BAB :

Bahan Magnet ( diamagnet, paramagnet, ferromagnet, anti-

ferromagnet, ferrimagnet ), Torque dan gaya pada dipol, Efek

medan magnet pada orbital atom, Magnetisasi ( M )

Bahan Magnet

Magnet terbaik umumnya mengandung besi metalik. Namun ternyata unsur

lainpun menampilkan sifat magnetik. Disamping itu, bukan logam pun dapat

memiliki sifat magnet. Dalam teknologi modern digunakan magnet logam dan

keramik.

Tiap elektron atom akan memiliki momen magnetik yang disebut spin

elektron. Atom akan bersifat magnet bila ada ketidaksetimbangan dalam spin

elektron. Komposisi bahan magnet dibagi menjadi beberapa bagian sebagai

berikut.

Magnet Alam (batu magnet)

Magnet alam adalah mineral, Fe3O4 dalam fasa keramik alamiah dengan ion

O2- dalam kisi kps. Ion besi berada dalam lokalisasi intertisial rangkap 4 dan

rangkap 6. Secara lebih rinci dapat dilihat Fe2+ berada pada lokasi rangkap 6,

sedangkan ion Fe3+ terbagi rata pada rangkap 6 dan rangkap 4. Struktur ini

termasuk struktur yang disebut spinnel.

Magnet Logam

Besi kpr merupakan bahan magnet logam yang sering dijumpai. Bahan

logam lain yang memiliki permeabilitas maksimum yang sangat tinggi adalah

permalloy, sedangkan medan oersif yang tinggi adalah Alnico V.

Magnet Keramik

Magnet keramik seperti ferit terdiri dari senyawa ionik. Jadi besi berbentuk

Fe2+ atau Fe3+. Ion feros kehilangan dua elektron, yaitu dua elektron 4s dan satu

elektron 3d, jadi tersisa lima elektron yang tidak berpasangan.

Permeabilitas magnet merupakan konstanta pembanding antara rapat fluks

(B) dengan kuat medan (H) yang dihasilkan magnet. Untuk udara dan bahan non

magnetik, permeabilitas dinyatakan sebagai permeabilitas ruang kosong (µ0 = 4π x

10-7 H/m), sehingga

B/H = µ0

Untuk bahan lain maka permeabilitasnya sebanding dengan permeabilitas

ruang hampa dikalikan permeabilitas relatif bahan (µr), sehingga diperoleh

B/H = µ0 µr

Permeabilitas relatif didefinisikan sebagai

sehingga pada ruang hampa µr = 1 dan µr . µ0 = µ. Dengan konstanta

permeabilitas, maka karakteristik kemagnetan suatu bahan dapat digambarkan

dalam kurva perbandingan B – H seperti pada gambar 1 sebagai berikut.

Gambar 1. Kurva perbandingan B – H dari berbagai bahan

Bila magnetisasi, , linier terhadap intensitas magnet, , maka

Maka induksi magnet juga linier terhadap intensitas magnet melalui

µ disebut permeabilitas magnet bahan.

1. Bahan Diamagnetik

Bahan diamagnetik terdiri atas atom-atom atau molekul-molekul yang tidak

memiliki dipol magnet permanen. Jika bahan tersebut di dalam magnet, sehingga

terinduksi momen dipol sedemikian rupa sehingga medan magnet di dalam bahan,

Bi, lebih kecil daripada medan magnet di luar, B.

2. Bahan Paramagnetik

Atom-atom dalam bahan paramagnetik memiliki momen dipol magnet

permanen namun arahnya dalam bahan bersifat acak jika ada medan magnet luar,

sehingga:

Jika diberikan medan magnet luar, sebagian dipol magnetnya akan terionisasi,

sehingga magnetisasinya menjadi:

êB adalah vektor satuan dari medan magnet dan N adalah jumlah dipol per m3.

Suseptibilitas magnetnya, , adalah sebagai berikut.

