BAB 6 BIOTEKNOLOGI
A. Kemagnetan Bahan
Kemampuan suatu benda menarik benda lain yang berada di dekatnya disebut kemagnetan. Berdasarkan kemampuan benda menarik benda lain dibedakan menjadi dua, yaitu benda magnet dan benda bukan magnet. Namun, tidak semua benda yang berada di dekat magnet dapat ditarik. Benda yang dapat ditarik magnet disebut benda magnetik. Benda yang tidak dapat ditarik magnet disebut benda nonmagnetik.
Kemagnetan adalah suatu sifat zat yang memiliki suatu gaya tarik atau gaya tolak antara kutub-kutub tidak senama atau senama. Gaya magnet tersebut paling kuat di dekat ujung-ujung atau kutub-kutub magnet. Semua magnet memiliki dua kutub magnet yang berlawanan, yaitu utara (U) dan selatan (S). Apabila sebuah magnet batang digantung maka magnet tersebut berputar secara bebas, kutub utara akan menunjuk ke utara.
Sumber: currentreports.info - artikelnesia.com/
Gambar 7.1: Kutub-kutub magnet
Jika sebuah magnet didekatkan pada sepotong kayu, kaca, alumunium, atau plastik, apa yang terjadi? Ya, benar jika dikatakan tidak terjadi apa-apa. Tidak ada pengaruh apa pun antara magnet dan bahan-bahan tersebut. Di samping itu, bahan-bahan tersebut tidak dapat dibuat magnet. Tetapi, bahan-bahan seperti besi, baja, nikel, dan kobalt bereaksi dengan cepat terhadap sebuah magnet. Seluruh bahan tersebut dapat dibuat magnet. Mengapa beberapa bahan mempunyai sifat magnetik sedangkan yang lain tidak? Secara sederhana kita dapat mengelompokkan bahan-bahan menjadi dua kelompok. Pertama adalah bahan magnetik, yaitu bahan-bahan yang dapat ditarik oleh magnet. Kedua adalah bahan bukan magnetik, yaitu bahan-bahan yang tidak dapat ditarik oleh magnet.
100 Semua magnet mempunyai sifat-sifat tertentu. Setiap magnet, bagaimanapun bentuknya, mempunyai dua ujung di mana pengaruh magnetiknya paling kuat. Dua ujung tersebut dikenal sebagai kutub magnet. Kutub magnet yang bila digantung menunjuk arah utara disebut kutub utara (U), dan sebaliknya disebut kutub selatan (S).
Gaya magnet, seperti gaya listrik, terdiri dari tarik-menarik dan tolak menolak. Jika dua kutub utara saling didekatkan, kedua kutub tersebut akan tolak-menolak. Demikian juga halnya jika dua kutub selatan saling didekatkan. Namun, jika kutub utara salah satu magnet didekatkan ke kutub selatan magnet lain, kutub-kutub tersebut akan tarik-menarik. Aturan untuk kutub-kutub magnet tersebut berbunyi: magnet dengan kutub-kutub senama akan tolak-menolak dan kutub-kutub tidak senama akan tarik- menarik.
Kutub magnet selalu ditemukan berpasangan, kutub utara dan kutub selatan. Jika sebuah magnet dipotong menjadi dua buah, dihasilkan dua magnet yang lebih kecil masing-masing mempunyai satu kutub utara dan satu kutub selatan. Prosedur ini dapat diulang-ulang, namun selalu dihasilkan sebuah magnet lengkap yang terdiri dari dua kutub.
Benda yang dapat ditarik magnet ada yang dapat ditarik kuat, dan ada yang ditarik secara lemah. Oleh karena itu, benda dikelompokkan menjadi tiga, yaitu benda feromagnetik, benda paramagnetik, dan benda diamagnetik. Benda yang ditarik kuat oleh magnet disebut benda feromagnetik. Contohnya besi, baja, nikel, dan kobalt.
