Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

46
Agam Surya R. 31601 300 722 Disusun oleh: PROGAM TEKNIK INDUSTRI ( A ) UNIVERSITAS ISLAM SULTAN AGUNG S E M A R A N G Sifat Magnetik

Transcript of Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

Page 1: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

Agam Surya R. 31601 300 722Disusun oleh:

PROGAM TEKNIK INDUSTRI ( A )UNIVERSITAS ISLAM SULTAN AGUNG

S E M A R A N G

Sifat Magnetik

Page 2: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

SIFAT MAGNETIK

Photomicrographs dari satu besi kristal, menunjukkan domain magnetik dan perubahan dalam bentuk sebagai medan magnet(H) yang diterapkan. Arah magnetisasi dari setiap domain ini ditunjukkan dengan panah. Domain tersebut yang menguntungkan berorientasi dengan medan listrik tumbuh mengorbankan yang domain yang berorientasi dengan tidak baik. (Photomicrographs courtesy of General Electric Research Laboratory/ photo mikro hak milik laboratorium penelitian listrik.)

Suatu pemahaman mekanisme yang menjelaskan sifat magnetis yang permanen pada beberapa material boleh mengijinkan kami untuk mengubah dan dalam beberapa hal kekayaan magnetis . Sebagai contoh, di Contoh Disain 20.1 kita bisa mencatat bagaimana sifat magnetis suatu material ceramic , mungkin telah meningkat dengan mengubah komposisi nya.

Sifat Magnetik

Page 3: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

Sasaran belajar :

Setelah belajar dari bab ini di harapkan bisa melakukan hal berikut

•Menenentukan magnetisasi beberapa material yang diberi tekanan magnetik dan yang diterapkan pada intensitas medan magnet.•Mencatat pandangan dari sebuah reaksi elektronik dan menjelaskan kedua sumber momen magnetis yang berada di dalam sebuah material.•Dengan singkat menjelaskan sumber alami dan sumber : ( a) diamagnetisme, ( b) paramagnetism, dan ( c) feromagnetisme• Dari segi struktur kristal, mampu menjelaskan sumber dari ferrimagnetisme untuk magnet ferit berbentuk kubik.• (a) Menjelaskan histeresis magnetik, (b) menjelaskan mengapa bahan ferromagnetic dan ferrimagnetik mengalami histeresis magnetik, dan (c) menjelaskan mengapa bahan-bahan ini bisa menjadi magnet permanen.•Mencatat kakateristik magnetis yang membedakan kedua bahan magnet yang keras dan lembut•Menguraikan peristiwa tentang daya konduksi hebat.

Page 4: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

20.1 PENGENALAN

Kemagnetan, peristiwa dimana material menyatakan suatu yang menolak atau menarik , memaksa atau mempengaruhi pada material lain, telah dikenal selama beribu-ribu tahun. Bagaimanapun, yang mendasari prinsip dan mekanisme itu menjelaskan tentang peristiwa yang magnetis adalah sulit dipisahkan dan bersifat kompleks, serta pemahaman mereka telah berlawanan dari ilmuwan sampai sekarang .

Banyak dari alat teknologi modern kita memanfaatkan kemagnetan dan bahan magnet; ini meliputi generator daya listrik dan trafo, motor elektrik, radio, televisi, telepon, komputer, dan komponen tentang sistem reproduksi suara dan video. Besi, beberapa baja, dan yang terkenal adalah terjadinya proses mineraal magnet secara alami contoh material yang memperlihatkan kekayaan magnetis sangat tidak dikenal secara umum, bagaimanapun juga, adalah tentang fakta bahwa semua unsur dipengaruhi untuk satu tingkat derajat atau oleh kehadiran lain suatu bidang magnetis . Bab ini menyediakan suatu uraian secara ringkas tentang asal mula dari sifat bidang magnetis dan mendiskusikan berbagai garis vektor medan magnet dan parameter magnetis; gejala diamagnetisme, paramagnetism, feromagnetisme, dan ferimagnetisme;

sebagian dari bahan magnet yang berbeda; dan peristiwa daya konduksi hebat ( superconductivity ).