Gambar 2 berikut merupakan arah momen dipol magnet bahan ( ) tanpa

medan magnet luar dan ( ) dengan magnet luar.

Gambar 2. Arah momen dipol magnet bahan

3. Bahan Feromagnetik

Dalam bahan ini, ada beberapa kemungkinan terjadi magnetisasi permanen.

Artinya, walaupun tidak ada medan luar (tidak ada magnetisasi), bahan tersebut

bersifat magnetik. Hubungan antaramagnetisasi dan intensitas magnet, serta antara

induksi magnet dan intensitas magnet tidak linier.

Untuk bahan ferromagnetik, permeabilitas magnet µ tidak lagi konstan, tetapi

merupakan fungsi dati intensitas magnet.

Pandang suatu bahan ferromagnetik yang semula tidak dimagnetisasi yang

diletakan dalam magnet yang besarnya dapat diubah-ubah. Jika intensitas magnet

yang awalnya nol dinaikkan secara monotin, maka hubungan induksi magnet dan

intensitas magnet ditunjukkan dalam gambar berikut.

Gambar 3. Kurva magnetisasi bahan

Jika intensitas magnet H diperbesar dari nol secara kontinu, maka harga B akan

mengikuti lengkungan magnetisasi hingga mencapai H maksimum. Kemudian

jika nilai H diperkecil, nilai B tidak mengikuti lengkungan magnetisasi semula,

sehingga untuk nilai H yang sama, nilai permeabilitas ada dua. Meskipun

intensitas H = 0, nilai B tetap ada. Untuk menghilangkan nilai B diperlukan

intensitas magnetik balik (-H). Jika intensitas magnet balik diperbesar, maka

magnetisasi M dan juga B akan berubah arah (–M dan –B) dan kembali ke titik

awal (simetris). Hal tersebut dapat digambarkan dalam bentuk kurva yang disebut

kurva histeris.

Gambar 4. Kurva Histeris

Mayoritas bahan ferromagnetik adalah elemen logam transisi, seperti besi,

nikel, atau kobal. Jika bahan ferromagnetik dipanaskan di atas temperatur tertentu

(Temperature Curie, Tc), maka sifat magnetiknya akan hilang. Proses tersebut

digambarkan pada gambar 5 berikut.

Gambar 5. Pemanasan bahan ferromagnetik

Torsi dan Gaya Pada Dipol Magnet

Berdasarkan perputaran kumparan yang membawa arus I yang muncul

dari Medan Magnetik Uniform yang dihubungkan langsung secara parallel ke

dasar kumparan, yang ditunjukkan oleh Gambar 29.12a. Tidak ada gaya Magnet

yang terjadi pada sisi 1 dan 3 dikarena kabel-kabel yang berada dalam rangkaian

berbentuk parallel, Maka untuk rangkaian ini berlaku L x B = 0. Namun pada sisi

2 dan 4 terjadi Gaya Megnetik,di karenakan sisi-sisi ini letaknya tegak lurus

dalam rangkaian. Besar gaya ini dapat dilihat dari persamaan 29.3, yaitu :

F2 = F4 = IaB

Arah F2 adalah gaya yang ditimbulkan oleh kabel 2 yang menuju keluar

rangkaian, seperti yang ditunjukkan oleh gambar 29.12a, dan F4 adalah gaya yang

ditimbulkan oleh kabel 4 yang arahnya masuk kedalam rangkaian . Kita dapat

melihat kumparan pada sisi kabel 3 dan kemudian sisi kabel 2 dan 4, serta dua

gaya F2 dan F4 dan arah gayanya seperti yang ditunjukkan gambar 29.12b,

mempunyai arah gaya yang berbeda tetapi tidak dalam kabel yang sama

melainkan berlainan. Jika rangkaian mempunyai sumbu/poros, maka putarannya

terdapat pada titik O, disini dua gaya tersebut dihasilkan disekitar titik O dan torsi

berotasi dalam rangkaian searah jarum jam. Besar Torsi Tmax adalah :

Dimana lengan momentum disekitar titik O adalah b/2 untuk setiap gaya.

