241304460 Persamaan Magnetik Pada Bahan

7/21/2019 241304460 Persamaan Magnetik Pada Bahan

http://slidepdf.com/reader/full/241304460-persamaan-magnetik-pada-bahan 1/8

PERSAMAAN MAGNETIK PADA BAHAN

(disusun guna memenuhi tugas Mata Kuliah Pengantar Fiska Zat Padat)

Oleh :

1. Ulya Zakiya 080210192020

2. Zuhriyati 090210102002

3. Arlik Sarinda 090210102024

4. Fajar Lailatul 090210102038

5. Nur Azizah 090210102058

6. Agusta Ayudya 090210102070

7. Taufiq Anshori 090210102074

8. Rica Ayu B. 090210102081

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN MIPA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS JEMBER

2012

Persamaan Magnetik di dalam bahan

Bahan Magnetik adalah bahan yang dapat ditarik oleh magnet. Berdasarkan perilaku

molekulnya di dalam medan magnetik luar, bahan terdiri atas tiga kategori, yaitu

paramagnetik, diamagnetik, dan feromagnetik.

Sebagian besar mineral di alam bersifat

diamagnetik atau paramagnetik. Namun, ada beberapa mineral yang bersifat feromagnetik.

Mineral-mineral ini yang umumnya tergolong dalam oksida besi- titanium, sulfide besi dan

hidrooksida besi yang disebut sebagai mineral magnetik. Dari segi kuantitas keberadaan

mineral- mineral ini sangat kecil.

Tabel 1.1 Sifat magnetik dari sejumlah mineral magnetik

Suseptibilitas magnetik adalah ukuran dasar bagaimana sifat kemagnetan suatu bahan

yang merupakan sifat magnet bahan yang ditunjukkan dengan adanya respon terhadap

induksi medan magnet yang merupakan rasio antara magnetisasi 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)

Ada tiga kelompok bahan menurut nilai suseptibilitas magnetnya:

1. χm < 0 : bahan diamagnetik

2. χm > 0 , namum χm << 1 : bahan paramagnetik

3. χm > 0 , dan χm >> 1 : bahan ferromagnetic

Gambar 1.1 Grafik magnetisasi bahan



1. Paramagnetik

Bahan paramagnetik adalah bahan - bahan yang memiliki suseptibilitas

magnetik χ m yang positif dan sangat kecil. Paramagnetik muncul dalam bahan yang atom -

atomnya memiliki momen magnetik permanen yang berinteraksi satu sama lain secara sangat

lemah. Apabila tidak terdapat Medan magnetik luar, momen magnetik ini akan berorientasiacak. Dengan daya Medan magnetik luar, momen magnetik ini arahnya cenderung sejajar

dengan medannya, tetapi ini dilawan oleh kecenderungan momen untuk berorientasi acak

akibat gerakan termalnya. Perbandingan momen yang menyearahkan dengan medan ini

bergantung pada kekuatan medan dan pada temperaturnya. Pada medan magnetik luar yang

kuat pada temperatur yang sangat rendah, hampir seluruh momen akan disearahkan dengan

medannya.

Dalam keadaan ini kontribusi pada medan magnetik total akibat bahan ini sangat

besar, seperti yang diperlihatkan dalam taksiran numerik. Akan tetapi, sekalipun dengan

medan magnetik terkuat yang dapat diperoleh di laboratorium, temperatur haruslah serendah

beberapa Kelvin untuk memperoleh derajat penyearahan yang tinggi.

Gambar 1.2 Arah orientasi momen dipol magnet bahan

(a). Tanpa medan magnet luar

(b). Dengan magnet luar.

Karakteristik dari bahan yang bersifat paramagnetik adalah memiliki momen

magnetik permanen yang akan cenderung menyearahkan diri sejajar dengan arah medan

magnet dan harga suseptibilitas magnetiknya berbanding terbalik dengan suhu T. Variasi dari

nilai susceptibilitas magnetik yang berbanding terbalik dengan suhu T adalah merupakan

hukum Curie.