Bahan magnetik yang paling kuat disebut bahan ferromagnetik. Nama tersebut berasal dari bahasa Latin ferrum yang berarti besi. Bahan ferromagnetik ditarik dengan kuat oleh magnet dan dapat dibuat menjadi magnet. Sebagai contoh, jika kamu mendekatkan sebuah magnet pada sebuah paku besi, magnet akan menarik paku tersebut. Jika kamu menggosok paku dengan magnet beberapa kali dengan arah yang sama, paku itu sendiri akan menjadi sebuah magnet. Paku tersebut akan tetap berupa magnet meskipun magnet yang digunakan menggosok tersebut telah dijauhkan. Bahan-bahan magnetik tersebut dapat dibagi menjadi dua macam:
a. Bahan ferromagnetik, yaitu bahan yang ditarik oleh magnet dengan gaya yang kuat. Magnet permanen (bahan yang dapat dimagnetisasi oleh medan magnet eksternal dan tetap mengalami magnet setelah medan eksternal dilepaskan) bersifat ferromagnetik atau ferrimagnetik, begitu juga bahan yang secara mencolok tertarik pada magnet tersebut.
Hanya beberapa zat yang bersifat ferromagnetik. Yang umum adalah besi, nikel, kobalt dan sebagian besar paduannya, beberapa senyawa logam tanah jarang, dan beberapa mineral alami, termasuk beberapa jenis tonggak (magnetit dianggap ferrimagnetik, bukan ferromagnetik).
101 Ferromagnetisme sangat penting dalam industri dan teknologi modern, dan merupakan dasar bagi banyak perangkat elektromekanis dan elektromagnetik seperti elektromagnet, motor listrik, generator, transformer, dan penyimpanan magnetik seperti tape recorder, dan hard disk.
b. Bahan paramagnetik, yaitu bahan yang ditarik oleh magnet dengan gaya yang lemah.
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 (Halliday & Resnick, 1989). Hal ini disebabkan karena gerakan atom/molekul acak, sehingga resultan medan magnet atomis masing- masing atom saling meniadakan.
Bahan ini jika diberi medan magnet luar, maka elektron-elektronnya akan berusaha sedemikian rupa sehingga resultan medan magnet atomisnya 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.
Bahan diamagnetik dan paramagnetik mempunyai sifat kemagnetan yang lemah. Bahan paramagnetik ada yang positif, kerentanan kecil untuk medan magnet. Bahan- bahan ini sedikit tertarik oleh medan magnet dan materi yang tidak mempertahankan sifat magnetik ketika bidang eksternal dihapus. sifat paramagnetik adalah karena adanya beberapa elektron tidak berpasangan, dan dari penataan kembali elektron orbit disebabkan oleh medan magnet eksternal.
Paramagnetisme adalah suatu bentuk magnetisme yang hanya terjadi karena adanya medan magnet eksternal. Material paramagnetik tertarik oleh medan magnet, dan karenanya memiliki permeabilitas magnetis relatif lebih besar dari satu (atau, dengan kata lain, suseptibilitas magnetik positif). Meskipun demikian, tidak seperti ferromagnet yang juga tertarik oleh medan magnet, paramagnet tidak mempertahankan magnetismenya sewaktu medan magnet eksternal tak lagi diterapkan.
Bahan-bahan paramagnetik diantaranya adalah: magnesium, molybdenum, lithium, dan tantalum, aluminium, wolfram, platina, dan mangaan.
c. Bahan diamagnetik, bahan yang tidak ditarik oleh magnet misalnya bismut, tembaga, seng, emas dan perak
Bahan diamagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis masing-masing atom atau molekulnya nol, tetapi orbit dan spinnya tidak nol (Halliday & Resnick, 1989). Bahan diamagnetik tidak mempunyai momen dipol magnet permanen. Jika
102 bahan diamagnetik diberi medan magnet luar, maka elektron-elektron dalam atom akan berubah gerakannya sedemikian hingga menghasilkan resultan medan magnet atomis 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, akibatnya bahan ini tidak menarik garis gaya.
Bahan diamagnetik memiliki kerentanan lemah untuk medan magnet. bahan diamagnetik sedikit ditolak oleh medan magnet dan materi tidak mempertahankan sifat magnetik ketika bidang eksternal dihapus. Dalam bahan diamagnetic semua elektron dipasangkan sehingga tidak ada magnet permanen saat bersih per atom. Sifat Diamagnetik timbul dari penataan kembali dari orbit elektron di bawah pengaruh medan magnet luar. Sebagian besar unsur dalam tabel periodik, termasuk tembaga, perak, dan emas, adalah diamagnetik.