Karena rangkaian ini berbentuk rangkaian tertutup, sehingga A = ab,dan Torsi

maksimum adalah :

Tmax = IAB

Perlu di ingat, hasil Torsi-maksimum ini hanya berlaku terhadap Medan

Magnet yang rangkaiannya berbentuk parallel .Pada sisi 3 dapat dirasakan arus

yang terdapat pada sumbu rotasi searah jarum jam, seperti yang terlihat pada

gambar 29.12b, apabila arah arus berbalik,arah gaya juga akan berbalik, dan

perputaran cendrung akan berlawanan arah jarum jam.

Sekarang kita anggap Medan Magnetik Uniform membentuk sudut ᶿ 90°

dengan garis tegak lurus dengan alas rangkaian seperti gambar 29.13a. untuk

mempermudah, kita anggap B menjadi tegak lurus terhadap sisi 1 dan sisi 3.

Dalam kasus ini, gaya magnetic F2 dan F4 mengerahkan pada sisi 2 dan sisi 4

melewati satau sama lain dan tidak mengeluarkan torsi karena gaya tersebut

terlewat seperti biasa. Gaya yang berada pada sisi 1 dan 3, F1 dan F3 .

Berdasarkan pada akhir gambar yang terdapat pada gambar 29.13b, perlu

di ingat bahwa lengan momentum dari F1 berada pada titik O dengan persamaan

(a/2) sin ᶿ. Demikian juga dengan lengan momentum F3 berlaku rumus yang

sama. Karena, F1 = F3 = IbB, Torsi disekitar titik O mempunyai besaran :

Dimana :

A = ab adalah area rangkaian, hasil ini menunjukkan nilai torsi maksimum yaitu

IAB dimana bidang tegak lurus dengan alas rangkaian dan membentuk

jika kita melihat pada gambar 29.12, akan bernilai 0 jika bidang parallel normal

terhadap alas rangkaian yaitu

dan seperti yang dapat kita lihatdari gambar 29.13 rangkaian cendrung berotasi

dan menurunkan nilai ᶿ (seperti area vector A berotasi menuju arah bidang

magnetic).

Gambar

Untuk mendeskripsikan gaya yang terdapat dalam perputaran arus dalam

rangkaian dalam gambar 29.13, jika medan magnetic seperti terdapat dalam

gambar serta penurunan besaran terjadi dari kiri ke kanan.

Dapat dikatakan bahwa torsi dikerahkan pada rangkaian yang terdapat

Medan Magnetik Uniform B adalah :

Dimana A, vector yang ditunjukkan dalam gambar 29.13 adlah tegak lurus

pada alas rangkaian dan mempunyai besaran yang sama dengan area rangkaian.

Kita menunjukkan arah A dengan menempatkannya disebelah kanan untuk

mendeskripsikan gambar 29.14. saat kamu mengepalkan jari tangan kanan tepat

pada arah arus rangkaian, jempol mu akan menunjukkan arah A . maka IA adalah

Momentum magnetic Dipole atau biasa disebut dengan Momentum magnetic

dalam rangkaian :

Satuan Internasional (SI) daripada Momentum magnetic dipole adalah

dengan menggunakan definisi ini, kita dapat mengetahui torsi yang dikerahkan

membawa arus rangkaian dalam medan magnet B seperti :

Perlu diingat, hasil persamaan ini di analogikan dengan persamaan sebelumnya

yaitu :

Untuk torsi yang dikerahkan didalam listrik dipole yang berada dalam

bidang E dimana p adalah momentum listrik dipole.