(1.1)

(1.2)

(1.3)

Persamaan di atas adalah merupakan persamaan hukum Curie dimana T adalah suhu

pengamatan, µB adalah bilangan Bohr Magneton, N adalah jumlah atom bahan, k B adalah

konstanta Boltzman, C adalah tetapan Curie, P adalah bilangan Bohr Magneton efektif, dan g

adalah faktor Lande.

(1.4)

(1.5)

Sifat dari bahan dapat diketahui dengan mengetahui kandungan mineral magnetik

pada bahan tersebut. Kandungan mineral magnetik ini dapat diketahui dengan serangkaian

penelitian, salah satunya adalah dengan mengukur temperatur curie dari bahan tersebut.

Batuan merupakan bahan yang komplek, tersusun dari lebih satu mineral magnetik. Dengan

pengukuran temperatur curie, dapat menentukan mineral magnetik yang terkandung dalam

batuan.

Suhu Curie adalah suhu yang memisahkan antara ferromagnetik dengan non

ferromagnetic (paramagnetik).

Sebuah bahan yang paramagnetik bisa berlaku sebagai ferromagnetik apabila suh

unya diturunkan sampai dengan suhu tertentu (suhu Curie).



Sebuah bahan yang paramagnetik bisa berlaku sebagai anti ferromagnetik apabil

a suhunya dinaikan sampai dengan suhu tertentu (suhu Weiss).

2. Diamagnetik

Bahan diamagnetik merupakan bahan yang memiliki nilai suseptibilitas magnetik Xm

negatif dan sangat kecil. Sifat diamagnet ditemukan oleh Faraday pada tahun 1846 ketika iamengetahui bahwa sekeping bismuth ditolak oleh kedua kutub magnet, yang memperlihatkan

bahwa medan luar dari magnet tersebut menginduksikan suatu momen magnetik pada

bismuth dalam arah yang berlawanan dengan medan tersebut. Kita dapat memahami

pengaruh ini secara kualitatif dengan menggunakan hukum Lenz.

Gambar 2.1 beberapa bahan diamagnetic ( memperlemah medan magnet )

Atom dengan struktur elektron kulit tertutup memiliki momentum sudut total sama

dengan nol dan dengan demikian tidak ada momen magnetik permanen totalnya. Bahan-

bahan yang memiliki atom yang demikian-bismut, misalnya-merupakan bahan diamagnetik.

Sebagaimana yang akan kita lihat kemudian, momen magnetik induksi yang menyebabkan

diamagnetisme memiliki besar orde 10-5 magneton Bohr. Karena nilai ini jauh lebih rendah

daripada momen magnetik permanen atom-atom bahan paramagnetik dan feromagnetik, yang

tidak memiliki struktur kulit tertutup, pengaruh diamagnetik pada atom-atom ditutupi oleh

penyearahan momen magnetik permanen. Akan tetapi, karena penyebarisan ini menurun

terhadap temperatur, semua bahan secara teoritis bersifat diamgnetik pada temperatur yang

cukup tinggi.

Superkonduktor merupakan diamagnetik yang sempurna, artinya superkonduktor ini

memiliki suseptibilitas magnetik -1. apabila superkonduktor ini ditempatkan dalam medan

magnetik luar, arus listrik akan diinduksikan pada permukaannnya sehingga medan magnetik

total dalam superkonduktor tersebut menjadi nol. Perhatikan batang superkonduktor di dalam

solenoida dengan n lilitan per panjang satuan. Apabila solenoidanya dihubungkan dengan

sumber ggl sehingga menyalurkan arus I, medan magnetik akibat solenoidanya akan sama

dengan. Arus permukaan sebesar – nI per panjang satuan yang diinduksikan pada batang

superkonduktor akan meniadakan medan akibat solenoida sehingga medan total di dalam

superkonduktor sama dengan nol.

Persamaan Langevin Diamagnetik

Pada elektromagnetik, kita telah mengenal Hukum lenz : Saat fluks magnetic

pada rangkaian listrik berubah, arus imbas induksi akan muncul dalam arah

sedemikian rupa sehingga arah tersebut menentang perubahan yang menghasilkannya.

