Fenomena magnet dimana material kekuatan yang menarik atau pengaruh padabahan lain telah dikenal selama ribuan tahun. Namun, prinsip-prinsip yangmendasari dan mekanisme yang menjelaskan fenomena magnet yang kompleksdan halus. Banyak perangkat teknologi modern kita bergantung pada daya tarikdan bahan magnetik, ini termasuk pembangkit listrik tenaga dan transformer,motor listrik, radio, televisi, telepon, komputer dan komponen suara dan videosistem reproduksi(William D. Callister, 2007).Sifat-sifat yang terdapat dalam benda magnetik antaralain adalah :
a) Induksi remanen (Br)
Induksi magnetik yang tertinggal dalam sirkuit magnetik (besi lunak) setelah memindahkan/menghilangkan pengaruh bidang magnetik. Ketika arus dialirkan pada sebuah kumparan yang melilit besi lunak maka terjadi
orientasi pada partikel-partikel yang ada dalam besi. Orientasi ini mengubah/mengarahkan pada kutub utara dan selatan.
b) Permeabilitas magnet (μ)
Daya hantar atau permeabilitas magnet (diberi lambang μ) merupakan parameter bahan yang menentukan besarnya fluks magnetik. Bahan feromagnetik memiliki permeabilitas yang tinggi.
μ = µo x µr (2.1)
dimana μo = 1,256 G.cm/A
Untuk bahan ferromagnetik, permeabilitas relatif μr jenis bahan tersebut lebih besar daripada 1. Permeabilitas dari beberapa media yang hendak diukur pada prinsipnya adalah dengan menempatkannya dalam suatu kawat yang lurus dan panjang atau dalam gulungan yang melingkar atau solenoida, kemudian diukur resultante induksi kemagnetannya, sehingga diperoleh sebuah tetapan baru μ dan diturunkan menjadi suseptibilitas relatif. Dengan nilai suseptibilitas inilah maka akan dapat diketahui jenis bahan magnet.
(2.2)
m= untuk 1 vakum
> 1 untuk bahan paramagnetik
< 1 untuk bahan diamagnetik
>> 1 untuk bahan ferromagnetik c) Gaya koersif (Hc)
Medan daya yang diperlukan untuk menghilangkan induksi remanen setelah melalui proses induksi elektromagnetik. Pada besi lunak atau soft magnetic alloys besarnya gaya koersif yang diperlukan lebih kecil daripada magnet permanen.
kumparan.
f) Reluktansi magnet (Rm)
Relukstansi magnet tergantung dari panjang jejak fluks magnetik, bidang penampang lintang A yang ditembus fluks magnetik dan sifat magnet bahan, tempat medan magnet.
g) Suseptibilitas Magnetik
Suatu solenoida panjang dengan n lilitan per panjang satuan, menyalurkan arus I. Medan magnetik akibat arus dalam solenoida tersebut disebut sebagai medan yang dikerahkan, Bo. Bahan berbentuk silinder kemudian ditempatkan di dalam solenoida. Medan yang dikerahkan solenoida ini akan memagnetkan bahan tersebut sehingga bahan tersebut memiliki magnetisasi M. Medan magnet resultan B di suatu titik di dalam solenoida dan di tempat yang jauh dari ujung-ujungnya akibat arus dalam solenoida ditambah bahan yang dimagnetkan ini ialah
B = Bo + μoM (2.3)
B = μoH + μoM (2.4)
Untuk bahan paramagnetik dan feromagnetik, M mempunyai arah yang sama dengan Bo. Untuk bahan paramagnetik dan feromagnetik pemagnetan adalah berbanding lurus dengan medan magnetik yang dikerahkan untuk menghasilkan penyearahan dipol magnetik dalam bahan tersebut. Dengan demikian dapat ditulis :
(2.5)
dengan m merupakan bilangan tanpa dimensi yang disebut suseptibilitas magnetik. Persamaan 2.6 dengan demikian dapat dituliskan :
B = Bo + µoM = B(1 + m) (2.6)
Suseptibilitas magnetik adalah ukuran dasar bagaimana sifat kemagnetan suatu bahan yang merupakan sifat magnet bahan yang ditunjukkan dengan adanya respon terhadap induksi medan magnet yang merupakan rasio antara magnetisasi dengan intensitas medan magnet. Dengan mengetahui nilai suseptibilitas magnetik suatu bahan, maka dapat diketahui sifat-sifat magnetik lain dari bahan tersebut. Suseptibilitas magnetik sebagian besar material tergantung pada temperatur, tetapi beberapa material (feromagnetik
dan ferrite) tergantung pada H. Secara umum dapat ditulis sebagai berikut:
B = µo(H+M) =µoH + µom H = µo (1+m) H (2.7) dan
µr = 1 + m (2.8)
sehingga dari persamaan 2.1; 2.7 dan 2.8 didapatkan:
B = μ H (2.9)
dimana µo adalah permeabilitas ruang hampa 1,256 gauss.cm/Ampere.