Page 5: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

20.2 KONSEP DASAR

MAGNET DUA KUTUB ( MAGNETIC DIPOLES )Kekuatan magnet yang dihasilkan dengan memindahkan partikel bermuatan listrik , kekuatan

magnetik ini berada di atas gaya elektrostatik yang dapat berlaku. Sering kali akan lebih mudah untuk menganggap kekuatan magnet dalam bentuk bidang. Garis kekuatan imajiner yang bisa diambil sebagai indikasi arah gaya pada posisi di sekitarnya dari sumber medan . Distribusi medan magnetik yang ditunjukkan oleh garis-garis gaya ditampilkan sebagai satu lingkaran saat ini dan juga bar magnet pada Gambar 20.1.

Dua kutub magnetik ditemukan ada dalam bahan magnetik, yang, dalam beberapa hal,adalah seperti dipol( dua Kutub ) listrik. Dipol magnetik mungkin dianggap bar magnet kecil yang terdiri dari utara dan selatan kutub bukannya positif dan negatif. Dalam diskusi ini, dipol magnetik saat diwakili oleh anak panah, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 20.2. Dipol magnetik adalah dipengaruhi oleh medan magnet dengan cara yang mirip dengan cara bagaimana dipol listrik dipengaruhi oleh medan listrik (Gambar 18.30). Dalam medan magnet, kekuatan bidang itu sendiri memberikan sebuah torsi yang cenderung mengarahkan dipol dengan bidang. Sebuah contoh umum adalah cara bagaimana garis jarum kompas magnetik sampai dengan medan magnet bumi.

Page 6: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

medan gayakekuatan

medan gayakekuatan dalamkumparan-ketergantungan padajumlah putaran,saat ini diterapkan, danpanjang kumparan

induksi magnetik,fluks magnetikkepadatan

Vektor Medan Magnet

Sebelum membahas asal mula momen magnetik dalam bahan padat, kami akan menjelaskan sifat magnetik dari segi beberapa vektor medan. magnet eksternal diterapkan dalam bidang, terkadang disebut kekuatan medan magnet, yang ditunjuk oleh H. Jika medan magnet yang dihasilkan dengan menggunakan kumparan silinder (atau solenoid) yang terdiri N secara bergantian berdekatan, memiliki panjang l, dan membawa arus sebesar I, kemudian

Induksi magnetik, atau kepadatan fluks magnetik, dilambangkan dengan B, mewakilibesarnya kekuatan medan internal dalam suatu zat yang dikenai Bidang H. Satuan untuk B adalah teslas [atau Webers per meter persegi Kedua B dan H adalah vektor bidang, yang ditandai bukan saja oleh besarnya, tetapi juga oleharah di ruang angkasa.

Sebuah diagram skematik dari pengaturan tersebut ditunjukkan pada Gambar 20.3a. bidang magnetik yang dihasilkan oleh loop ( pengulangan ) arus dan magnet batang pada Gambar 20.1 adalah Bidang H. Satuan H adalah ampere-turns per meter, atau hanya ampere per meter.

Bab 20 /Sifat magnetik

Page 7: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

(a) H medan magnet seperti yang dihasilkan oleh kumparan silinder tergantung pada saya saat ini, jumlah putaran N, dan panjang kumparan l, menurut Persamaan 20.1. itu kerapatan fluks B0 magnetik dengan adanya ruang hampa adalah sama dengan μ0 H, di mana μ0 merupakan permeabilitas pada ruang hampa H / m. (b) magnet fluks kepadatan B dalam suatu padatan . Bahan adalah sama dengan μH dimana μ nilai permeabilitas material padat.(Diadaptasi dari AG Guy, Essentials of Material Science, McGraw-Hill Book Company, New York, 1976.) J

20.2 Konsep Dasar

Page 8: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

Kekuatan medan magnet dan kerapatan fluks yang berkaitan sesuai dengan :

Parameter ini μ disebut permeabilitas, yang merupakan milik khususmedia yang dilalui bidang H berakhir dan di mana B diukur, seperti yang digambarkanpada Gambar 20.3b. Permeabilitas ini memiliki dimensi Webers per ampere meter(Wb / A-m) atau henries per meter (H / m).

