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