Bahan Magnetikoleh:

Ichwan Yelfianhar(dirangkum dari berbagai sumber)

Historis MagnetGejala kemagnetan merupakan cikal bakal berkembangnya pengetahuantentang kelistrikan. Ditemukan sejak 2000 tahun yang lalu di Yunani padasejenis batuan yang dinamakan magnetit di kota magnesia.Awal abad ke 12, magnet mulai digunakan sebagai kompas karena sifatnyayang selalu menunjuk arah utara dan selatan bumi. Sifat kutub magnet mulaidiselidiki 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 besimetalik. Namun, ternyata bahwa unsur lainpunmenampilkan sifat magnetik; selain itu, bukanlogam pun dapat memiliki sifat magnet. Dalamteknologi modern kini digunakan magnet logamdan keramik. Selain itu dimanfaatkan pula unsurlain untuk meningkatkan kemampuan magnetsehingga memenuhi persyaratan.

Gejala Kemagnetan Pada AtomTiap elektron atom akan memiliki momen magnetikpm, yang disebut spin elektron oleh ahli fisika.Momen magnetik disebut magneton Bohr, dan samadengan 9,27x10‐27 A.m2. Elektron biasanyaberpasangan dalam orbit dan membentuk spin atasdan bawah. Jadi, efek luar dari momen tersebut tidakada. Atom akan bersifat magnet bila adaketidakseimbangan dalam spin elektron. Akhirnya,diketahui bahwa hanya beberapa elektron memiliki spinelektron yang tidak seimbang, dan d engan demikianmemiliki momen magnetik.

Spin Magnet Atom Bahan Tertentu

Elemen yang memenuhi persyaratan adalah unsurtransisi dengan kulit subvalensi yang tidak terisi,seperti yang diperlihatkan gambar berikut:

Gambar bahan dengan spin magnet tak seimbang

Komposisi Bahan Magnetik1. Magnet alam (dahulu disebut batu magnet)Magnet alam adalah mineral, Fe3O4dalam fasa keramikalamiah dengan ion O2‐ dalam kisi kps. Ion besi beradadalam lokasi intertisial rangkap 4 dan rangkap 6. Secaralebih terinci dapat dilihat ion Fe2+ berada pada lokasirangkap 6, sedangkan ion Fe3+ terbagi rata padarangkap 6 dan rangkap 4. Struktur ini termasuk jenisstruktur NiFe2O4 yang disebut spinnel. Sel satuan inibersifat magnetik karena momen magnet ion padalokasi rangkap 6 sama arahnya dan yang berada padalokasi rangkap 4 berlawanan arah.

Komposisi Bahan Magnetik2. Magnet logamBesi kpr merupakan bahan magnet logam yang seringdijumpai. Bahan logam lain yang memilikipermeabulitas maksimum yang sangat tinggi, (maks)adalah permalloy, dan medan oersif (‐Hc) yang tinggiadalah Alnico V.3. Magnet Keramik.Magnet keramik seperti, ferit terdiri dari senyawa ionik.Jadi besi berbentuk Fe2+ atau Fe3+. Ion feros kehilangandua elektron, yaitu dua elektron 4s dan satu elektron3d, jadi tersisa lima elektron yang tidak berpasangan.Contoh: BeFe12+O19

Kutub Magnet & Garis Gaya MagnetGambar 1.

US USS U

Gambar 2.

S US U S U

C

Fluks magnetikFluks magnetik adalah jumlah medan magnetik ( garis gayamagnet ) yang dihasilkan sumber magnetik, dilambangkandengan Ф (phi). Satuan fluks magnetikweber ( Wb ).Kerapatan fluks magnet adalah jumlah total fluks yangmenembus 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 (MagnetomotiveForce / mmf)Mmf merupakan penyebab munculnya fluks magnetik padarangkaian elektromagnetik, dirumuskan:

Dengan: N= jumlah belitan (turn)I = arus (amper / A)

Sehingga jika terdapat belitan sepanjang l maka kekuatanmagnet yang dihasilkan adalah:

Dengan: H = Kuat medan magnetl = panjang fluks / panjang belitan

Permeabilitas Magnet

Permeabilitas magnet merupakan konstanta pembanding antararapat fluks (B) dengan kuat medan (H) yang dihasilkan magnet.Untuk udara dan bahan non magnetik, permeabilitasdinyatakan sebagai permeabilitas ruang kosong(μ0 = 4.10‐7H/m), sehingga:

Untuk bahan lain maka permeabilitasnya sebanding denganpermeabilitas ruang kosong dikalikan permeabilitas relatif bahan(μr ). Sehingga diperoleh:

Permeabilitas Magnet

Permeabilitas relatif didefinisikan sebagai: 

Sehingga pada ruang hampa, μr = 1 dan μr . μo = μ dinamakan permeabilitas absolut.Dengan konstanta permeabilitas makakarakteristik kemagnetan suatu bahan dapatdigambarkan dalam kurva perbandingan B – H.

vakumpadafluksrapatbahanpadafluksrapat

r

Permeabilitas MagnetKurva perbandingan B‐H dari berbagai bahan:

Suseptibilitas Magnet

Hubungan Suseptibilitas denganPermeabilitas

Magnetisasi M sebagai fungsi darikuat 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 hambatanmagnetik dari suatu rangkaian magnetikterhadap fluks magnet. Dirumuskan:

Satuan reluktansi 1/H atau H‐1 atau A/WbUntuk rangkaian magnet seri maka reluktansitotal 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

U S+

F

BF = B . I . L

F = Gaya (Force)B = Kerapatan garis gaya (Fluks)I = Besar arusL = Panjang penghantar

PT PLN (Persero) Udiklat Pandaan

KONSTRUKSI MOTOR LISTRIK

1

4 56

7

1. Body Motor2. Kumparan stator3. Rotor4. Tutup terminal

2 3

8

5. Baut terminal klem6. Lubang gantungan7. Poros8. Kaki motor

PT PLN (Persero) Udiklat Pandaan

PRINSIP DASAR GENERATORGAYA GERAK LISTRIK

Apabila sebuah konduktor digerakkan tegak lurusSejauh (ds) memotong suatu medan magnit denganKerapatan fluks maka perubahan fluks padaKonduktor dengan panjang efektif ialah :

do = Bds e = dodt

e = dsdt

dsdt = v

Maka : e = Bv

KONSTRUKSI GENERATOR

KOTAKTERMINAL

BODYGENERATOR

KUMPARANSTATOR

KUMPARAN ROTOR

U S

SumberDC

EXCITER