MATERIAL MAGNETIK ( Makalah Ini Diajukan Untuk Memenuhi Tugas Ilmu Bahan tentang material magnet)
Oleh : NAMA : AVITIO DWI BAGASKORO NIM : 161910101025 Kelompok : 01
JURUSAN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS NEGERI JEMBER 2016
KATA PENGANTAR
Puji syukur atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena limpahan rahmat-Nya kami diberi kesehatan, sehingga saya dapat menyelesaikan makalah yang menjadi tugas mata kuliah Ilmu Bahan. Makalah yang berjudul “Material Magnet” merupakan aplikasi dari saya. Selain untuk memenuhi tugas mata kuliah tersebut juga untuk memberikan pengetahuan tentang “Material Kemagnetan”. Dalam makalah ini saya menyadari masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu segala saran dan kritik guna perbaikan dan kesempurnaan sangat saya nantikan. saya berharap makalah ini dapat bermanfaat dan memberi wawasan ataupun menjadi referensi kita dalam mengetahui dan mempelajari tentang “ Material Kemagnetan” . Semoga makalah ini dapat bermanfaat khususnya bagi penyusun dan para pembaca pada umumnya.
jember, 27
November 2013
Daftar isi
Cover………………………………………………………………………………………………………..i
Kata pengantar ............................................................................................ii Daftar isi ......................................................................................................iii Bab I PENDAHULUAN ..................................................................................1 1. Latar belakang .........................................................................................1
Bab II PEMBAHASAN................................................………………………………….2 A. Pengertian Magnet……………………………………………………………………… .2 1.1 Dasar-Dasar magnet……………………………………………………………………..3
1.2 Domain Magnet…………………………………………………….8 1.3 Histerisis…………………………………………………………… 9 1.4 Pengaruh suhu terhadap kemagnetan………………………………10 1.5 Bahan Magnet lunak……………………………………………….10 1.6 Bahan Magnet Keras…………………………………………….....11
Bab III PENUTUPAN..................................................................................... 6 A KESIMPULAN…………………………………………………………………………………………13
B SARAN…………………………………………………………………………………………………..13
Daftar pustaka ............................................................................................14
BAB I PENDAHULUAN
1. LATAR BELAKANG
Sudah sejak lama studi dan penelitian tentang magnet telah menghasilkan berbagai produk yang bermanfaat bagi umat manusia. Produk-produk seperti motor listrik, generator listrik, satelit, sistim pemantau radar, central lock pintu mobil, lampu, perangkat pengangkat dan penarik benda logam pada pesawat angkat, hingga kereta api cepat adalah beberapa contoh penerapan magnet. Produk di bidang kesehatan juga telah banyak dihasilkan yang memanfaatkan prinsip kemagnetan ini yaitu MRI ( Magnetic Resonance Imaging ) dan gelang/kalung bio-magnet yang membanjiri Indonesia produksi China maupun Jepang yang berupa magnet tetap yang diklaim bisa membantu melancarkan peredaran darah dan memperbaiki syaraf yang terjepit. Penelitian tentang magnet elektrik untuk motor listrik adalah yang paling banyak dilakukan khususnya motor listrik yang bisa menghasilkan torsi besar, ukurannya yang semakin kecil, mudah dalam pemanfaatan dan pengontrolannya, serta efisien dalam penggunaan energi listriknya. Produk-produk tersebut seluruhnya buatan luar negeri dan banyak diimpor oleh perguruan tinggi dan industri di Indonesia. Metode pelayangan magnet adalah termasuk hal baru yang hasil penelitiannya banyak diterapkan di sektor industri dan transportasi karena dapat mengurangi gesekan mekanis secara berarti. Meski penelitian-penelitian tersebut masih terus dilakukan dan terbukti sukses diterapkan pada kereta api cepat maglev serta pengembangan bantalan magnet tak berfriksi, prinsip dasar pelayangan magnet dengan magnet elektrik ini masih terus dipelajari di banyak perguruan tinggi di dunia
[12], [13] .