Efek Medan Magnet Pada Orbit Atom

Dalam medan magnetik, energi keadaan atomik tertentu bergantung pada

harga ml seperti juga pada n. Keadaan dengan bilangan kuantum total n terpecah

menjadi beberapa sub-keadaan jika atom itu berada dalam medan magnetik, dan

energinya bisa sedikit lebih besar atau lebih kecil dari keadaan tanpa medan

magnetik. Gejala itu menyebabkan “terpecahnya” garis spektrum individual

menjadi garis-garis terpisah jika atom dipancarkan ke dalam medan magnetik,

dengan jarak antara garis bergantung dari besar medan itu.

Efek Zeeman adalah gejala tambahan garis-garis spektrum jika atom-atom

tereksitasi diletakan dalam medan magnet (terpecahnya garis spektral oleh medan

magnetik). Suatu elektron bermassa m bergerak dalam suatu orbit berjari-jari r

dengan frekuensi f dan momendtum sudut elektron L. Gerakan elektron ini

menghassilkan arus. Gerakan elektron ini juga menimbulkan medan magnetik

maka pada kejadian ini muncul momen magnetik

BAB :

Medan magnet oleh bahan

termagnetisasi ; bound

currents ; medan magnet

aplikasi H ; suspectibilitas magnetik dan permeabilitas magnetik ;

ferromagnetisasi

Medan magnet oleh bahan termagnetisasi

Medan magnet, dalam

ilmu Fisi ka, adalah suatu medan

yang dibentuk dengan

menggerakan muatan listrik

(arus listrik) yang menyebabkan munculnyagaya di muatan listrik yang bergerak

lainnya. (Putaran mekanika kuantum dari satu partikel membentuk medan magnet

dan putaran itu dipengaruhi oleh dirinya sendiri seperti arus listrik; inilah yang

menyebabkan medan magnet dari ferromagnet "permanen"). Sebuah medan

magnet adalah medan vektor: yaitu berhubungan dengan setiap titik dalam ruang

vektor yang dapat berubah menurut waktu. Arah dari medan ini adalah seimbang

dengan arah jarumkompas yang diletakkan di dalam medan tersebut.

Termagnetisasi, adalah timbulnya medan magnet pada bahan saat suatu bahan

dialiri listrik. Maka bahan tersebut akan mempunyai medan magnet sendiri. Hal

ini disebut magnetisasi, karena adanya aliran listrik di sekitar bahan, akan

membuat bahan tersebut mempunyai medan magnet.

Bound Currents, Magnetisasi (M) membuat kontribusi terhadap kerapatan

arus J , yang dikenal sebagai kerapatan magnetisasi atau bound currents :

sehingga kepadatan arus total yang masuk persamaan Maxwell diberikan oleh

dimana J f adalah rapat arus listrik juga disebut arus bebas 

Medan magnet aplikasi H, Bila di dalam bahan terdapat arus bebas, misal

listrik yang mengalir melalui kawat yang di masukkan ke dalam bahan

termagnetisasi, atau arus bebas yang mengalir di dalam bahan jika bahan yang

termagnetisasi itu adalah konduktor, maka arus totalnya adalah:

J = Jb + Jf

Hukum Ampere dalam bahan termagnetisasi menjadi :

Atau

Medan magnet luar dalam bentuk medan H yang didefinisikan sebagai:

H = B0 /μ0

Atau

Sehingga:

Karena

Dan

Maka untuk medium linear berlaku hubungan

Atau

Dimana

Suseptibilitas Magnetik, Kerentanan magnetik adalah pengukuran yang tidak

merusak dan biaya efektif metode penentuan keberadaan besi tanah mineral di

sedimen. Seluruh inti, individu atau endapan contoh, dihadapkan ke eksternal

magnetic field yang menyebabkan sedimen menjadi magnetized menurut jumlah

Fe tanah mineral hadir dalam sampel.

