diperlihatkan pada Gambar 2.4. Universitas Sumatera Utara Gambar 2.4 Arah domain dan kurva bahan Anti Ferromagnetik, a Sebelum diberi medan luar, b Setelah diberi medan luar

2.2.5 Bahan Ferrimagnetik

Bahan ferrimagnetik memiliki resisitivitas yang jauh lebih tinggi dibanding bahan ferromagnet. Oleh karena itu ferrimagnet ferrit arus-eddy yang terjadi pada bahan ini kecil. Dalam bahan ini hanya sedikit spin elektron yang tidak berpasangan, sehingga bahan ini sedikit menarik garis-garis gaya, diperlihatkan pada Gambar 2.5. Gambar 2.5 Arah domain dan kurva bahan ferrimagnetik . Jika terdapat medan magnet yang dihasilkan oleh sumbernya H dalam oersted, maka di ruang hampa yang permeabilitas magnetnya µ bermedan magnet B dalam gauss, dinyatakan dalam kaitan: B = µ H 2.1 Persamaan 2.1 memperlihatkan hubungan kesebandingan antara B dengan H. Bedanya H selalu tetap pada sumber medan magnet yang tetap, sedangkan B bergantung pada H dan jenis bahan mediumnya. Jenis bahan medium itu dinyatakan dalam bentuk permeabilitas bahan itu µ, sehingga B di medium itu dinyatakan: B = µ H 2.2 b a Universitas Sumatera Utara Selain bergantung pada jenis bahan, ternyata µ juga bergantung pada suhu bahan dan kuat medan magnet yang bekerja. Sebagai contoh, besi Fe berkadar 99,91 pada B = 20 gauss dan suhu kamar mempunyai µ= 200 gaussoersted, sedangkan pada suhu 0 o C permeabilitas magnet itu besarnya 920 gaussoersted, bahkan nilai µ maksimum yang mungkin adalah 5000 gaussoersted. Keberadaan nilai µ bahan berkaitan dengan sifat magnetiknya Gambar 2.6, sehingga bahan itu termasuk: ferromagnetik, ferrimagnetik, paramagnetik, ataukah diamagnetic Jiles, D. C, 1998. Gambar 2.6. Keberadaan permeabilitas magnet yang dikaitkan dengan sifat magnetik bahan

2.3 Material Magnetik

Magnet yang paling banyak dikenal adalah mengandung besi metalik. Beberapa elemen lain juga memperlihatkan sifat magnet, tapi tidak semua magnet berwujud logam. Teknologi mutakhir sekarang telah menggunakan keduanya, baik magnet metalik maupun keramik. Teknologi mutakhir ini juga memanfaatkan elemen-elemen lain untuk meningkatkan kemampuan magnetik. Magnet terdiri dari tiga kriteria, bisa berwujud magnet tetap atau magnet permanen, magnet tidak tetap, dan magnet buatan. Universitas Sumatera Utara

2.3.1 Magnet Tetap

Magnet tetap adalah magnet yang tidak memerlukan tenaga atau bantuan dari luar untuk menghasilkan daya magnet berelektromagnetik. Magnet jenis ini dapat mempertahankan kemagnetannya dalam waktu yang sangat lama. Jenis magnet tetap selama ini yang diketahui terdapat pada:

1. Neodymium Magnet

Magnet neodymium, merupakan magnet tetap yang paling kuat. Magnet neodymium juga dikenal sebagai NdFeB, NIB, atau magnet Neo, merupakan sejenis magnet tanah jarang, terbuat dari campuran logam neodymium. Tetragonal Nd 2 Fe 14 B memiliki struktur kristal yang sangat tinggi uniaksial anisotropi magnetocrystalline HA~7 Tesla. Senyawa ini memberikan potensi untuk memiliki tinggi koersivitas yaitu, ketahanan mengalami kerusakan magnetik. Sinter Nd 2 Fe 14 B cenderung rentan terhadap korosi. Secara khusus, korosi sekecil apapun dapat menyebabkan kerusakan magnet sinter. Masalah ini dibahas dalam banyak produk komersial dengan menyediakan lapisan pelindung. Pelapisan nikel atau dua pelapisan tembaga berlapis nikel digunakan sebagai metode standar, meskipun pelapisan dengan logam lainnya atau polimer dan lapisan pelindung pernis juga digunakan. Gambar 2.7 Neodymium Magnet

