LANDASAN TEORI
2.5. Bahan Magnetik
Berdasarkan sifat kemagnetannya, material magnet dapat diklasifikasikan kedalam diamagnetisme, paramagnetisme dan ferromagnetisme. Diamagnetik adalah bahan yang memiliki medan magnet yang berlawanan dengan medan magnet eksternal. Tidak seperti ferromagnetik, diamagnetik bukanlah magnet permanen.Permeabilitas magnetik kurang dari 0 (permeabilitas ruang bebas). Diamagnetik merupakan bahan yang memiliki magnet paling lemah, tetapi medan magnetnya bersifat superkonduktor. Superkonduktor dapat dianggap sebagai diamagnetik sempurna, karena mereka menolak semua medan. Diamagnetik untuk setiap medan magnet yang diberikan akan melawan perubahan dari medan magnet luar yang diberikan.
Paramagnetik yaitu, atom-atom tidak simetris dan tidak selaras. Ketika diberi medan magnet, momen magnetik disesuaikan sejajar dengan medan magnet luar yang diberikan (Dekker.A.J, 1958). Ferromagnetik bersifat magnetis meskipun tidak ada medan magnet yang diberikan. Ketika medan magnet tidak ada, materi tetap memiliki magnetisasi spontan yang merupakan hasil dari momen magnetik antar momen magnet spin, untuk ferromagnetik, atom yang simetris dan selaras dalam arah yang sama menciptakan medan magnet permanen (Hall dan Hook, 1994). Faktor Boltzmann memiliki kontribusi besar karena partikel berinteraksi ke arah yang sama. Hal ini yang menyebabkan ferromagnetik memiliki medan magnet yang kuat dan tinggi pada suhu Curie (Palmer, 2007). Di
bawah suhu Curie atom yangelaras menyebabkan magnet spontan pada bahan ferromagnetik, di atas suhu Curie, menjadi bahan yang paramagnetik karena kehilangan momen magnetik yang mengalami transisi fase (Cusack, 1958).
Ferrimagnetik bersifat magnetis dalam walaupun tanpa medan magnet diberikan dan terdiri dari dua spin yang berbeda. Ketika medan magnet tidak ada, materi memiliki magnet spontan yang merupakan hasil dari momen magnetik yaitu, untuk momen magnetik ferrimagnetik satu spin yang sejajar menghadap satu arah dengan besar tertentu dan momen magnetik spin lain sejajar berlawanan arah dengan kekuatan yang berbeda. Sebagai momen magnetik dari besar yang berbeda dalam arah yang berlawanan masih ada magnet spontan dan medan magnet yang dihadirkan.Antiferromagetik di atas titik kritis mengalami transisi fase dan menjadi paramagnetik. Materi yang memiliki momen magnetik yang sama sejajar dalam arah yang berlawanan sehingga momen magnetik nol dan magnet nol pada semua suhu di bawah titik kritis. Bahan antiferromagnetik bersifat magnetis lemah meskipun ada atau tidaknya medan magnet diberikan. Sifat kemagnetan bahan berubah ditandai dengan adanya transisi fase.Perubahan sifat kemagnetan tersebut terjadi diakibatkan oleh faktor kenaikan suhu.Seperti perubahan sifat magnet bahan dari ferromagnetik menjadi paramagnetik.Ketika suatu materi dipanaskan dan melewati titik kritis pada suhu, fenomena transisi fase tersebut terjadi.Bahan ferromagnetik kehilangan kemagnetisasiannya ketika melewati suhu kritis dan berubah menjadi bahan.(Jullien, 1989).
2.5.1. Bahan Diamagnetik
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: < dengan suseptibilitas magnetik bahan: Nilai bahan
diamagnetik mempunyai orde -10-5m3/kg.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.
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: < 0 dengan suseptibilitas magnetik bahan: χm <
0. Nilai bahan diamagnetik mempunyai orde -10-5m3/kg. Contoh bahan diamagnetik yaitu: bismut, perak, emas.(Matthew,2013)
2.5.2. 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).
Material paramagnetik mempunyai nilai suseptibilitas positif di mana magnetisasi M paralel dengan medan luar. Material yang termasuk dalam paramagnetik adalah logam transisi dan ion logam tanah jarang (rare-earth ions).Ion-ion ini mempunyai kulit atom yang tidak terisi penuh yang berisi momen magnet permanen.Momen magnet permanen terjadi karena adanya gerak orbital dan electron.(Omar, 1975).
Bahan paramagnetik adalah bahan – bahan yang memiliki suseptibilitas magnetik Xm yang positif dan sangat kecil. Paramanetik muncul dalam bahan atom – atomnya memiliki momen magnetik hermanen yang berinteraksi satu
samalain secara sangat lemah. Apabila tidak terdapat medan magnetik luar, momen magnetik ini akan berorientasi acak. Dengan adanya medan magnetik luar, momen magnetik ini arahnya cenderung sejajar dengan medannya, tetapi ini dilawan oleh kecenderungan momen untuk berorientasi acak akibat gerak termalnya. Perbandingan momen yang menyearahkan dengan medan ini bergantung pada kekuatan medan pada temperatur yang sangat rendah, hampir seluruh momen akan disearahkan dengan medannya (Tipler, 2001)
Gambar 2.3 Paramagnetik
2.5.3. Bahan Ferromagnetik
Ferromagnetik merupakan bahan yang memiliki nilai suseptibilitas magnetik positif yang sangat tinggi. Dalam bahan ini sejumlah kecil medan magnetik luar dapat menyebabkanderajat penyearahan yang tinggi pada momen dipol magnetik atomnya.Dalam beberapa kasus, penyearahan ini dapat bertahan sekalipun medan kemagnetannya telah hilang. Hal ini terjadi karena momen dipol magnetik atom dari bahan – bahan ferromagnetik ini mengarahkan gaya – gaya yang kuat pada atom disebelahnya. Sehingga dalam daerah ruang yang sempit, momen ini disearahkan satu sama lain sekalipun medan luarnya tidak ada lagi.
Daerah ruang tempat momen dipol magnetik yang disearahkan ini disebut daerah magnetik. Dalam daerah ini, semua momen magnetik disearahkan, tetapi arah penyearahnya beragam dari daerah sehingga momen magnetik total dari kepingan mikroskopi bahan ferromagnetik ini adalah nol dalam keadaan normal (Tipler, 1991).
2.5.4. 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)
2.5.5Ferrimagnetik
Jenis tipe ini hanya dapat ditemukan pada campuran dua unsur antara paramagnetik dan ferromagnetik seperti magnet barium ferrite dimana barium adalah jenis paramagnetik dan Fe adalah jenis unsur yang masuk ferromagnetic.Pada bahan yang bersifat dipol yang berdekatan memiliki arah yang berlawanan tetapi momen magnetiknya tidak sama besar. Bahan ferrimagnetik memiliki nilai susepbilitas tinggi tetapi lebih rendah dari bahan ferromagnetik, beberapa contoh dari bahan ferrimagnetik adalah ferrite dan magnetite.