Dimana μ0 merupakan permeabilitas pada ruang hampa, konstanta universal, yang memiliki nilai Parameter B0 merupakan kerapatan fluks dalam suatu ruang hampa seperti yang ditunjukkan pada Gambar 20.3a. Beberapa parameter dapat digunakan untuk menggambarkan sifat magnetik benda padat. Salah satunya adalah rasio permeabilitas dalam material untuk permeabilitas di ruang hampa, atau

Dimana μr disebut permeabilitas relatif, yang merupakan satuan kurang. Permeabilitas ataupermeabilitas relatif dari material adalah ukuran sejauh mana materi dapat dimagnetisasi, atau kemudahan bagi bidang B dapat diinduksi eksternal bersamaan dengan medan H. Dengan adanya medan H, momen magnetik di dalam material cenderung menjadiseimbang dengan bidang dan menguatkan itu berdasarkan medan magnet nyayang m0m dalam jangkauan Persamaan 20.5 adalah ukuran kontribusi inKuantitas lain di lapangan, M, disebut magnetisasi dari padatan, ditunjukkan oleh ekspresi

Dengan adanya medan H, momen magnetik di dalam material cenderung menjadiseimbang dengan bidang dan menguatkan material berdasarkan medan magnet nyayang μ0 m dalam jangkauan Persamaan 20.5 adalah ukuran kontribusi

Page 9: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

Asal Moments MagneticSifat magnetik makroskopik bahan adalah konsekuensi dari magnetsaat berhubungan dengan elektron individu. Beberapa konsep ini relatifkompleks dan melibatkan beberapa prinsip mekanika kuantum di luar lingkup inidiskusi, mengakibatkan, penyederhanaan telah dibuat dan beberapa rinciandihilangkan. Setiap elektron dalam atom memiliki momen magnetik yang berasal dari duasumber. Salah satunya adalah terkait dengan gerak orbitnya di sekitar inti, yang bergerak di dalam

Gambar 20.4 Demonstrasi momen magnetik yang terkait dengan (a) elektron yang mengorbit dan (b) berputar elektron

membebankan, sebuah elektron dapat dianggap sebagai lingkaran arus yang kecil, menghasilkan sangatmedan magnet kecil, dan memiliki momen magnetik sepanjang sumbu rotasi, sepertiskematis diilustrasikan pada Gambar 20.4a.Setiap elektron juga dapat dianggap berputar sekitar sebuah sumbu, yang lainmomen magnetik berasal dari perputaran elektron ini, yang diarahkan sepanjangsumbu berputar seperti yang ditunjukkan pada Gambar 20.4b. Perputaran momen magnetik mungkin hanya dalam "naik"arah atau dalam antiparalel "down" arah.Dengan demikian, setiap elektron dalam atom dapatdianggap sebagai sebuah magnet kecil yang memiliki permanen orbital dan putaran magnetikmomen.

Gambar 20.4

Page 10: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

Momen magnetik yang paling mendasar adalah magneton Bohr yang Besarnya Untuk setiap elektron dalam sebuah perputaran atom magnetik saat ini adalah (plus untuk spin up, dikurangi untuk spin bawah ). Selain itu, orbital kontribusi momen magnetik adalah sama dengan . menjadi kuantum magnetik dalam jumlah elektron, seperti yang disebutkan . Sebagaimana disebutkan pada Bagian 2.3.

.m-A 10 9.27 224 B

Blm lm

Dalam setiap atom individu, saat orbital dari beberapa pasangan elektron membatalkan satu sama lain, hal ini juga berlaku untuk momen berputar. Sebagai contoh, saat Perputaran elektron dengan berputar ke atas akan membatalkan yang satu dengan putaran bawah. Jaring magnetiksaat, kemudian, untuk sebuah atom hanya jumlah dari momen magnetik dari masing-masing elektron penyusunnya, termasuk kontribusi kedua orbital dan spin, dan dengan akun pembatalan saat. Untuk atom yang memiliki kulit elektron terisi penuh atau subshells, ketika semua elektron dianggap, ada pembatalan total dari kedua orbital dan momen berputar . Jadi bahan terdiri dari atom yang memiliki sepenuhnya kulit elektron diisi tidak mampu menjadi magnet permanen. Dalam kategori ini termasuk gas inert (He, Ne, Ar, dll) serta beberapa bahan ionik. yaitujenis magnet termasuk diamagnetisme, paramagnetisme, dan feromagnetisme, dalam ,s elain itu, antiferromagnetisme dan ferrimagnetisme dianggap kelas turunan ferromagnetism. Semua bahan menunjukkan setidaknya salah satu dari jenis, dan perilaku tersebut tergantung pada respon dari elektron dan dipol magnetik atom untuk aplikasi dari medan magnet eksternal diterapkan.