Tujuannya terutama adalah melihat fenomena pelayangan benda melalui pengontrolan kuat medan magnet elektrik serta rentang kestabilan tinggi benda yang dilayangkan. Pemahaman ini menurut mereka penting karena “suatu benda yang melayang apabila diberi gaya dorong sedikit saja akan bisa bergerak dengan cepat karena tidak adanya gesekan mekanis (kecuali gesekan udara) yang timbul sebagai hasil kontak antara benda satu dan lainnya seperti pada kereta api konvensional”.
BAB II PEMBAHASAN
A.PENGERTIAN MAGNET
Kata magnet berasal dari bahasa Yunani yaitu magnes atau magnetis lithos yang berarti batu dari magnesia. Penemuan magnet ini telah diketahui di Yunani, India, dan Cina sekitar 2500 tahun yang lalu magnet berasal dari Lodestones yaitu berasal dari bijih besi. Magnet secara alami diciptakan yang dapat menarik potongan besi lainnya. Sesuai dengan asal nama magnet diberikan yaitu magnet berasal dari bahasa Yunani berarti "batu dari Magnesia", bagian dari Yunani kuno dimana Lodestones ditemukan. Lodestones merupakan kompas magnetik pertama. Magnet merupakan benda yang dapat menarik benda-benda lain di sekitarnya seperti besi, baja, dan kobalt. Sebuah magnet terdiri atas magnet-magnet elementer yang tersusun secara teratur. Magnet mmepunyai bagian yang paling kuat daya tariknya yaitu bagian kutub magnet, terdiri dari kutub utara (KU) dan kutub Selatan (KS). Untuk menjelaskan tentang magnet, Weber mengemukakan teorinya yang disebut dengan “Hipotesis Weber” yang isinya sebagai berikut : 1.
Bahan magnetik terdiri atas atom-atom magnetik yang disebut magnet elementer. Setiap magnet memiliki kutub utara dan kutub selatan. Ketka magnet dipotong, maka potongan-potongan tersebut akan menjadi magnet baru yang juga mempunyai kutub utara dan kutub selatan. Jika pemotongan terus dilakukan hingga sekecil-kecilnya, maka akan terbentuk atom magnet. Atom magnet tersebut pun akan memiliki kutub utara dan kutub selatan.
2.
Pada bahan yang belum menjadi magnet, maka magnet elementernya belum tersusun dengan teratur. Sehingga kutub utara sebuah magnet elementer terhubung dengan kutub selatan pada magnet elementer yang lain. Dengan demikian, magnet-magnet elementer pada bahan tersebut terangkai seperti lingkaran.
3.
Pada bahan yang sudah menjadi magnet, magnet elementer sudah tersusun dalam barisan yang teratur dengan pola lurus. Kutub utara bertemu dengan kutub selatan dengan berurutan.
4.
Magnet elementer besi mudah diarahkan sehingga besi lebih mudah dijadikan magnet. Akan tetapi sifat kemagnetan besi mudah hilang. Sedangkan magnet elemeter baja sangat sukar diarahkan, akan tetapi ketika sudah bisa diarahkan, sifat kemagnetannya akan bertahan lama.
1.1 Dasar-dasar magnet
Magnet merupakan benda yang dapat menarik benda-benda lain di sekitarnya seperti besi, baja, dan kobalt. Sebuah magnet terdiri atas magnet-magnet elementer yang tersusun secara teratur. Magnet memiliki 2 kutub (dipole) yang merupakan daerah dengan daya tarik paling kuat yaitu kutub utara (N) dan kutub Selatan (S). Garis-garis medan magnet digambarkan keluar dari kutub utara, dan masuk ke kutub selatan. Momen dipole magnetik akibat sifat magnet yang dwikutub memiliki arah seperti yang ditunjukkan pada pada gambar dibawah:
Arah momen dipol magnet
Garis-garis medan magnet a.
