MATERIAL MAGNETIK

MATERIAL ELEKTROTEKNIK

BAHASAN - 10

Pendahuluan

• Banyak divais seperti induktor, transformator, mesin-mesin listrik, antenna ferrit, audio visual recording memanfaatkan sifat-sifat magnetik material.

• Peningkatan kekuatan magnetik material baru telah dapat menurunkan ukuran peralatan misalnya motor-motor listrik dan mempengaruhi desain teknik.

• Dipol Magnetik- Dipol magnetik sering dilambangkan sebagai

batangan magnet dengan kutub utara dan selatan

- Dipol magnetik dapat muncul secara permanen di dalam material dan dapat pula muncul pada saat diberikan medan magnet luar.

- Dipol magnetik analog dengan dipol listrik- Momen dipol magnetik didefinisikan sebagai:

μm = I.A.an

I = loop arus listrik

A = luas loop dimana arus mengalir

an = vektor normal terhadap luas loop

• Bila ke dalam bahan magnetik diberikan medan magnet maka dipol akan berinteraksi dengan medan magnet dan muncullah torsi magnetik.

• Interaksi ini dapat menyebabkan orientasi dipol-dipol berubah mengikuti arah medan magnet

• Suatu momen dipol merupakan loop arus maka akan menimbulkan medan magnetik di sekitarnya

I. Parameter dan Satuan dalam Kemagnetan- Fluks Magnet (θ) : banyak garis gaya

magnet dengan satuan Weber. 1 Weber (MKS) = 108 Maxwell (CGS).

- Kerapatan flux (flux density) (B) = banyaknya garis gaya magnet per satuan luas. Satuannya Tesla (T) atau Gauss (G)

- Pada lilitan berarus dikenal parameter magneto motive force (F). Satuannya Ampere lilit / Ampere turn

- Kuat medan (magnetizing force) (H). Satuannya adalah Ampere turn/meter

• Hubungan antara B dengan H dinyatakan dengan persamaan:

B = μ. H

μ = μr . μo

sehingga:

B = μr . μo.H

dimana : μ = permeabilitas bahan

μr = permeabilitas relatif

μo = permeabilitas absolut = 4π.10-7 H/m

• Nilai yang diekspresikan oleh (μr)-1 disebeu sebagai magnetisasi per unit dari intensitas medan magnet atau susceptibilitas magnetisasi.

• Besarnya μ untuk bahan ferromagnetik tidaklah konstan. Hal tersebut dapat dijelaskan melalui ilustrasi berikut.

• Jika arus I dialirkan ke inti kumparan secara bertahap dimulai dengan nol maka medan magnet dan kerapatan fluks akan bertambah.

• Pertambahan keduanya adalah sepanjang garis OP.

• Kurva OP mula-mula naik dengan tajam, kemudian setelah mencapai tahapan tertentu kurvanya menjadi mendatar. Hal tersebut karena B telah mencapai kondisi saturasi (kejenuhan).

• Hasil bagi antara B dengan H adalah harga yang besarnya tidak konstan.

• Setelah titik OP tercapai, kemudian arus (I) ditutunkan secara bertahap, maka diperoleh kurva PQ.

• Pada kurva PQ, saat arus sama dengan nol, masih terdapat sisa kemagnetan (Br).

• Selanjutnya bila arah arus dibalik dengan cara sebelumnya, besar H akan bertambah sehingga B menjadi nol di titik R sehingga diperoleh Hc yang disebut gaya Koesip (Coersive Force).

• Selanjutnya Prosedur tersebut diulang sehingga didapatkan kurva tertutup PQRSCTP yang disebut Jerat Histerisis Magnetik.

• Luas dari jerat tersebut sebanding volume material yang dimagnetisasi.

• Kalau inti tersebut diberi arus bolak-balik maka akan menimbulkan eddy current/arus pusar/arus facoult.

II. Pengaruh Permeabilitas Bahan

• Berdasarkan pengaruh permeabilitas, bahan digolongkan menjadi 5 yaitu:

1. Diamagnetik

2. Paramagnetik

3. Ferromagnetik

4. Ferrimagnetik

5. Anti Ferromagnetik

1. Diamagnetik

• Sulit menyalurkan garis gaya magnet (ggm)

• Permeabilitasnya sedikit lebih kecil dari 1

• Tidak mempunyai dwikutub yang permanen

• Contoh: Bi, Cu, Au, Al2O3, NiSO4

2. Paramagnetik• Dapat menyalurkan ggm• Dwikutubnya arahnya random

• Contohnya: Al, Pb, Fe2SO4, Mo, W, Ta, Pt, Ag

3. Ferromagnetik• Mudah menyalurkan ggm• Permebialitas jauh lebih besar dari 1• Contohnya: Fe, Co, Ni, Gd, Dy• Resistivitasnya rendah• Banyak dipakai pada peralatan yang

berfrekuensi rendah.