Page 11: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

20.3 Diamagnetisme dan Paramagnetisme

Diamagnetisme adalah bentuk yang sangat lemah magnet yang tidak tetap dan berlanjuthanya ketika medan eksternal sedang diterapkan. Hal ini disebabkan oleh perubahan dalam orbital gerak elektron akibat medan magnet diterapkan. Besarnya induksi momen magnetik sangat kecil, dan dalam arah yang berlawanan dengan yang ada pada medan listrik. Dengan demikian, permeabilitas mr relatif kurang dari satu (Namun, hanya sangat sedikit), dan kerentanan magnet negatif, yaitu, besarnya bidang B dalam diamagnetic padat kurang dari itu dalam ruang hampa. Volume kerentanan xm untuk bahan padat diamagnetic adalah di urutan 10 5. ketika ditempatkan antara kutub elektromagnet kuat, bahan diamagnetic tertarikmenuju wilayah tempat bidang lemah.

(a) dipol atom konfigurasi untuk bahan diamagnetikdengan atau tanpa medan magnet. Dalam ketiadaan medan eksternal, tidak ada dipol ada; dengan adanya bidang, dipol yang diinduksi yang selaras berlawanan ke bidang arah. (b) konfigurasi dipole Atom dengan atau tanpa medan magnet luar untuk bahan paramagnetik.

Gambar 20.5

Page 12: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

Gambar 20.5a menjelaskan secara skematik dipol konfigurasi atom magnetik untuk bahan diamagnetik dengan atau tanpa bidang eksternal, di sini, tanda panah mewakili momen dipol atom, sedangkan untuk pembahasan sebelumnya, tanda panah dilambangkan momen elektron. Ketergantungan B pada bidang eksternal , H untuk bahan yang menunjukkan sifat diamagnetik disajikan pada Gambar 20.6. Untuk beberapa bahan padat, setiap atom memiliki momen dipol permanen dengan keutamaan yang tidak lengkap elektron berputar dan / atau momen magnetik orbital. Dengan tidak adanya medan magnet eksternal, orientasi momen magnetik atom yang acak, sehingga sepotong materi tidak memiliki magnetisasi makroskopik bersih. dipol atom bebas untuk berputar, dan paramagnetisme terjadi bila mereka secara istimewa menyelaraskan, oleh rotasi, dengan medan eksternal seperti yang ditunjukkanpada Gambar 20.5b. Ini dipol magnetik bertindak secara individual tanpa timbal balik

Page 13: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

Diamagnetics

Paramagnetics

Material

Aluminum oxideCopperGoldMercurySiliconSilverSodium chlorideZinc

Susceptibility m (volume) (SI units)

1.810.963.442.850.412.381.411.56

10 510 5 10 510 510 510 510 510 5

Material

AluminumChromiumChromium chlorideManganese sulfateMolybdenumSodiumTitaniumZirconium

Susceptibility m (volume) (SI units)

2.073.131.513.701.198.481.811.09

10 510 4 10 310 310 410 610 410 4

Tabel Temperature ruang Magnetik Susceptibilities untuk Bahan Diamagnetic dan Paramagnetic

Page 14: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

interaksi antara dipol yang berdekatan. Sejauh dipol sejajar dengan eksternalitas yang bidang nal, mereka meningkatkannya, sehingga menimbulkan mr permeabilitas relatif yang lebih besar dari kesatuan, dan kerentanan magnetik yang relatif kecil namun positif. kerentanan untuk bahan paramagnetik berkisar antara 10 5 - 10 2 (Tabel 20.2). skema B-versus-H kurva untuk bahan paramagnetik juga ditunjukkan pada Gambar 20.6. Kedua bahan diamagnetik dan paramagnetik dianggap nonmag-netic karena mereka menunjukkan magnetisasi hanya ketika di hadapan medan eksternal. Juga, untuk kedua, fluks kepadatan B dalam diri mereka hampir sama seperti itu akan berada di ruang hampa.