2. Samarium-Cobalt Magnet

Magnet Samarium-Cobalt adalah salah satu dari dua jenis magnet bumi yang langka, merupakan magnet permanen yang kuat yang terbuat dari paduan samarium dan kobalt. Mereka dikembangkan pada awal tahun 1970. Universitas Sumatera Utara Mereka umumnya-terkuat kedua jenis magnet dibuat, kurang kuat dari magnet neodymium, tetapi memiliki peringkat temperatur yang lebih tinggi dan lebih tinggi koersivitas. Mereka rapuh dan rawan terhadap retak dan chipping. Samarium-kobalt magnet memiliki produk-produk energi maksimum BH max yang berkisar dari 16 oersteds megagauss-MGOe menjadi 32 MGOe; batas teoretis mereka adalah 34 MGOe. Jenis magnet ini dapat ditemukan di dalam alat-alat elektronik seperti VCD, DVD, VCR player, handphone , dan lain-lain. Gambar 2.8 Samarium-Cobalt magnet

3. Keramic Magnet

Ferrite adalah senyawa kimia yang terdiri dari keramik bahan dengan besi III oksida Fe 2 O 3 sebagai komponen utama. Bahan ini digunakan untuk membuat magnet permanen, seperti core ferit untuk transformator, dan berbagai aplikasi lain. Ferit keras banyak digunakan dalam komponen elektronik, diantaranya motor-motor DC kecil, pengeras suara loud speaker, meteran air, KWH-meter, telephone receiver ,circulator , dan rice cooker . Gambar 2.9 Keramik magnet Universitas Sumatera Utara

4. Plastik Magnet

Fleksibel karet magnet dibuat dengan mencampur ferit atau bubuk Neodymium magnet dan pengikat karet sintetis atau alami. Fleksibel karet magnet dibuat dengan menggulung atau metode ekstrusi. Magnet plastik dibuat karena keuntungan dari magnet ini fleksibilitas, biaya rendah, dan kemudahan dalam penggunaan. Magnet plastik biasanya diproduksi dalam bentuk lembaran strip atau yang banyak digunakan dalam mikro-motor, gasket dan lain-lain. Ferit bahan fleksibel berbasis sering dilaminasi dengan vinil dicetak putih atau berwarna. Gambar 2.10 Plastik magnet 5. Alnico Magnet Alnico magnet adalah magnet paduan yang mengandung Alumunium Al, Nikel Ni, Cobalt Co. Karena dari tiga unsur tersebut magnet ini sering disebut Alnico. Sebenarnya magnet alinco ini tidak hanya mengandung ketiga unsur saja melainkan ada beberapa unsur mengandung besi dan tembaga, tetapi kandungan besi dan tembaga tersebut relatif sedikit. Alnico magnet dikembangkan pada tahun 1930-an dengan metode sintering atau lebih umum disebut metode casting. Jenis magnet ini dapat ditemukan di dalam alat-alat motor kipas angin, speaker, dan mesin motor. Magnet ini juga sering dijumpai dalam lab sekolahan bahkan dapat ditemukan pada sepatu kuda yang berfungsi untuk meningkatkan daya lari kuda. Magnet ini kekuatannya relatif sedang dan kemampuan terapinya sangat lemah dan tidak dianjurkan untuk digunakan dalam terapi magnet. Magnet ini adalah magnet yang masih termasuk kategori berenergi rendah. Universitas Sumatera Utara Gambar 2.11 Magnet Alnico

2.3.2 Magnet Tidak Tetap

Magnet tidak tetap remanen tergantung pada medan listrik untuk menghasilkan medan magnet. Contoh magnet tidak tetap adalah elektromagnet, yang mana akan memiliki daya magnet bila diberi arus listrik dan daya magnetnya akan hilang ketika arus listrik dihilangkan.