Logam feromagnetik memiliki permeabilitas magnetik sangat tinggi, mineral dan batuan memiliki suseptibilitas kecil dan permeabilitas magnetik µ=1. Untuk bahan paramagnetik, m berupa bilangan positif kecil yang bergantung pada temperatur. Untuk bahan diamagnetik, m berupa konstanta negatif kecil yang tidak bergantung pada temperatur. Persamaan (2.8) dan (2.9) tidak terlalu berguna untuk bahan feromagnetik karena m bergantung pada Bo dan pada keadaan pemagnetan bahan itu sebelumnya. Untuk medan magnet, H, yang berjenis solenoida bisa diketahui dengan persamaan :
H = N x I/L (2.10)
dimana N adalah jumlah kumparan solenoida, I adalah arus yang megalir, dan L adalah panjang solenoida.
Semua bahan dapat diklasifikasikan jeniskemagnetannya menjadi lima kategori yaitu ferromagnetik, paramagnetik, diamagnetik, antiferromagnetik, dan ferrimagnetik. Semuanya dibedakan dari keteraturan arah domain pada bahan magnet tersebut (Ratih Resti, 2010).
Gambar 2.4Arah domain: (a) paramagnetik (b) ferromagnetik (c) antiferromagnetik (d) ferrimagnetik (Ratih Resti, 2010)
2.5.1 Diamagnetik
Diamagnetisme adalah bentuk magnet yang sangat lemah yang tidak tetap
dan tetap hanya sementara pada bidang eksternal sedang diterapkan. Hal ini disebabkan oleh perubahan dalam gerakan orbital elektron melewati medanmagnet.
Besarnya momen magnetik induksi sangat kecil, dan dalam arah yangberlawanan dengan medan yang diterapkan. Dengan demikian, permeabilitas μr relatif kurang dari kesatuan (namun hanya sangat sedikit) dan kerentanan magnet negatif m yang besarnya bahan diamagnetik adalah 10-5. Ketika ditempatkan di antara kutub dari elektromagnet yang kuat, bahan diamagnetik tertarik ke daerah lemah.
Diamagnetisme ditemukan di semua bahan, tetapi karena begitu lemah, dapat diamati hanya ketika jenis magnet sama sekali tidak ada (William D. Callister, 2007).
Bahan diamagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis masing-masing atom atau molekulnya nol, tetapi orbit dan spinnya tidak nol.cBahan diamagnetik tidak mempunyai momen dipol magnet permanen. Jika bahan diamagnetik diberi medan magnet luar, maka elektron-elektron dalam atom akan berubah gerakannya sedemikian hingga menghasilkan resultan medan magnet atomis yang arahnya berlawanan. (Ratih Resti, 2010)
2.5.2 Paramagnetik
Bahan paramagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis masing-masing atom/molekulnya tidak nol, tetapi resultan medan magnet atomis totalseluruh atom/molekul dalam bahan nol. 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 electron-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. Padabahan ini, efek diamagnetik (efek timbulnya medan magnet yang melawan medan magnet penyebabnya) dapat timbul, tetapi pengaruhnya sangat kecil (Ratih Resti, 2010).
2.5.3 Ferromagnetik
Bahan ferromagnetik adalah bahan yang mempunyai resultan medan atomis besar. Hal ini terutama disebabkan oleh momen magnetik spin elektron. 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 medan magnetik, sehingga total medan magnetik yang dihasilkan oleh suatu atom lebih besar (Ratih Resti, 2010).
Dengan sifatnya yang khas ternyata bahan feromagnetik tidak selalu ideal.
Pada beberapa contoh aplikasi untuk rangkaian magnetik seringkali kita menginginkan suatu medan magnet yang kuat dengan arus yang sekecil mungkin.
Karena arus sebanding dengan intensitas medan magnet H dan B berbanding lurus dengan μH, maka dengan pertimbangan tersebut menuntut agar bahan memiliki permeabilitas yang tinggi. Dengan permeabilitas tinggi yang dimiliki oleh bahan ferromagnetik maka didapat rapat fluks magnet B yang kuat.
2.5.4 Antiferromagnetik
Jenis ini memiliki arah domain yang berlawanan arah dan sama pada kedua arah domain magnet. Arah domain magnet tersebut berasal dari jenis atom sama pada suatu kristal. Contohnya MnO, MnS, dan FeS. Pada unsur dapat ditemui pada unsur Cromium, tipe ini memiliki arah domain yang menuju dua arah dan saling berkebalikan. Jenis ini memiliki temperature Curie yang rendah sekitar 37º C untuk menjadi paramagnetik (Ratih Resti, 2010).
2.5.5 Ferrimagnetik
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 ferromagnetik (Astari et al., 2017). Dengan ferrimagnet magnetisasi tetap dimungkinkan karena pembatalan saat putaran tidak lengkap (William D. Callister, 2007).