Pada superkonduktor atau pada orbit elektron dalam atom, arus induksi sepanjang

medannya ada. Medan magnet arus induksi berlawanan arah dengan medan magnet luar

dan momen medan magnet yang dihubungkan dengan arus adalah momen diamagnetik.

Pada logam normal ada kontribusi diamagnetik dari konduksi elektron dan diamagnetisnya

tidak dirusak oleh benturan elektron.

Perlakuan diamagnetik adalah dengan menggunakan Teorema Larmor, yaitu :

Dalam sebuah medan magnet, gerak elektron di sekitar



inti adalah sama dengan gerak tanpa medan magnet, kecuali untuk superposisi dari

sebuah presisi elektron dengan frekuensi sudut :

Bila arus listrik akibat gerak presisi dari

Z buah elektron adalah ekivalen dengan

arus listrik (I). Dimana dalam satuan SI,

arus adalah:

Momen magnet ( µ ) pada rangkaian tertutup adalah:

dimana luas loop yang berjari-jari ρ adalah πρ2. Sehingga persamaan momen

magnetiknya adalah:Harga suseptibilitas adalah sebagai berikut:

Suseptibilitas per satuan volume untuk N = jumlah atom per satuan volume

dan M= jumlah momen dipol per volume adalah:

Bila diplot ke grafik hubungan χ (suseptibilitas) dengan T (suhu) diperoleh

grafik seperti dibawah ini :

2. Feromagnetik

Bahan feromagnetisme merupakan bahan yang memiliki nilai suseptibilitas magnetik

Xm positif, yang sangat tinggi. Feromagnetisme muncul pada besi murni, kobalt, dan nikel

serta paduan dari logam-logam ini. Sifat ini juga dimiliki oleh gadolinium, disprosium, dan

beberapa senyawa lain. Dalam bahan-bahan ini sejumlah kecil medan magnetik luar dapat

menyebabkan derajat penyearahan yang tinggi pada momen dipol magnetik atomnya. Dalam

beberapa kasus, penyearahan ini dapat bertahan sekalipun medan pemagnetannya telah

hilang. Ini terjadi karena momen dipol magnetik atom dari bahan-bahan ini mengerahkan

gaya-gaya yang kuat pada atom tetangganya sehingga dalam daerah ruang yang sempit,

momen ini disearahkan satu sama lain sekalipun medan luarnya tidak ada lagi. Daerah ruang

tempat momen dipol megnetik disearahkan ini disebut daerah magnetik. Ukuran suatu ranah

biasanya bersifat mikroskopik. Dalam daerah ini, semua momen magnetik disearahkan, tetapi

arah penyearahannya beragam dari daerah ke daerah sehingga momen magnetik total dari

kepingan mikroskopik bahan feromagnetik ini adalah nol dalam keadaan normal.

Apabila medan magnetik luar dikerahkan, batas-batas daerah tersebut dapat bergeser

atau arah penyearahan dalam suatu daerah dapat berubah sehingga terdapat momen magnetik

mikroskopik total dalam arah medan yang dikerahkan tersebut. Karena derajat penyearahan

itu terlalu besar bahkan untuk medan luar yang lemah, medan magnetik yang dihasilkan

dalam bahan ersebut oleh dipol-dipol seringkali jauh lebih besar daripada medan luarnya.

Ferromagnetik memiliki elektron tidak berpasangan sehingga atom mereka memiliki

momen magnet bersih. Mereka mendapatkan magnet yang kuat sifat mereka karena

keberadaan domain magnetik. Dalam domain ini, sejumlah besar di saat-saat atom adalah

sejajar paralel sehingga gaya magnet dalam domain yang kuat. Ketika bahan feromagnetik

dalam keadaan unmagnitized, wilayah hampir secara acak terorganisir dan medan magnet

bersih untuk bagian yang secara keseluruhan adalah nol. Ketika kekuatan magnetizing

diberikan, domain menjadi selaras untuk menghasilkan medan magnet yang kuat dalam

bagian. Komponen dengan materi-materi ini biasanya diperiksa dengan menggunakan metode

magnetik partikel.