Page 15: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

20.4 FERROMAGNETISM

Bahan logam tertentu memiliki momen magnetik permanen dalam ketiadaan medan eksternal, nyata sangat besar dan kemagnetan permanen. ini adalah karakteristik ferromagnetism, dan mereka akan ditampilkan oleh transisi logam tion besi (ferit sebagai BCC a), kobalt, nikel, dan beberapa tanah jarang bertemu-als seperti gadolinium (Gd). Magnetic kerentanan setinggi 106 yang mungkin untuk bahan feromagnetik. Akibatnya, H V M, dan dari Persamaan 20.5 B m0 M

Momen magnetik permanen bahan ferromagnetic hasil dari atom momen magnetik karena elektron spin-uncancelled elektron berputar sebagai konsekuensinya struktur elektron. Ada juga kontribusi momen magnetik orbital yang kecil dibandingkan dengan saat spin. Selanjutnya, dalam pasangan-feromagnetik rial, interaksi kopling menyebabkan net berputar momen magnetik atom berdekatan dengan sejajar dengan satu sama lain, bahkan tanpa adanya medan eksternal. ini adalah skematis diilustrasikan pada Gambar 20.7. Asal-usul kekuatan penggandengan ini tidak sepenuhnya dipahami, tetapi diperkirakan muncul dari struktur elektronik dari logam. Ini keselarasan berputar saling ada lebih dari daerah volume yang relatif besar kristal disebut domain (lihat Bagian 20.7).

Magnetisasi maksimum yang mungkin, atau saturasi magnetisasi Ms, dari bahan feromagnetik merupakan magnetisasi yang terjadi ketika semua dipol magnetik dalam sepotong padat saling sejajar dengan bidang eksternal; di sana

Page 16: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

Gambar 20.7 Skema ilustrasi keselarasan timbal balik dipol atom untuk bahan feromagnetik, yang akan tetap ada meski tanpa adanya medan magnet luar

20.5 antiferromagnetisme & ferrimagnetisme

Fenomena momen magnetik kopling antara atom atau ion yang berdekatan terjadi pada bahan selain mereka yang feromagnetik. Dalam satu kelompok tersebut, iniHasil kopling dalam keselarasan antiparalel; penyelarasan momen spin atom tetangga atau ion dalam arah yang justru sebaliknya disebut antiferromag-netism. Mangan oksida (MnO) merupakan salah satu bahan yang menampilkan perilaku ini. Oksida mangan adalah bahan keramik yang ion dalam karakter, memiliki keduanya Mn2 danO2 ion. Tidak ada momen magnetik bersih dikaitkan dengan ion O2, karena ada pembatalan total keduanya berputar dan saat orbital.Namun, ion Mn2 memiliki momen magnetik bersih yang didominasi putaran asal. Ion Mn2 initersusun dalam struktur kristal sedemikian rupa sehingga saat ion yang berdekatan adalah tiparallel. Susunan ini diwakili skematik pada Gambar 20.8. jelas,momen magnetik menentang membatalkan saling, dan, sebagai konsekuensinya,padat secara keseluruhan dan tidak memiliki momen magnetik bersih.