Vektor Medan Magnetik
Pada solenoida yang yang terdiri dari N lilitan dengan panjang l dan dilalui arus sebesar I, kuat medan magnetik yang ditimbulkan adalah sebesar H (amp/meter)
Medan magnet (H) dan densitas fluks magnet (B) yang timbul pada solenoid ketikag dialiri arus listrik
Induksi magnet atau densitas fluks magnet (B) merupakan jumlah pemagnetan yang terjadi dalam material (M) (dalam hal ini besi) dengan kuat medan magnet yang timbul (H). Hubungan antara B dengan H adalah
Baik B maupun H merupakan besaran vektor, sehingga selain memiliki besar, keduanya juga memiliki arah. µ (permeabilitas magnet) merupakan suatu konstata yang menun jukkan derajat magnetisasi material ketika dilewati medan magnet H, sehingga menimbulkan induksi magnet B pada material tersebut. Selanjutnya, hubungan antara B, H, dan M dapat ditulis sebagai berikut:
Hubungan antara H dan M juga dapat dicari dengan menambahkan konstanta proporsionalitas (suseptibilitas) yang menunjukkan tingkat magnetisasi material dalam menanggapi medan magnet yang diberikan (H).
µo merupakan permeabilitas ruang hampa (vakum) yang memiliki nilai 4π x 10-7 H/m. Parameter lainnya yang sering digunakan untuk menjelaskan sifat-sifat magnet yaitu permeabilitas relatif (µr) yang merupakan rasio antara permeabilitas medium dengan permeabilitas vakum
Sebelumnya, aku sering kesulitan ketika membedakan B dan H. Setelah menelusuri beberapa situs internet yang membahas perbedaan antara keduanya, aku sampai pada kesimpulan berikut: H didefinisikan sebagai kuat medan magnet dan memiliki satuan ampere/meter. Oleh karena itu, H ditimbulkan oleh adanya arus listrik. Bayangkan solenoid yang dialiri listrik seperti pada gambar diatas. Kuat medan magnet yang ditimbulkan disekitar kawat akibat adanya arus listrik tersebut sebesar H. Sekarang, ambil sebuah batangan besi dan selipkan ke dalam solenoid tersebut, sehingga pada besi akan timbul medan magnet yang disebabkan oleh medan magnet eskternal (H) dan medan magnet internal akibat sifat feromagnet besi itu sendiri. Oleh karena itu, kita memerlukan besaran lain untuk mendifinisikan besar medan magnet total yang dialami oleh besi. Kita mengenal besaran ini sebagai B. H merupakan kuantitas (magnet) yang pasti ada ketika solenoid tersebut dialiri listrik, sedangkan B merupakan kuantitas yang memerlukan adanya medium baik itu vakum, udara, dan sebagainya. Selanjutnya, sebagai anak yang besar pada permulaan abad ke 21, aku famililiar dengan tamiya. Tamiya memiliki dinamo sebagai penggeraknya. Pada bagian dalam dinamo, terdapat kumparan dan magnet. Sekarang, apakah medan magnet yang dimiliki oleh dinamo tersebut dinyatakan oleh B atau H?
b. Momen Magnetik Atom
Elektron dalam atom bergerak mengelilingi nukleus (inti atom). Gerakan ini disebut gerakan orbital. Selain itu, elektron juga melakukan gerakan pada sumbunya sendiri yang disebut spin. Kedua jenis gerakan ini menghasilkan momen dipole magnetik total yang merupakan asal-usul medan magnetik bahan.
Momen dipole magnetik elektron ini dapat dinyatakan oleh suatu bilangan yang disebut Magneton Bohr μB. Dalam satuan SI, magneton Bohr memiliki nilai 9,47 x 10-24 J/T. Kita dapat menganggap elektron-elektron dalam material sebagai magnet elementer.
c.
Bahan paramagnetik
Bahan paramagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomik masing-masing atom/molekulnya tidak nol, tetapi resultan medan magnet atomik total seluruh atom/molekul dalam bahan adalah nol (Halliday & Resnick, 1989). Jika tidak ada medan magnetik luar, maka arah momen magnet atom-atom dalam bahan ini acak, dan ketika diberikan medan magnetik luar, maka atom-atom itu akan berusaha menyearahkan momen magnetnya dengan arah medan magnetik luar
Momen magnetik bahan paramagnetik d.