Contoh bahan feromagnetik yaitu :

- Besi

- Nikel

- Kobalt

Gambar 3.1 Bahan Unmagnetized

Gambar 3.2 Bahan Magnetik

Dalam bahan ini sejumlah kecil medan magnetik luar dapat menyebabkan derajat

penyearahan yang tinggi pada momen dipol magnetik atomnya. Dalam beberapa kasus,

penyearahan ini dapat bertahan sekalipun Medan pemagnetannnya telah hilang. Ini terjadi

karena momen dipol magnetik atom dari bahan- bahan feromagnetik ini mengerahkan gaya-

gaya yang kuat pada atom tetangganya sehingga dalam daerah ruang yang sempit momen ini

disearahkan satu sama lain sekalipun medan luarnya tidak ada lagi. Daerah ruang tempat

momen dipol magnetik disearahkan ini disebut daerah magnetik. Dalam daerah ini, semua

momen magnetik disearahkan, tetapi arah penyearahannya beragam dari daerah ke daerah

sehingga momen magnetik total dari kepingan mikroskopik bahan feromagnetik ini adalah

nol dalam keadaan normal (Tipler, 2001).

Gambar 3.3 Susunan teratur dari spin-spin electron Feromagnetik sederhana

Teori feromagnetik pertama kali dikemukakan oleh Pierre Weiss, yang berkhusus

pada hipotesis berikut :

Suatu sampel bahan feromagnetik berisi sejumlah daerah kecil yang disebut

ranah (domain), yang termagnetisasi secara spontan. Besar magnetisasi spontan sampel bahan

itu secara keseluruhan ditentukan oleh jumlah vector dari momen-momen magnetic domain.

Magnetisasi masing-masing domain disebabkan oleh adanya perputaran, BE

yang cenderung menghasilkan sususan dipole-dipole atomic yang sejajar. Medan pertukaran

BE dianggap sebanding dengan magnetisasi M masing-masing domain.

BE=λ M

Table 3.1 Sifat magnetik Bahan Ferromagnetik

Mengingat fase paramagnetik: medan diterapkan B, akan menyebabkan magnetisasi

yang terbatas dan akan menyebabkan medan pertukaran terbatas BE. Jika xP adalah

suseptibilitas paramagnetik

Magnetisasi sama dengan supseptibilitas konstan medan hanya jika keselarasan

pecahan kecil: ini adalah di mana asumsi yang masuk contoh adalah dalam fase

paramagnetik.

Supseptibilitas paramagnetik diberikan oleh hukum curie dimana C adalah

konstanta curie .substitusikan persamaan 1 ke dalam persamaan 2,kita dapat temukan



Supseptibilitas (3) memiliki kesingularan . Pada suhu ini terdapat magnetisasi

spontan, karena jika χ adalah tak terbatas kami dapat memiliki hingga untuk M nol B,. Dari

(3) kita memiliki hukum Curie-Weiss

S IFAT KEMAGNETAN BAHAN

Ketika materi ditempatkan dalam medan magnet, kekuatan magnetik dari bahan yang elektron

tersebut akan terpengaruh. Efek ini dikenal sebagai Hukum Faraday Induksi Magnetik. Namun,

bahan dapat bereaksi sangat berbeda dengan kehadiran medan magnet luar. Reaksi ini tergantung

pada sejumlah faktor, seperti struktur atom dan molekul material, dan medan magnet bersih

terkait dengan atom. Momen magnetik berhubungan dengan atom memiliki tiga asal-usul. Ini adalah

gerakan orbital elektron, perubahan dalam gerak orbit yang disebabkan oleh medan magnet luar,

dan spin dari elektron.

