Bahan Magnetik

Bahan Magnetik
oleh:
Ichwan Yelfianhar
(dirangkum dari berbagai sumber)
Historis Magnet
Gejala kemagnetan merupakan cikal bakal berkembangnya pengetahuan
tentang kelistrikan. Ditemukan sejak 2000 tahun yang lalu di Yunani pada
sejenis batuan yang dinamakan magnetit di kota magnesia.
Awal abad ke 12, magnet mulai digunakan sebagai kompas karena sifatnya
yang selalu menunjuk arah utara dan selatan bumi. Sifat kutub magnet mulai
diselidiki ilmuwan, diantaranya:
• Pierre de Maricourt (1269) menemukan garis medan magnet pada magnet
berbentuk bola.
• William Gilbert (1600) menemukan sifat kemagnetan bumi.
• John Michell (1750) menemukan hubungan gaya magnet dengan jarak
antar magnet.
• HC. Oersted, Marie Ampere, Biot dan Savart (awal abad 19) menemukan
hubungan listrik dan magnetisme.
• M. Faraday dan J. Henry (1830) menemukan hubungan medan magnet
dengan medan listrik.
• J. C. Maxwell (1860) menyusun teori dan konsep elektromagnetik.
Bahan magnet
Magnet terbaik umumnya mengandung besi
metalik. Namun, ternyata bahwa unsur lainpun
menampilkan sifat magnetik; selain itu, bukan
logam pun dapat memiliki sifat magnet. Dalam
teknologi modern kini digunakan magnet logam
dan keramik. Selain itu dimanfaatkan pula unsur
lain untuk meningkatkan kemampuan magnet
sehingga memenuhi persyaratan.
Gejala Kemagnetan Pada Atom
Tiap elektron atom akan memiliki momen magnetik
pm, yang disebut spin elektron oleh ahli fisika.
Momen magnetik disebut magneton Bohr, dan sama
dengan
9,27x10‐27
A.m2.
Elektron
biasanya
berpasangan dalam orbit dan membentuk spin atas
dan bawah. Jadi, efek luar dari momen tersebut tidak
ada. Atom akan bersifat magnet bila ada
ketidakseimbangan dalam spin elektron. Akhirnya,
diketahui bahwa hanya beberapa elektron memiliki spin
elektron yang tidak seimbang, dan d engan demikian
memiliki momen magnetik.
Spin Magnet Atom Bahan Tertentu
Elemen yang memenuhi persyaratan adalah unsur
transisi dengan kulit subvalensi yang tidak terisi,
seperti yang diperlihatkan gambar berikut:
Gambar bahan dengan spin magnet tak seimbang
Komposisi Bahan Magnetik
1. Magnet alam (dahulu disebut batu magnet)
Magnet alam adalah mineral, Fe3O4 dalam fasa keramik
alamiah dengan ion O2‐ dalam kisi kps. Ion besi berada
dalam lokasi intertisial rangkap 4 dan rangkap 6. Secara
lebih terinci dapat dilihat ion Fe2+ berada pada lokasi
rangkap 6, sedangkan ion Fe3+ terbagi rata pada
rangkap 6 dan rangkap 4. Struktur ini termasuk jenis
struktur NiFe2O4 yang disebut spinnel. Sel satuan ini
bersifat magnetik karena momen magnet ion pada
lokasi rangkap 6 sama arahnya dan yang berada pada
lokasi rangkap 4 berlawanan arah.
Komposisi Bahan Magnetik
2. Magnet logam
Besi kpr merupakan bahan magnet logam yang sering
dijumpai. Bahan logam lain yang memiliki
permeabulitas maksimum yang sangat tinggi, (maks)
adalah permalloy, dan medan oersif (‐Hc) yang tinggi
adalah Alnico V.
3. Magnet Keramik.
Magnet keramik seperti, ferit terdiri dari senyawa ionik.
Jadi besi berbentuk Fe2+ atau Fe3+. Ion feros kehilangan
dua elektron, yaitu dua elektron 4s dan satu elektron
3d, jadi tersisa lima elektron yang tidak berpasangan.
Contoh: BeFe12+O19
Kutub Magnet & Garis Gaya Magnet
Gambar 1.
S
U
S
U
S