Bahan diamagnetik
Jika bahan diamagnetik diberi medan magnet luar, maka elektron-elektron dalam atom akan berubah gerakannya sedemikian hingga menghasilkan resultan medan magnet atomik yang arahnya berlawanan. Bahan dapat bersifat magnet apabila susunan atom dalam bahan tersebut mempunyai spin elektron yang tidak berpasangan. Dalam bahan diamagnetik hampir semua spin elektron berpasangan. Bahan memiliki kecenderungan untuk memiliki orientasi medan magnet
yang arahnya berlawanan dengan orientasi medan magnet luar (akibat hukum Lenz), sehingga sebenarnya diamagnetisme terjadi pada seluruh material.
Momen magnetik bahan diamagnetik
e.
Bahan feromagnetik
Bahan ferromagnetik mempunyai resultan medan atomik yang besar (Halliday & Resnick, 1989). Pada bahan ferromagnetik banyak spin elektron yang tidak berpasangan, misalnya pada atom besi terdapat empat buah spin elektron yang tidak berpasangan. Masing-masing spin elektron yang tidak berpasangan ini akan memberikan kontribusi pada medan magnetik bahan
f.
Bahan antiferomagnetik
Bahan antiferromagnetik dapat digambarkan oleh struktur kristal dengan kisi-kisi yang diisi oleh dua jenis atom dengan momen magnet yang berlawanan arah (anti-parallel). Jika tak ada medan luar, magnetisasi total sama dengan nol (M = 0).
Momen magnetik bahan antiferomagnetik g.
Bahan ferimagnetik
Dalam beberapa bahan keramik, ion-ion yang berbeda memiliki besar momen magnetik yang berbeda. Jika momen-momen magetik tersebut saling sejajar, maka akan timbul momem magnetik total ke arah tertentu. Kelompok bahan ferrimagnetik disebut ferrit
1.2 Domain Magnet Domain adalah daerah di dalam kristal dimana semua sel satuan pada daerah tersebut memiliki orientasi magnetik yang sama. Pada suhu tinggi, dipole magnetik dari atom individual terorientasi secara acak. Selama pendinginan di bawah temperature Curie, Tc, terjadi pertautan antara dipole magnetik dari atom yang berdekatan. Pertautan ini menghasilkan orientasi-orientasi magnetik yang sama pada banyak sel satuan sehingga hasilnya adalah terbentuknya suatu domain. Antara domain yang satu dengan lainnya dibatasi oleh dinding domain. Perubahan oretasi domain pada dinding domain terjadi secara bertahap dan teratur.
Domain Magnet dan Dinding Domain pada Bahan Feromagnetik
Pada bahan ferromagnetik, jika diberi medan magnet luar, maka domain-domain ini akan mensejajarkan diri searah dengan medan magnet dari luar. Semakin kuat medan magnetnya semakin banyak domain-domain yang mensejajarkan dirinya. Setelah seluruh domain terarahkan, penambahan medan magnet luar tidak memberi pengaruh apa-apa karena tidak ada lagi domain yang disearahkan. Keadaan ini dinamakan jenuh atau keadaan saturasi.
1.3 Histeresis
Suatu bahan diberikan medan magnet sebesar H. Saat medan magnet (H) ditingkatkan, B juga akan meningkat, hingga mencapai titik saturasi. Selanjutnya, ketika H diturunkan hingga bernilai 0, akan tercapai nilai Br (Remenant Induction) yaitu suatu kondisi dimana bahan tetap memiliki induksi magnet meskipun medan magnet luar telah ditiadakan. Agar B bernilai 0, maka bahan diberikan medan magnet Hc yang bernilai negatif (coercive forces) atau berlawanan arah terhadap arah semula. Loop yang terbentuk ini disebut kurva histeresis. Lluas daerah di bagian dalam kurva menunjukkan jumlah energi yang hilang selama proses magnetisasi dan demagnetisasi.