Pada sebagian besar atom, elektron terjadi pada pasangan. Spin elektron dalam pasangan di arah

yang berlawanan. Jadi, ketika elektron dipasangkan bersama-sama, mereka berputar berlawanan

menyebabkan medan magnet mereka untuk membatalkan satu sama lain. Oleh karena itu, tidak

ada medan magnet bersih. Bergantian, bahan dengan beberapa elektron berpasangan akan memiliki

medan magnet bersih dan akan bereaksi lebih untuk bidang eksternal.Kebanyakan bahan dapat

diklasifikasikan sebagai diamagnetic, atau feromagnetik paramagnetik.

Berdasarkan sifat medan magnet atomis, bahan dibagi menjadi tiga golongan, yaitu diamagnetik,

paramagnetik dan ferromagnetik.Berikut akan djelaskan tentang ketiga sifat dari kemagnetan.

a. Diamagnetik.

Bahan diamagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis masing-masing atom

atau molekulnya nol, tetapi orbit dan spinnya tidak nol (Halliday & Resnick, 1989). Bahan

diamagnetik tidak mempunyai momen dipol magnet permanen. Jika bahan diamagnetik diberi

medan magnet luar, maka elektron-elektron dalam atom akan berubah gerakannya sedemikian

hingga menghasilkan resultan medan magnet atomis yang arahnya berlawanan.

Sifat diamagnetik bahan ditimbulkan oleh gerak orbital elektron sehingga semua bahan

bersifat diamagnetik karena atomnya mempunyai elektron orbital. Bahan dapat bersifat magnetapabila susunan atom dalam bahan tersebut mempunyai spin elektron yang tidak berpasangan.

Dalam bahan diamagnetik hampir semua spin elektron berpasangan, akibatnya bahan ini tidak

menarik garis gaya. Permeabilitas bahan diamagnetik adalah 0μμ<>mχ. Contoh bahan d iamagnetik

yaitu: bismut, perak, emas, tembaga dan seng.

Bahan diagmanetik memiliki negatif, kerentanan lemah untuk medan magnet. bahan

Diamagnetic sedikit ditolak oleh medan magnet dan materi tidak mempertahankan sifat magnetik

ketika bidang eksternal dihapus. Dalam bahan diamagnetic semua elektron dipasangkan sehingga

tidak ada magnet permanen saat bersih per atom. sifat Diamagnetic timbul dari penataan kembali

dari orbit elektron di bawah pengaruh medan magnet luar. Sebagian besar unsur dalam tabelperiodik, termasuk tembaga, perak, dan emas, adalah diamagnetic.

http://bublepop-purple.blogspot.com/2010/12/sifat-kemagnetan-bahan.html

http://bublepop-purple.blogspot.com/2010/12/sifat-kemagnetan-bahan.html



Diamagnetisme adalah sifat suatu benda untuk menciptakan suatu medan magnet ketika

dikenai medan magnet .Sifat ini menyebabkan efek tolak menolak. Diamagnetik adalah salah satu

bentuk magnet yang cukup lemah, dengan pengecualiansuperkonduktor yang memiliki kekuatan

magnet yang kuat.

Semua material menunjukkan peristiwa diamagnetik ketika berada dalam medan magnet.

Oleh karena itu, diamagnetik adalah peristiwa yang umum terjadi karena pasangan

elektron , termasuk elektron inti di atom, selalu menghasilkan peristiwa diamagnetik yang lemah.

Namun demikian, kekuatan magnet material diamagnetik jauh lebih lemah dibandingkan kekuatan

magnet material feromagnetikataupun paramagnetik . Material yang disebut diamagnetik umumnya

berupa benda yang disebut 'non-magnetik', termasuk di antaranya air, kayu , senyawa

organik seperti minyak bumi dan beberapa jenis plastik, serta beberapa logam seperti tembaga,

merkuri ,emas dan bismut.Superkonduktor adalah contoh diamagnetik sempurna.

Ciri-ciri dari bahan diamagnetic adalah:

• Bahan yang resultan medan magnet atomis masing-masing atom/molekulnya adalah nol.

• Jika solenoida dirnasukkan bahan ini, induksi magnetik yang timbul lebih kecil.

