TINJAUAN PUSTAKA
2.3 TEORI MAGNET 1 HISTERESIS MAGNET
Magnet biasanya dibagi atas dua kelompok yaitu: magnet lunak dan magnet keras. Magnet keras dapat menarik bahan lain yang bersifat magnet. Selain itu sifat kemagnetannya dapat dianggap cukup kekal. Magnet lunak dapat bersifat magnetik dan dapat menarik magnet lainnya. Namun, hanya memiliki sifat magnet apabila berada dalam medan magnet dan sifat kemagnetannya tidak kekal. Perbedaan antara magnet permanen atau magnet keras dan magnet lunak dapat dilakukan dengan menggunakan loop histerisis yang telah dikenal seperti pada gambar 2.6. Dikatakan bahwa, induksi magnet, B meningkat. Dengan sendirinya, jumlah induksi tergantung pada medan magnet dan jenis bahan. Pada contoh Gambar 2.6, rasio B/H tidak linear, terjadi lompatan induksi mencapai level yang tinggi, kemudian rasio tersebut hampir konstan dalam medan yang lebih kuat.
(a) (b) (c)
a. Induksi awal (B) versus medan magnet (H). b. Loop histerisis (magnet lunak).
c. Loop histerisis (magnet keras).
Baik induksi remanen (rapat fluks) dan medan koersif, B dan –HC masing- masing, besar untuk magnet keras. Hasil perkalian BH merupakan patokan untuk energi demagnetisasi.
Pada magnet lunak, terjadi penurunan kembali yang hampir sempurna jika medan magnet ditiadakan. Medan magnet bolak-balik akan menghasilkan kurva simetris dikuadran ketiga. Kurva histerisis magnet permanen sangat berbeda. Bila medan magnet ditiadakan, induksi tersisa akan menghasilkan induksi remanen, Br. Medan yang berlawanan, yang disebut medan koersif, -HC, diperlukan sebelum induksi turun menjadi nol. Sama dengan magnet lunak, loop tertutup dari magnet memiliki simetri 180o.
Karena hasil kali medan magnet (A/m) dan induksi (V.det/m2) merupakan energi per satuan volume (J/m3) disebut dengan energi produk maksimum (BH)max, luas daerah hasil integrasi di dalam loop histerisis adalah sama dengan energi yang diperlukan untuk siklus magnetisasi mulai dari 0 sampai +H hingga –H sampai 0. Energi yang dibutuhkan magnet lunak dapat diabaikan, magnet kerasmemerlukan energi lebih banyak sehingga kondisi-ruang, demagnetisasi dapat diabaikan. Dikatakan dengan magnetisasi permanen.
Magnet permanen dapat diberi indeks berdasarkan medan koersif yang diperlukan untuk menghilangkan induksi. Patokan ukuran yang lebih baik adalah hasil kali BH. Hasil kali BH maksimum lebih sering digunakan karena merupakan barier energi kritis yang harus dilampaui. Magnet lunak merupakan pilihan tepat untuk penggunaan pada arus bolak-balik atau frekuensi tinggi, karena harus mengalami magnetisasi dan demagnetisasi berulang kali selama selang satu detik. Spesifikasi yang agak kritis untuk magnet lunak adalah induksi jenuh (tinggi), medan koersif (rendah), dan permeabilitas maksimum (tinggi). Baik induksi remanen (rapat fluks) dan medan koersif, B dan –HC masing-masing, besar untuk magnet keras. Hasil perkalian BH merupakan patokan untuk energi demagnetisasi.