Kerentanan magnetik adalah ukuran kemudahan yang tertentu sedimen yang

magnetized bila terkena magnetis ke lapangan. Kemudahan proses mengisikan

maknit yang akhirnya berkaitan dengan konsentrasi dan komposisi (ukuran,

bentuk dan mineralogi) dari bahan magnetizable didalam sampel.

Setiap inti memiliki endapan downcore variasi per unit volume pada

konsentrasi dan komposisi mineral magnetizable akan menghasilkan sebuah MS

kurfa mencerminkan perubahan tersebut.

Dalam sistem, seluruh core akan dipindahkan secara bertahap (biasanya dalam

1cm) oleh trek motor melalui kelemahan loop (dari berbagai ukuran) di bidang

magnetis yang dihasilkan dan yang rentan magnetizes sampel bahan (mineral atau

mineraloids) dalam sedimen. Contoh yang kaya, per unit volume, di magnetizable

zat tinggi akan menghasilkan pembacaan. Contoh yang miskin di magnetizable

zat, atau berisi diamagnetic mineral, akan menghasilkan nilai-nilai negatif atau

lebih rendah Magnetizable mineral termasuk mineral ferromagnetic (sangat

magnetizable) dan salah satu paramagnetic (cukupan magnetizable) mineral dan

zat lainnya. Mantan termasuk magnetite, bijih besi, besi titanium oxides,

pyrrhotite, maghemite, greigite dan goethite, mineral mampu memperoleh sisa

proses mengisikan maknit dan berguna bagi studi paleomagnetic. Yang terakhir

meliputi berbagai array dari semua benda yang mengandung Fe2 +, Fe3 +, atau

Mn2 + ions. Ini mungkin termasuk paramagnetic mineral tanah mineral (chlorite,

smectite dan glauconite), dan besi manggan carbonates (siderite, rhodochrosite),

ferromagnesian silicates (olivine, amphiboles, pyroxenes, dll), serta berbagai

ferric-oxyhydroxide mineraloids.

Permeabilitas magnetic

Permeabilitas magnetic merupakan konstanta pembanding antara rapat fluks

(B) dengan kuat medan (H) yang dihasilkan magnet. Untuk udara dan bahan non

magnetic, permeabilitas dinyatakan sebagai permeabilitas ruang kosong (µ0 =

4π.10-7H/m), sehingga

Untuk bahan lain maka permeabilitasnya sebanding dengan permeabilitas

ruang kosong dikalikan permeabilitas relative bahan (µr), sehingga diperoleh

Ferromagnetisasi,

adalah mekanisme dasar dari bahan tertentu (seperti besi ) membentuk magnet

permanen ,atautertarikpada magnet . Dalamfisika ,beberapajenis magnet dibedaka

n. Ferromagnetism (termasuk ferrimagnetism ) adalah jenis terkuat, itu adalah

satu-satunya jenis yang menciptakan kekuatan cukup kuat untuk dirasakan, dan

akibat atas fenomena umum magnet yang ditemukan dalam kehidupan sehari-

hari . Zat lain merespon lemah untuk medan magnet dengan dua jenis

magnet, paramagnetisme dan diamagnetisme , tetapi kekuatan sangat lemah

sehingga mereka hanya dapat dideteksi oleh instrumen sensitif di

laboratorium. Contoh sehari-hari dari ferromagnetism adalah magnet

kulkas digunakan untuk menyimpan catatan di pintu kulkas. Daya tarik antara

materi magnet dan feromagnetik adalah "kualitas magnet pertama bagi dunia

kuno, dan untuk kita hari ini".

Magnet permanen (bahan yang mendapat magnet dari eksternal medan

magnet dan magnet tetap setelah bidang eksternal dihilangkan) yang baik

feromagnetik atau ferrimagnetic, seperti bahan lain yang terasa tertarik kepada.

Beberapa zat yang termasuk feromagnetik. Yang umum adalah

besi , nikel , kobalt dan sebagian besar paduan mereka