Kurva Hiteresis
1.4 Pengaruh Suhu Terhadap Kemagnetan
Pada suhu 0K, saturasi magnet bernilai maksimum dikarenakan getaran termal atom-atom minimum. Di atas suhu 0K, energi termal menyebabkan dipole magnetik material ferromagnetik menyimpang dari susunannya yang teratur dan sejajar. Seiring meningkatnya suhu, sifat feromagnetik bahan akan hilang dan bahan menjadi paramagnetik ketika Suhu Curie (Tc) tercapai
Plot Saturasi Magnetik Fe sebagai fungsi suhu
1.5 Bahan Magnet Lunak
Bahan magnet lunak ialah bahan yang mudah dimagnetkan (magnetized) dan mudah pula hilang kemagnetannya (demagnetized). Bahan magnet lunak memiliki kurva histeresis yang berdekatan, gaya koersif (coercive forces) yang rendah, permeabilitas tinggi, sehingga luas daerah di dalam kurva histeresis kecil. Digunakan sebagai inti pada trafo, motor, dan generator (energy losses harus rendah).
Kurva Histeresis Bahan Magnet Lunak
Aplikasi Bahan Magnet Lunak pada Scrap Lifting
1.6 Bahan Magnet Keras
Digunakan sebagai magnet permanen, sehingga sulit dimagnetkan, namun juga sulit kehilangan sifat magnetnya. Bahan magnet keras memiliki gaya koersif (coercive forces) yang tinggi, dan remanent Induksi Magnetik (Br) yang tinggi. Salah satu karakteristik bahan magnet keras yaitu adanya (BH)max (energy product ) merupakan energi yang diperlukan untuk menghilangkan kemagnetan magnet permanen. BHmax digambarkan sebagai persegi terluas yang bisa dibuat pada kudran II kurva histeresis dan memiliki satuan MGOe atau KJ/m3
Daerah BHmax pada kurva histeresis
Kurva Histeresis bahan magnet keras
Perbandingan kekuatan magnet neodymium dengan magnet lain
Berbagai produk magnet neodymium
BAB III Penutup 1. Kesimpulan Dalam proses pembuatan makalah ini, maka dapat disimpulkan magnet bukanlah sekedar batu alam yang memiliki medan magnet. Namun, dibalik cirinya yang khas, magnet juga memiliki sisi lain yang a.Magnet
Magnet
tidak
lepas
adalah bisa
dari
suatu menarik
ciri materi
bahan
khasnya yang
tersebut.
mempunyai
ferromagnetic
dengan
Antara
magnet.
medan medan
lain:
magnetnya
Jika magnet bertemu dengan kutub magnet yang berbeda akan saling tarik-menarik, sedangkan jika magnet bertemu dengan kutub magnet yang sama akan akan saling tolak menolak.
Magnet selalu memiliki dua kutub yaitu kutub utara dan kutub selatan. Magnet dapat dibuat dengan bahan-bahan dan cara yang sederhana. Magnet sangat bermanfaat dalam berbagai bidang, terutama dalam bidang iptek dan bidang kesehatan.
2. Saran a. Perlunya penelitian lebih lanjut tentang kegunaan magnet, karena mungkin magnet masih memiliki kegunaan yang lain. b.
Memanfaatkan
magnet
dengan
sebaik-baiknya
untuk
kepentingan
orang
c. Bagi masyarakat : lebih baik menggunakan pengobatan alami seperti dengan terapi magnet.
banyak.
DAFTAR PUSTAKA
Jackson, John David (1975). Classical Electrodynamics (2nd ed.). New York: Wiley.&
Smith F., William (1996). Principle of Materials Science and Engineering (3rd ed.). New York: McGraw-Hill, Inc
D. Callister, William Jr. (2007) Material Science and Engineering An Introduction (7th ed). New York: John Willey & Sons inc
Donald R. Askeland, Pradeep P. Fulay, Wendelin J. Wright. (2011) The Science and Engineering of Materials, Sixth Edition. Connecticut: Cengage Learning