Pada magnet lunak, terjadi penurunan kembali yang hampir sempurna jika medan magnet ditiadakan. Medan magnet bolak-balik akan menghasilkan kurva
simetris dikuadran ketiga. Kurva histerisis magnet permanen sangat berbeda. Bila medan magnet ditiadakan, induksi tersisa akan menghasilkan induksi remanen, Br. Medan yang berlawanan, yang disebut medan koersif, -HC, diperlukan sebelum induksi turun menjadi nol. Sama dengan magnet lunak, loop tertutup dari magnet memiliki simetri 180o. Karena hasil kali medan magnet (A/m) dan induksi (V.det/m2) merupakan energi per satuan volume (J/m3) disebut dengan energi produk maksimum (BH)max, luas daerah hasil integrasi di dalam loop histerisis adalah sama dengan energi yang diperlukan untuk siklus magnetisasi mulai dari 0 sampai +H hingga –H sampai 0. Energi yang dibutuhkan magnet lunak dapat diabaikan, magnet kerasmemerlukan energi lebih banyak sehingga kondisi-ruang, demagnetisasi dapat diabaikan. Dikatakan dengan magnetisasi permanen.
Magnet permanen dapat diberi indeks berdasarkan medan koersif yang diperlukan untuk menghilangkan induksi. Patokan ukuran yang lebih baik adalah hasil kali BH. Hasil kali BH maksimum lebih sering digunakan karena merupakan barier energi kritis yang harus dilampaui. Magnet lunak merupakan pilihan tepat untuk penggunaan pada arus bolak-balik atau frekuensi tinggi, karena harus mengalami magnetisasi dan demagnetisasi berulang kali selama selang satu detik. Spesifikasi yang agak kritis untuk magnet lunak adalah induksi jenuh (tinggi), medan koersif (rendah), dan permeabilitas maksimum (tinggi). (Van Vlack, 1984)
2.3.2 SUSEPTIBILITAS MAGNET
Suseptibilitas magnetik adalah ukuran dasar bagaimana sifat kemagnetansuatu bahan yang merupakan sifat magnet bahan yang ditunjukkan dengan adanya respon terhadap induksi medan magnet yang merupakan rasio antaramagnetisasi dengan intensitas medan magnet. Dengan mengetahui nilai suseptibilitas magnetik suatu bahan, maka dapat diketahui sifat-sifat magnetik lain dari bahan tersebut.
χm adalah suseptibilitas magnet bahan (besaran tidak berdimensi). Apabila logam ditempatkan dalam medan magnetik berkekuatan H, maka medan induksi dalam logam adalah:
B= H + 4πI …...……….(2.1)
Dimana I adalah intensitas magnetisasi. Besaran I merupakan sifat karakteristik logam, dan berkaitan dengan suseptibilitas per satuan volume logam yang didefenisikan sebagai berikut
= ………...……...………...(2.2)
Logam yang memiliki negatif, seperti seperti tembaga, perak, emas, dan
bismut, ditolak oleh medan dan disebut material diamagnetik. Logam umumnya memiliki nilai positif (berarti mengalami gaya tarik medan), bersifat paramagnetik
(jika kecil)atau ferromagnetik (jika sangat besar). Hanya empat logam murni-
besi, kobalt, dan nikel dari seri transisi, dan gadolinium dari seri tanah jarang
bersifat ferromagnetik ( = 1000) pada temperatur ruang, tetapi ada beberapa paduan
ferromagnetik bahkan beberapa diantaranya tidak mengandung logam yang bersifat
ferromagnetik. (Smallman,R.E. 2000)
2.3.3 MAGNETISASI
Magnetisasi adalah sebuah proses ketika sebuah materi yang ditempatkan dalam suatu bidang magnetik akan menjadi magnet. Proses ini ditentukan oleh jenis bahan yang disesuaikan dengan kekuatan medan magnet. Pada sebagian besar bahan, proses magnetisasi sangat kecil. Bahan yang menghasilkan magnetisasi kuat sekalipun berada di medan magnet yang lemah disebut feromagnetik. Bahan feromagnetik terdiri dari dua bidang kecil yaitu kompleks weiss dan bidang- bidang elementer. Bahan tersebut akan mengalami magnetisasi tinggi karena sumbu- sumbu perputaran elektronnya sejajar. Faktor lain yang melemahkan magnetisasi adalah pengarahan kompleks weiss pada bahan yang sembarangan. Misalnya terjadi pada sebuah batang besi yang dimagnetisasi namun arah kompleks weiss sembarangan maka besi tersebut tidak akan menjadi magnet atau tidak mengalami magnetisasi. Pengarahan kompleks weiss yang benar adalah terarah sejajar dengan medan bahan yang akan dimagnetisasi. Magnetisasi akan terjadi jika semua bidang bahan sudah terbentuk dan bahan tersebut sudah dikatakan jenuh.
