BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Magnet
Kata magnet berasal dari Magnesia, nama suatu kota di kawasan Asia. Di kota inilah orang
– orang Yunani sekitar tahun 600 SM menemukan sifat magnetik dari mineral magnetik. Secara umum, pengertian magnet adalah kemampuan suatu
benda untuk menarik benda – benda lain yang berada disekitarnya. Magnet dapat
dibuat dari bahan besi, baja, dan campuran logam lainnya. Hingga saat ini, magnet banyak dimanfaatkan untuk perangkat elektronik, seperti bel listrik, telepon, dan
mikrofon. Berdasarkan asalnya, magnet dibagi menjadi dua kelompok, yaitu magnet alam dan magnet buatan. Magnet alam adalah magnet yang ditemukan di
alam, sedangkan magnet buatan adalah magnet yang sengaja dibuat oleh manusia. Magnet buatan selanjutnya terbagi lagi menjadi magnet tetap permanen dan
magnet sementara. Magnet tetap adalah magnet yang sifat kemagnetannya tetap terjadi dalam waktu yang relatif lama. Sebaliknya, magnet sementara adalah
magnet yang sifat kemagnetannya tidak tetap atau sementara. Sebuah magnet terdiri atas magnet
– magnet kecil yang mengarah ke arah yang sama. Magnet – magnet kecil ini disebut magnet elementer.
Magnet mempunyai 2 kutub yaitu kutub utara dan kutub selatan. Kutub 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. 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. Julia,2011.
2.2 Bahan Magnetik
Bahan magnetik adalah suatu bahan yang memiliki sifat kemagnetan dalam komponen pembentuknya. Berdasarkan perilaku molekulnya di dalam Medan
Universitas Sumatera Utara
magnetik luar, bahan magnetik terdiri dari: Diamagnetik, Paramagnetik, Feromagnetik, Anti Ferromagnetik dan Ferrimagnetik.
1. Bahan Diamagnetik
Diamagnetik merupakan sifat universal dari atom karena terjadi gerakan elektron pada orbitnya mengelilingi nukleus. Elektron dengan gerakan seperti ini
merupakan suatu rangkaian listrik, dan dari hukum Lenz diketahui bahwa gerakan ini diubah oleh medan yang diterapkan sedemikian rupa sehingga menimbulkan
gaya tolak. Smallman,R.E. 2000. 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 Halliday Resnick, 1978.
Konstribusi diamagnetik yang berasal dari elektron valensi kecil, tetapi apabila berasal dari kulit tertutup kontribusi sebanding dengan jumlah elektron di
dalamnya dan dengan kuadrat radius “orbit”. Pada berbagai logam, efek diamagnetik ini dikalahkan oleh kontribusi paramagnetik yang berasal dari spin
elektron. 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 atomis yang arahnya berlawanan dengan medan magnet
luar tersebut. Material diamagnetik mempunyai suseptibilitas magnetik negatif kecil,
yang berarti akan bersifat lemah terhadap medan magnetik luar yang diberikan. Matthew,2013.
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 dengan suseptibilitas magnetik bahan:
χ
m
0. Nilai bahan diamagnetik mempunyai orde -10
-5
m
3
kg. Contoh bahan diamagnetik yaitu: bismut, perak, emas, tembaga dan seng.
Universitas Sumatera Utara
2. Bahan Paramagnetik
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 Halliday Resnick, 1978. Setiap elektron berperilaku seperti magnet kecil dan dalam medan
magnetik memiliki salah satu dari dua orientasi, yaitu searah atau berlawanan dengan arah medan, tergantung pada arah spin elektron tersebut. Oleh karena itu,
energi elektron berkurang atau bertambah dan dapat dipaparkan secara mudah dengan teori pita. Jadi, apabila kita menganggap bahwa pita level energi terbelah
menjadi dua bagian pada gambar 2.1a, dan masing – masing bagian terdapat
elektron dengan spin berlawanan, maka bila terdapat medan, beberapa elektron akan mengubah keterikatan dari pita yang satu ke pita yang lain sampai kedua pita
mempunyai level energi Fermi sama. Smallman,R.E. 2000. Di bawah pengaruh medan eksternal, mereka mensejajarkan diri karena
torsi yang dihasilkan. Sifat paramagnetik ditimbulkan oleh momen magnetik spin yang menjadi terarah oleh medan magnet luar. Sifat paramagnetik ditimbulkan
oleh momen magnetik spin yang menjadi terarah oleh medan magnet luar. 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
. Contoh bahan paramagnetik : alumunium, magnesium dan wolfram. Nicola,2003.
3. Bahan Ferromagnetik
Bahan ferromagnetik mempunyai resultan medan magnet atomis 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
Universitas Sumatera Utara
total yang dihasilkan oleh satu atom menjadi lebih besar Halliday Resnick, 1989.
Ferromagnetisme, seperti paramagnetisme, berasal dari spin elektron. Namun, pada material ferromagnetik, dihasilkan magnet permanen dan ini
menunjukkan bahwa ada kecenderungan dari spin elektron untuk tidak berubah arah meskipun medan ditiadakan. Mengenai struktur pita, ini berarti bahwa
setengah pita terkait dengan satu pin secara otomatis berkurang apabila level kosong di puncak diisi oleh elektron dari puncak lainnya Gambar 2.1b dan
perubahan energi potensial berkaitan dengan transfer ini disebut energi pertukaran. Jadi, meskipun secera energetik memang dimungkinkan adanya keadaan dimana
semua spin berada dalam satu arah, terdapat faktor bertentangan yaitu prinsip pengecualian Pauli, karena apabila spin berada dalam satu arah banyak elektron
harus memasuki keadaan kuantum lebih tinggi yang berarti terjadi peningkatan energi kinetik.