• Permeabilitas bahan ini: u <> o.

Contoh: Bismuth, tembaga, emas, perak, seng, garam dapur.

b. Paramagnetik.

Bahan paramagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis masing-masing

atom/molekulnya tidak nol, tetapi resultan medan magnet atomis total seluruh atom/molekul

dalam bahan nol (Halliday & Resnick, 1989). Hal ini disebabkan karena gerakan atom/molekul acak,sehingga resultan medan magnet atomis masing-masing atom saling meniadakan. Bahan ini jika

diberi medan magnet luar, maka elektron-elektronnya akan berusaha sedemikian rupa sehingga

resultan medan magnet atomisnya searah dengan medan magnet luar. Sifat paramagnetik

ditimbulkan oleh momen magnetik spin yang menjadi terarah oleh medan magnet luar. Pada bahan

ini, efek diamagnetik (efek timbulnya medan magnet yang melawan medan magnet penyebabnya)

dapat timbul, tetapi pengaruhnya sangat kecil.

Permeabilitas bahan paramagnetik adalah 0μμ>, dan suseptibilitas magnetik bahannya

.0>mχ contoh bahan paramagnetik: alumunium, magnesium, wolfram dan sebagainya. Bahan

diamagnetik dan paramagnetik mempunyai sifat kemagnetan yang lemah. Perubahan medanmagnet dengan adanya bahan tersebut tidaklah besar apabila digunakan sebagai pengisi kumparan

toroida.

Bahan paramagnetik ada yang positif, kerentanan kecil untuk medan magnet.. Bahan-

bahan ini sedikit tertarik oleh medan magnet dan materi yang tidak mempertahankan sifat

magnetik ketika bidang eksternal dihapus. sifat paramagnetik adalah karena adanya beberapa

elektron tidak berpasangan, dan dari penataan kembali elektron orbit disebabkan oleh medan

magnet eksternal. bahan paramagnetik termasuk Magnesium, molybdenum, lithium, dan tantalum

Paramagnetisme adalah suatu bentuk magnetisme yang hanya terjadi karena adanya medan

magnet eksternal. Material paramagnetik tertarik oleh medan magnet, dan karenanya memiliki



permeabilitasmagnetis relatif lebih besar dari satu (atau, dengan kata lain, suseptibilitas

magnetik positif). Meskipun demikian, tidak seperti ferromagnet yang juga tertarik oleh medan

magnet, paramagnet tidak mempertahankan magnetismenya sewaktu medan magnet eksternal tak

lagi diterapkan.

Ciri-ciri dari bahan paramagnetic adalah:

• Bahan yang resultan medan magnet atomis masing-masing atom/molekulnya adalah tidak nol.

• Jika solenoida dimasuki bahan ini akan dihasilkan induksi magnetik yang lebih besar.

• Permeabilitas bahan: u > u o.

Contoh: aluminium, magnesium, wolfram, platina, kayu

DAFTAR PUSTAKA

Kittel, C. (1996). Introduction to Solid State, New York : Wiley.

http://translate.google.co.id/translate?hl=id&langpair=en|id&u=http://www.iue.tuwien.ac.at/p

hd/entner/node9.html

http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en|id&rurl=translate.goog

le.co.id&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_field&usg=ALkJrhhxN7qNlEWe9a1y-

Dhe2g-0ua2lew#Relation_between_H_and_B http://translate.google.co.id/translate?hl=id&langpair=en|id&u=http://www.cognitivetech.co.i

n/%3Fpage_id%3D275

http://journal.fmipa.itb.ac.id/jms/article/viewFile/139/136

http://isjd.pdii.lipi.go.id/admin/jurnal/101052125.pdf

http://dc400.4shared.com/doc/wiTXCnyg/preview.html

http://repository.upi.edu/operator/upload/s_fis_0608504_chapter2.pdf

241304460 Persamaan Magnetik Pada Bahan

Documents

Transcript of 241304460 Persamaan Magnetik Pada Bahan