Vektor intensitas medan magnetik H yang melakukan fungsi magnetisasi itu harus memenuhi syarat harga yang sama atau lebih besar daripada harga jenuh H bahan ferromagnetik, yang dapat diamati dari kurva B-H histeresisnya. Hubungan B, H, dan M ditunjukkan oleh persamaan berikut ini:
B = µH = µ0 µr H = µ0(1+χm) H ... (2.3) Vektor magnetisasi:
Dimana χm = suseptibilitas magnetik = (µr – 1), tidak memiliki dimensi, dan µr adalah permeabilitas relatif bahan (tidak memiliki dimensi). Nilai suseptibilitas magnetik suatu bahan dipengaruhi suhu. (Halliday & Resnick, 1978)
2.3.4 MAGNET PERMANEN
Magnet Permanen adalah suatu bahan yang dapat menghasilkan medan magnetyang besarnya tetap tanpa adanya pengaruh dari luar atau disebut magnet alam karenamemiliki sifat kemagnetan yang tetap. Jenis magnet permanen yang diketahui terdapatpada :
1. Magnet Neodymium, merupakan magnet tetap yang paling kuat. Magnet neodymium ( juga dikenal sebagai NdFeB, NIB, atau magnet Neo), merupakan sejenis magnet tanah jarang terbuat dari campuran logam neodymium.
2. Magnet Samarium – Cobalt : salah satu dari dua jenis magnet bumi yang langka, merupakan magnet permanen yang kuat tebuat dari paduan samarium cobalt.
3. Magnet Keramik, misalnya Barium Hexaferrite . 4. Plastic Magnet dan Magnet Alnico.
Tabel 2.2. Perbandingan Karakteristik Magnet Permanen.(Irasari & Idayanti,2007)
Material Induksi Remanen(Br)T Koersifitas(Hc) MA/m EnergiProduk (BHmax) SrFerit 0,43 0,20 34 Alnico 5 1,27 0,05 44 Sm2Co17 1,05 1,30 208 Nd2Fe14B 1,36 1,03 350 2.4 NANOMAGNETIK
Nanomagnet adalah sistem submicrometrik yang menyajikan rangka magnetik spontan (magnetisasi) pada nol medan magnet diterapkan (remanence). Ukuran kecil dari nanomagnets mencegah pembentukan domain. Dinamika magnetisasi nanomagnets cukup kecil pada suhu rendah, biasanya magnet-molekul tunggal, menyajikan fenomena kuantum, seperti makroskopik berputar tunneling. Pada suhu yang lebih besar, magnetisasi mengalami fluktuasi termal acak
(superparamagnetis) yang menyajikan batas untuk penggunaan nanomagnetik untuk penyimpanan informasi permanen.Contoh nanomagnets adalah biji-bijian dari logam feromagnetik (besi, kobalt, dan nikel) dan magnet-molekul tunggal. Sebagian besar nanomagnets memiliki logam transisi (titanium, vanadium, kromium, mangan, besi , kobalt atau nikel) atau tanah jarang (Gadolinium, Europium, Erbium) atom magnetik.
Sebuah nanomagnet bisa telah ditingkatkan sifat elektronik karena efek ukuran, seperti spin lama waktu relaksasi konduksi elektron, yang mungkin berguna untuk perangkat spintronic nano-skala. (Halliday, 1978)