2.3.3 Magnet Buatan

Magnet buatan meliputi hampir seluruh magnet yang ada sekarang ini. Bentuk magnet buatan antara lain: a. Magnet U b. Magnet ladam c. Magnet batang d. Magnet lingkaran e. Magnet jarum

2.4 Magnet Keramik

Magnet keramik memiliki peran yang sangat penting dalam berbagai aplikasi, khususnya dalam rangkaian-rangkaian frekuensi tinggi dimana rugi-rugi arus eddy dalam logam sangat tinggi. Keramik sendiri adalah bahan-bahan yang tersusun dari senyawa anorganik bukan logam yang pengolahannya melalui perlakuan dengan temperatur tinggi. Kegunaannya adalah untuk dibuat berbagai keperluan desain teknis khususnya dibidang kelistrikan, elektronika, dan mekanik, Universitas Sumatera Utara serta memanfaatkan material keramik tersebut sebagai bahan magnet permanen. Material ini dapat menghasilkan medan magnet tanpa harus diberi arus listrik yang mengalir dalam sebuah kumparan atau solenoida untuk mempertahankan medan magnet yang dimilikinya. Disamping itu, magnet permanen jenis ini juga dapat memberikan medan yang konstan tanpa mengeluarkan daya yang terus menerus. Bahan keramik yang bersifat magnetik umumnya merupakan golongan ferit, merupakan oksida yang disusun oleh hematit α-Fe 2 O 3 sebagai komponen utama. Bahan ini menunjukkan induksi magnetik spontan meskipun medan magnet luar yang diberikan dihilangkan. Material ferit dikenal sebagai magnet keramik, bahan itu tidak lain adalah oksida besi yang disebut ferit besi ferrous ferrite dengan rumus kimia MO.Fe 2 O 3 6 , dimana M adalah Ba, Sr atau Pb. 6Fe 2 O 3 + BaCO 3 BaO.6Fe 2 O 3 + CO 2 Pada umumnya ferit dibagi menjadi tiga kelas: 1. Ferit lunak, ferit ini mempunyai formula MFe 2 O 4 , dimana M = Cu, Zn, Ni, Co, Fe, Mn, dan Mg dengan struktur kristal seperti mineral spinel. Sifat bahan ini mempunyai permeabilitas, hambatan jenis yang tinggi, dan koersivitas yang rendah. 2. Ferit keras, ferit jenis ini adalah turunan dari struktur magneto plumbit yang dapat ditulis sebagai MFe 12 O 19 , dimana M = Ba, Sr, Pb. Bahan ini mempunyai gaya koersivitas dan remanen yang tinggi dan mempunyai struktur kristal heksagonal dengan momen-momen magnetik yang sejajar dengan sumbu c. 3. Ferit berstruktur Garnet, magnet ini mempunyai magnetisasi spontan yang bergantung pada temperatur secara khas. Strukturnya sangat rumit, berbentuk kubik dengan sel satuan disusun tidak kurang dari 160 atom. Magnet keramik yang merupakan magnet permanen mempunyai struktur hexagonal close-pakced HCP. Dalam hal ini bahan yang sering digunakan adalah Barrium Ferrite BaO.6Fe 2 O 3 , dapat juga barium digantikan bahan yang menyerupai segolongan dengannya, yaitu seperti Strontium. Material magnetik Universitas Sumatera Utara ferit yang memiliki sifat-sifat campuran beberapa oksida logam valensi II, dimana oksida besi valensi III Fe 2 O 3 merupakan komponen yang utama. Ferit lunak mempunyai struktur kristal kubik dengan rumus umum MO.Fe 2 O 3 dimana M adalah Fe, Mn, Ni, dan Zn atau gabungannya seperti Mn-Zn dan Ni-Zn. Bahan ini banyak digunakan untuk inti transformator, memori komputer, induktor, recording heads, microwave dan lain-lain. Ferit keras banyak digunakan dalam komponen elektronik, diantaranya motor-motor DC kecil, pengeras suara loud speaker, meteran air, KWH-meter, telephone receiver, circulator dan rice cooker.

2.5 Barium heksaferit BaFe