U

Gambar 2.
U
S
S
S
U
U


C
Fluks magnetik
Fluks magnetik adalah jumlah medan magnetik ( garis gaya
magnet ) yang dihasilkan sumber magnetik, dilambangkan
dengan Ф (phi). Satuan fluks magnetik weber ( Wb ).
Kerapatan fluks magnet adalah jumlah total fluks yang
menembus area yang tegak lurus dengan fluks tersebut,
dirumuskan:
Dengan:
B : Rapat fluks magnet ( T atau Wb/m2 ) Ф : Fluks magnet (Wb)
A : Luas penampang (m2 )
Gaya Gerak Magnet (Magnetomotive
Force / mmf)
Mmf merupakan penyebab munculnya fluks magnetik pada
rangkaian elektromagnetik, dirumuskan:
Dengan: N= jumlah belitan (turn)
I = arus (amper / A)
Sehingga jika terdapat belitan sepanjang l maka kekuatan
magnet yang dihasilkan adalah:
Dengan: H = Kuat medan magnet
l = panjang fluks / panjang belitan
Permeabilitas Magnet
Permeabilitas magnet merupakan konstanta pembanding antara
rapat fluks (B) dengan kuat medan (H) yang dihasilkan magnet.
Untuk
udara dan bahan non magnetik,
permeabilitas
dinyatakan sebagai permeabilitas ruang kosong(μ0 = 4.10‐7
H/m), sehingga:
Untuk bahan lain maka permeabilitasnya sebanding dengan
permeabilitas ruang kosong dikalikan permeabilitas relatif bahan
(μr ). Sehingga diperoleh:
Permeabilitas Magnet
Permeabilitas relatif didefinisikan sebagai: rapat fluks pada bahan
r 
rapat fluks pada vakum
Sehingga pada ruang hampa, μr = 1 dan μr . μo = μ dinamakan permeabilitas absolut.
Dengan
konstanta
permeabilitas
maka
karakteristik kemagnetan suatu bahan dapat
digambarkan dalam kurva perbandingan B – H.
Permeabilitas Magnet
Kurva perbandingan B‐H dari berbagai bahan:
Suseptibilitas Magnet
Hubungan Suseptibilitas dengan
Permeabilitas
Magnetisasi M sebagai fungsi dari
kuat medan H
A. BAHAN DIAMAGNETIK
A. BAHAN DIAMAGNETIK
B. BAHAN PARAMAGNETIK
B. BAHAN PARAMAGNETIK
B. BAHAN PARAMAGNETIK
C. BAHAN FERROMAGNETIK
C. BAHAN FERROMAGNETIK
C. BAHAN FERROMAGNETIK
C. BAHAN FERROMAGNETIK
C. BAHAN FERROMAGNETIK
C. BAHAN FERROMAGNETIK
D. ANTIFERROMAGNETIK
E. FERRIMAGNETIK DAN FERRIT
E. FERRIMAGNETIK DAN FERRIT
Jika dibandingkan dengan bahan ferromagnetik, maka jelas bahwa TN < TC
E. FERRIMAGNETIK DAN FERRIT
Reluktansi
Reluktansi merupakan derajat hambatan
magnetik dari suatu rangkaian magnetik
terhadap fluks magnet. Dirumuskan:
Satuan reluktansi 1/H atau H‐1 atau A/Wb
Untuk rangkaian magnet seri maka reluktansi
total dirumuskan:
Perbandingan Besaran Magnet dan Besaran Listrik
Contoh Soal
Contoh Soal
Contoh Soal
Contoh Soal
Gaya Magnet
Induksi Magnet
Induksi Magnet
Induksi Magnet
Induktansi
Hubungan Tegangan Induksi dengan Induktansi
PRINSIP KERJA MOTOR LISTRIK
B
U
+
S
F = B . I.L
F
F = Gaya (Force)
B = Kerapatan garis gaya
(Fluks)
I = Besar arus
L = Panjang penghantar
PT PLN (Persero) Udiklat Pandaan
KONSTRUKSI MOTOR LISTRIK
1
6
4
2
5
7
3
8
1.
2.
3.
4.
Body Motor
Kumparan stator
Rotor
Tutup terminal
5.
6.
7.
8.
PT PLN (Persero) Udiklat Pandaan
Baut terminal klem
Lubang gantungan
Poros
Kaki motor
PRINSIP DASAR GENERATOR
GAYA GERAK LISTRIK
Apabila sebuah konduktor digerakkan tegak lurus
Sejauh (ds) memotong suatu medan magnit dengan
Kerapatan fluks  maka perubahan fluks pada
Konduktor dengan panjang efektif  ialah :
do = Bds
e = do
dt
e = ds
dt
Maka : e = Bv
ds = v
dt
KONSTRUKSI GENERATOR
KUMPARAN
STATOR
KUMPARAN
ROTOR

KOTAK
TERMINAL
BODY
GENERATOR
U
S
Sumber
DC
EXCITER