Diamagnetisme adalah sifat suatu benda untuk menciptakan suatu medan magnet ketika dikenai medan magnet. Sifat ini menyebabkan efek tolak menolak. Diamagnetik adalah salah satu bentuk magnet yang cukup lemah, dengan pengecualian superkonduktor yang memiliki kekuatan magnet yang kuat. Semua material menunjukkan peristiwa diamagnetik ketika berada dalam medan magnet. Oleh karena itu, diamagnetik adalah peristiwa yang umum terjadi karena pasangan elektron, termasuk elektron inti di atom, selalu menghasilkan peristiwa diamagnetik yang lemah.
Kekuatan magnet material diamagnetik jauh lebih lemah dibandingkan kekuatan magnet material feromagnetik ataupun paramagnetik. Material yang disebut diamagnetik umumnya berupa benda yang disebut 'non-magnetik', termasuk di antaranya air, kayu, senyawa organik seperti minyak bumi dan beberapa jenis plastik, serta beberapa logam seperti tembaga, merkuri, emas, bismut, perak, emas, dan seng. Superkonduktor adalah contoh diamagnetik sempurna.
Ciri-ciri dari bahan diamagnetik adalah:
• Bahan yang resultan medan magnet atomis masing-masing atom/molekulnya adalah nol.
103 (a) (b)
(c) (d) Sumber: http://wanramlah.blogspot.co.id/
Gambar 7.2: Contoh benda ferromagnetik (a) besi; (b) baja; (c) nikel; dan
(d) kobalt
Benda yang ditarik lemah oleh magnet disebut benda paramagnetik. Contohnya platina, tembaga, dan garam. Benda yang ditolak oleh magnet dengan lemah disebut benda diamagnetik. Contohnya timah, aluminium, emas, dan bismuth.
(a) (b) Sumber: http://wanramlah.blogspot.co.id/
Gambar 7.3: Benda diamagnetik (a) timah; dan (b) aluminium
Benda-benda magnetik yang bukan magnet dapat dijadikan magnet. Benda itu ada yang mudah dan ada yang sulit dijadikan magnet. Baja sulit untuk dibuat magnet,
104 tetapi setelah menjadi magnet sifat kemagnetannya tidak mudah hilang. Oleh karena itu, baja digunakan untuk membuat magnet tetap (magnet permanen).
Besi memiliki sifat magnet-magnet elementer yang mudah diatur, tetapi juga lebih mudah berubah susunannya. Itulah sebabnya besi sangat mudah dijadikan magnet, akan tetapi juga sangat mudah kehilangan sifat magnetnya. Jadi kemagnetan besi bersifat sementara (magnet remanen).
Baja memiliki sifat magnet-magnet elementer yang sulit diatur, tetapi juga lebih sulit berubah susunannya. Itulah sebabnya baja sulit dijadikan magnet, akan tetapi juga lebih sulit kehilangan sifat magnetnya, sehingga kemagnetan baja bersifat tetap.
Setiap benda magnetik pada dasarnya terdiri magnet-magnet kecil yang disebut magnet elementer. Benda yang bukan magnet arah magnet elementernya tidak beraturan. Adapun, benda magnet arah magnet elementernya teratur. Perhatikan Gambar 7.4. Oleh sebab itu, prinsip membuat magnet adalah mengubah susunan magnet elementer yang tidak beraturan menjadi searah dan teratur. Ada tiga cara membuat magnet, yaitu menggosok, induksi, dan arus listrik.
(a)
(b)
Sumber: http://www.indonesiacerdas.web.id/2012/08/kemagnetan.html
Gambar 7.4: (a) Susunan magnet elementer besi/baja sebelum menjadi magnet;
(b) Susunan magnet elementer besi/baja yang telah menjadi magnet
1.
Membuat Magnet dengan Cara Menggosok
Besi yang semula tidak bersifat magnet, dapat dijadikan magnet. Caranya besi digosok dengan salah satu ujung magnet tetap. Arah gosokan dibuat searah agar magnet elementer yang terdapat pada besi letaknya menjadi teratur dan mengarah ke satu arah. Apabila magnet elementer besi telah teratur dan mengarah ke satu arah, dikatakan besi dan baja telah menjadi magnet.
Ujung-ujung besi yang digosok akan terbentuk kutub-kutub magnet. Kutub-kutub