bab i pendahuluan

1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Dalam bidang fisika banyak dijumpai fenomena transisi fase pada materi.
Transisi fase pada materi dicontohkan pada perubahan wujud zat dari padat
menjadi cair, dari gas menjadi padat dan sebagainya. Perubahan wujud zat pada
transisi fase diakibatkan oleh faktor kenaikan suhu. Pada medan magnet juga
ditemui fenomena transisi fase, seperti perubahan sifat magnet bahan dari
ferromagnetik menjadi paramagnetik. Perubahan sifat kemagnetan bahan tersebut
terjadi pada transisi fase yang ditandai dengan adanya peningkatan suhu. Ketika
suatu materi dipanaskan dan melewati suhu kritis, fenomena transisi fase tersebut
terjadi. Bahan ferromagnetik kehilangan kemagnetisasiannya ketika melewati
suhu kritis dan berubah menjadi bahan paramagnetik.
Sebuah elektron dalam atom memiliki momen magnet. Momen magnetik
adalah momen dipol permanen di dalam atom yang terdiri dari dua sumber.
Sumber pertama berasal dari gerakan elektron mengelilingi inti atom. Sumber
yang kedua berasal dari perputaran elektron pada sumbunya atau yang disebut
momen magnet spin. Momen magnet spin pada materi dapat berada pada salah
satu dari dua keadaan yaitu spin up atau spin down. Spin up dimana arah spin
magnetik mengarah ke atas yang bernilai +1 dan sebaliknya spin down memiliki
arah spin ke bawah yang bernilai -1. Bahan ferromagnetik memiliki spin magnetik
yang seragam dan searah dengan bertambahnya suhu, ketika proses kenaikan suhu
melewati transisi fase pada titik kritis, spin magnetik pada bahan ferromagnet
berubah menjadi acak dan bahan berubah menjadi paramagnetik. Titik kritis
tersebut tidak lain adalah suhu Curie. Spin magnetik pada keadaan di bawah titik
kritis searah pada arah tertentu, spin magnetik dalam materi akan berubah menjadi
acak ketika melewati titik kritis atau suhu yang dimiliki lebih besar dari suhu
Curie.
Ketika medan magnet luar diberikan pada materi, spin magnetik
terorientasi dan mengikuti arah tertentu sesuai dengan arah medan magnet luar
1
2
yang diberikan. Materi yang diberikan medan magnet luar akan menghasilkan
magnetisasi. Secara umum magnetisasi adalah besar vektor momen magnet per
satuan volume.
Magnetisasi terjadi disebabkan oleh beberapa faktor seperti medan
magnet, ukuran kisi dan temperatur. Pengaruh medan magnet yang akan dikaji
dalam beberapa bentuk keadaan, yaitu tanpa adanya medan magnet, dengan
medan magnet konstan, medan magnet yang bervariasi dan medan magnet yang
berbentuk gelombang sinusoidal. Ukuran kisi pada sistem pun akan dianalisis
untuk mengetahui pengaruh magnetisasi yang timbul pada beberapa ukuran kisi
yang berbeda. Untuk setiap ukuran kisi yang berbeda, respon interaksi yang
diberikan spin magnetik berbeda pula. Hal ini didasarkan pada pergerakan spin
yang berfluktuasi untuk setiap ukuran kisi yang berbeda. Seperti sebelumnya,
temperatur memiliki peranan penting dalam perubahan magnetisasi dalam sistem.
Transisi fase perubahan sifat magnet pada material yang terjadi disebabkan oleh
temperatur Curie atau temperatur kritis. Keadaan saturasi magnetisasi akan
menuju nol pada suhu Curie.
Spin yang berada pada kisi memungkinkan setiap spin untuk berinteraksi
dengan tetangga-tetangganya. Salah satu metode untuk mengkaji bentuk spin
magnetik pada transisi fase adalah model Ising. Model ini memungkinkan
identifikasi transisi fase sebagai model sederhana. Model Ising terdiri dari tiga
bentuk yang pertama model Ising 1 dimensi yang ditandai dengan tiap spin
magnetik hanya memiliki dua tetangga terdekatnya yaitu kiri dan kanan. Bentuk
yang kedua model Ising 2 dimensi dimana tiap spin magnetik memiliki empat spin
tetangga terdekatnya yaitu kiri, kanan, atas dan bawah. Bentuk ketiga adalah
model Ising 3 dimensi dimana tiap spin magnetik memiliki enam tetangga
terdekatnya yaitu kiri, kanan, atas, bawah, depan dan belakang.
1.2. Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas, maka permasalahan yang akan diteliti
adalah bagaimana menganalisis simulasi model Ising 2 dimensi dengan
3
memperlihatkan hubungan antara faktor-faktor kemagnetan bahan terhadap
perubahan suhu.
1.3. Batasan Masalah
1. Proses simulasi spin magnetik menggunakan model Ising 2 dimensi untuk
mengkaji interaksi spin dengan empat tetangga yang paling terdekat (kiri, atas,
kanan dan bawah).
2. Analisis simulasi model spin Ising 2 dimensi magnetik dengan variasi bentuk
medan magnet yaitu tanpa variabel medan magnet, dengan medan magnet
konstan, dengan medan magnet yang bervariasi dan dengan medan magnet
yang berbentuk gelombang sinusoidal.
3. Analisis simulasi model Ising 2 dimensi dengan beberapa bentuk medan
magnet yang bersifat isotropik.
1.4. Tujuan Penelitian
1. Melakukan proses simulasi dari program untuk melihat perbedaan dari
beberapa bentuk medan magnet yang telah ditentukan.
2. Menentukan hasil analisis dari kurva hubungan antara faktor-faktor
kemagnetan terhadap perubahan temperatur untuk tiap bentuk medan magnet
yang telah ditentukan.
1.5. Manfaat Penelitian
1. Sebagai pembelajaran mengenai perbandingan model Ising 2 dimensi untuk
tiap variasi medan magnet.
2. Diharapkan pengembangan penelitian untuk bentuk-bentuk model Ising 2
dimensi yang telah dilakukan dapat menjadi dasar pemahaman dan
pembelajaran untuk kasus model Ising dengan berberapa bentuk medan magnet
yang diberikan.
1.6. Keaslian Penelitian
Penelitian ini merupakan salah satu dari beberapa penelitian dengan
mengangkat tema model Ising 2 dimensi dengan berbagai perlakuan. Sebelumnya
telah dilakukan beberapa penelitian terkhusus pada simulasi model Ising 1dimensi
4
maupun 2 dimensi dengan algoritma yang berbeda. Berdasarkan hasil observasi
dan studi literatur yang dilakukan, sejauh ini belum ada penelitian yang dilakukan
menggunakan software ImageJ dengan beberapa variasi bentuk medan magnet
yang disajikan.