4. Ferrimagnetik- Resistivitasnya lebih tinggi dibanding

ferromagnetik- Arus Eddy kecil- Contoh: MO (M adalah logam bervalensi 2 yaitu

Mn, Mg, Ni, Cu, Co, Zn, Cd), Fe2O3- Dipakai pada peralatan berferekuensi tinggi 5. Anti Ferromagnetik- Mempunyai susceptibilitas positif yang kecil

pada segala suhu.- Perubahan susceptibilitas karena suhu adalah

keadaan yang sangat khusus.- Susunan dwikutubnya sejajar tetapi berlawanan

arah.

• Bahan ferromagnetik dibagi menjadi 2:- Bahan yang mudh dijadikan magnet.

Disebut sebagai bahan magnetik lunak. Digunakan dalam inti transformator, inti motor/generator, rele, peralatan sonar dan radar.

- Bahan ferromagnetik yang sulit dijadikan magnet akan tetapi setelah jadi magnet tidak mudah kembali ke kondisi semula. Disebut sebagai bahan magnetik keras. Bahan ini digunakan untuk pabrikasi magnet permanen.

C. Baja Listrik

- Untuk mengubah bahan magnetik lunak menjadi baja listrik, agar rugi histerisis dan arus pusarnya turun maka ditambahkan silikon. Penambahan silikon akan mengakibatkan pertambahan resisitivitas. Namun penambahan ini berakibat pada bahan menjadi rapuh.

- Laminasi untuk trafo mengandung 4 % Si, jangkar motor listrik 1 – 2 % Si.

D. Bahan Magnetik Lain• Yang banyak digunakan adalah paduan besi

nikel.• Paduan yang terdiri dari besi nikel dengan

tambahan molibdenum, chromium, atau tembaga disebut permalloy.

• Permalloy terbagi atas permalloy nikel rendah dan tinggi. Permalloy rendah nikel memiliki permeabilitas yang lebih rendah pula.

• Permalloy nikel tinggi mempunyai permeabilitas 800.000, daya koersip redah 0,32 – 0,4 ampere lilit/m

• Alsifier terdiri atas 9,5 % Si, 5,6 % Al, 84,9 % Fe. Permeabilitas 10.000 s/d 35.000, daya koersip 1,59 amper liilit/m, resistivitas 0,81 ohm mm2/m. bahan ini mudah dibuat bubuk untuk dijadikan magnetodielektrik pada kapasitor.

• Camoloy adalah bahan magnetik lunak yang terdiri atas: 66,5 % Ni, 30 % C, 3,5 % Fe. Titik Curie rendah. Bahan akan kehilangan sifat ferromagnetnya pada suhu 100o C.

• Ferrit adalah bahan yang banyak diguanakan untuk peralatan berfrekuensi tinggi. Bahan ini dalah kompon keramik dari ferrioksida dengan NiO dan ZnO.

• Ferrit adalah semikonduktor dengan resitivitas antara 102 – 107 ohm cm. Karena resitivitas tinggi tersebut maka penggunaannya pada frekuensi tinggi tepat karena rugi daya yang dihasilkan oleh arus pusar menjadi kecil.

• Ferit dengan jerat histerisis persegi banyak digunakan pada komputer sebagai perangkat memori atau komponen operasi logik, sebagai alat switching dan penyimpan informasi.

E. Bahan Magnet Permanen- Magnet permanen banyak digunakan pada

instrumen penginderaan, rele, mesin-mesin listrik.

- Baja karbon yang terdiri atas 0,4 s/d 1,7 % karbon merupakan bahan dasar pembuatan magnet permanen.

- Karena bahn ini mudah menurun karena pukulan atau vibrasi maka ditambah wolfram, kromium atau kobal.

- Contohnya: Alni (aluminium, nikel, besi), bila alni ditambah silikon jadi Alnisi, Alni ditambah cobalt jadi alnico, vectolit ( besi, kobal diosida), ferroxdure/barium ferrit (besioksida dan barium)