Gambar 2.1. Skema a nikel paramagnetik dan b nikel ferromagnetik Raynor,1958
Pada logam ferromagnetik terjadi pengarahan spin elektron secara spontan, karena interaksi yang kuat, meski tidak diterapkan suatu medan. Akan tetapi suatu
spesimen besi dapat berada dalam kondisi tanpa magnetisasi karena pengarahan seperti itu terbatas di daerah kecil, atau domain, yang secara statistik saling
bertentangan. Domain ini berbeda dengan butir logam polikristalin dan dalam satu butir terdapat beberapa domain. Dengan penerapan medan magnetik, domain
dengan orientasi yang diutamakan tumbuh dengan mendifusi domain lain oleh
Universitas Sumatera Utara
migrasi batas domain sehingga seluruh spesimen mengalami magnetisasi. Smallman,R.E. 2000.
4. Bahan Anti Ferromagnetik
Bahan yang menunjukkan sifat antiferomanetik, momen magnetik atom atau molekul, biasanya terkait dengan spin elektron yang teratur dalam pola yang
reguler dengan tetangga spin pada sublattice berbeda menunjuk ke arah yang berlawanan. Hal ini seperti ferromagnetik dan ferrimagnetik,suatu bentuk dari
keteraturan magnet. Umumnya, keteraturan antiferromagnetik berada pada suhu yang cukup rendah, menghilang pada di atas suhu tertentu. Suhu Neel adalah suhu
yang menandai perubahan sifat magnet dari antiferromagnetik ke paramagnetik. Di atas suhu Neel bahan biasanya bersifat paramagnetik.
Pada bahan antiferromagnetik terjadi peristiwa kopling momen magnetik di antara atom-atom atau ion-ion yang berdekatan. Peristiwa kopling tersebut
menghasilkan terbentuknya orientasi spin yang anti paralel. Satu set dari ion magnetik secara spontan termagnetisasi di bawah temperatur kritis dinamakan
temperatur Neel. Temperatur menandai perubahan sifat magnet dari antiferromagnetik ke paramagnetik. Susceptibilitas bahan anti ferromagnetik
adalah kecil dan bernilai positif. Susceptibilitas bahan ini di atas temperatur Neel juga sama seperti material paramagnetik, tetapi di bawah temperatur Neel,
susceptibilitasnya menurun seiring menurunnya temperatur. Matthew,2013.
5. Bahan Ferrimagnetik
Material Ferrimagnetik seperti ferrit misalnya Fe
3
O
4
menunjukkan sifat serupa dengan material ferromagnetik untuk temperatur di bawah harga kritis yang
disebut dengan temperatur Curie, T
C
. Pada temperatur di atas T
C
maka material ferrimagnetik berubah menjadi paramagnetik. Ciri khas material ferrimagnetik
adalah adalah adanya momen dipol yang besarnya tidak sama dan berlawanan arah. Sifat ini muncul karena atom-atom penyusunnya A dan B mempunyai
dipole dengan ukuran yang berbeda dan arahnya berlawanan. Material ini dapat mempunyai magnetisasi walau dalam keadaan tanpa medan luar sekalipun.
Material ferrimagnetik seperti ferrit biasanya non konduktif dan bebas losses arus.
Universitas Sumatera Utara
Ferimagnetik,material yang memiliki susceptibilitas yang besar tergantung temperatur.
2.3 Domain
Penelitian mikroskopis menunjukkan bahwa magnet sebenarnya terbuat dari daerah-daerah kecil yang disebut domain, yang paling besar memiliki panjang
atau lebar 1 mm. Setiap domain berperilaku seperti magnet kecil dengan kutub utara dan kutub selatan. Pada potongan besi yang tidak termagnetisasi, domain-
domain ini tersusun acak seperti pada gambar 2.2 a. Efek – efek magnet domain
saling meniadakan, sehingga potongan besi tersebut bukan merupakan magnet. Pada magnet, domain tersusun dalam satu arah. Sebuah magnet dapat dibuat dari
potongan besi yang tidak termagnetisasi dengan menempatkannya di medan magnet yang kuat. Magnetisasi domain sebenarnya bisa berotasi sedikit hingga
hampir paralel dengan medan eksternal. Atau, lebih umum lagi, batas – batas
domain bergerak sehingga domain yang orientasi magnetnya paralel terhadap medan eksternal bertambah besar dengan mengambil tempat domain yang lain.
Giancolli,2001.
Gambar 2.2. a Sepotong besi dengan domain – domain yang tersusun acak. b
Pada magnet, domain –domain acak bisa diubah arahnya dengan proses
magnetisasi. Giancoli, 2001
Medan magnet menyebabkan sedikit penyusunan domain pada benda yang tidak termagnetisasi. Keadaan dimana semua spin elektron terarahkan sepenuhnya
hanya mungkin terjadi pada temperatur rendah. Apabila temperatur dinaikkan, magnetisasi jenuh berkurang, mula
– mula turun perlahan – lahan kemudian bertambah dengan cepat, hingga mencapai temperatur kritis, yang disebut
temperatur Curie. Di atas temperatur T
c
ini, spesimen tidak bersifat ferromagnetik,
Universitas Sumatera Utara
tetapi berubah menjadi paramagnetik. Kristal ferromagnetik dalam keadaan alami mempunyai struktur domain. Smallman,R.E. 2000.
2.4 Klasifikasi Magnetik Material