antiferromagnetisme

Page 17: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

ferrimagnetisme

Beberapa keramik juga menunjukkan Magnetisasi permanen, yang disebut ferrimagnetismMagnetic karakteristik makroskopik ferromagnets dan ferrimagnets sama; Perbedaannya terletak pada sumber momen magnetik bersih. Prinsip-prinsip ferrimagnetisme diilustrasikan dengan ferrites.2 kubik bahan-bahan ionik ini mungkin diwakili oleh rumus kimia MFe2O4, di mana M mewakili salah satu dari beberapa elemen logam. Prototipe ferit adalah Fe3O4, magnetit mineral, kadang-kadang disebut lodestone. Rumus untuk Fe3O4 dapat ditulis sebagai Fe2 O2-(Fe3) 2 (O2) 3 di mana Fe ion ada di 2 dan 3 valence Serikat dalam rasio 1:2. Mag bersih Momen magnetik spin bersih ada untuk masing-masing ion Fe2 dan Fe3, yang berkaitan dengan Bohr 4 dan 5 magnetons, masing-masing, untuk jenis dua ion. Selain itu, ion O2 adalah mag-netically netral. Ada antiparallel spin-coupling interaksi antara Fe Ion, karakter mirip dengan antiferromagnetisme. Namun, ferrimagnetic bersih saat timbul dari pembatalan tidak lengkap saat spin.Kubik ferrites memiliki struktur kristal invers spinel, yang merupakan kristal cubic sym-metry, dan mirip dengan struktur spinel (Bagian 12,2). Kristal spinel invers

Page 18: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

Gambar 20,9 diagram skematik menunjukkan spin momen magnetik konfigurasi untuk Fe2 dan Ion Fe3 di Fe3O4. (From Richard A. Flinn andPaul K. Trojan, Engineering Materials and Their Applications, 4th edition. Copyright © 1990 by John Wiley & Sons, Inc. Adapted by permission of John Wiley & Sons, Inc)

Page 19: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

20.6 Pengaruh suhuTerhadap sifat magnetikSuhu juga dapat mempengaruhi karakteristik magnetik bahan. ingat bahwa meningkatkan suhu dari hasil yang solid dalam peningkatan besarnya getaran termal dari atom. Momen magnetik atom bebas untuk memutar; karenanya, dengan meningkatnya suhu, gerak termal meningkat dari atom cenderung acak arah dari setiap momen yang mungkin selaras. Untuk bahan feromagnetik, antiferromagnetik, dan ferrimagnetik, atom gerakan termal melawan kekuatan coupling antara dipol atom yang berdekatan saat, menyebabkan beberapa dipol misalignment, terlepas dari apakah bidang eksternal hadir. Hal ini menyebabkan penurunan magnetisasi saturasi untuk kedua ferro dan ferrimagnets. The magnetisasi saturasi adalah maksimum pada 0 K, di mana suhu getaran termal minimum. Dengan meningkatnya suhu,saturasi magnetisasi berkurang secara bertahap dan kemudian tiba-tiba turun menjadi nol pada apa yang disebut Curie suhu Tc. Perilaku-suhu magnetisasi untuk besi dan Fe3O4 diwakili dalam Gambar 20.10. Di Tc pasangan spin saling kekuatan sepenuhnya hancur, sehingga untuk suhu di atas Tc baik ferro bahan magnetik dan ferrimagnetik bersifat paramagnetik. Besarnya Curie Suhu bervariasi dari bahan untuk material; misalnya, untuk besi, kobalt, nikel, dan Fe3O4, nilai-nilai masing-masing adalah 768, 1120, 335, dan 585 C.

Antiferromagnetisme juga dipengaruhi oleh suhu; perilaku ini hilang apa disebut suhu Néel. Pada suhu di atas titik ini, antiferromagnetik bahan juga menjadi paramagnetik.

Page 20: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

20.10 Plot kejenuhan magnetisasi sebagai fungsi temperatur untuk besi dan Fe3O4. [Diadaptasi dari J. Smit dan H. P. J. Wijn, Ferrites. Copyright © 1959 oleh N. V. Philips Gloeilampenfabrieken, Eindhoven (Belanda). Dicetak ulang dengan izin.

Page 21: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

Setiap bahan feromagnetik atau ferrimagnetik yang pada suhu di bawah Tc adalah terdiri dari daerah-volume kecil di mana ada keselarasan bersama dalam yang sama arah semua momen dipol magnetik, seperti digambarkan pada Gambar 20.11. Seperti region disebut domain, dan masing-masing magnet untuk magnetisasi jenuh. Domain yang berdekatan dipisahkan oleh batas-batas domain atau dinding, di mana arah magnetisasi secara bertahap berubah (Gambar 20.12). . Biasanya, domain adalah mikroskopis dalam ukuran, dan untuk spesimen polikristalin, setiap butir dapat terdiri dari lebih dari satu domain. Dengan demikian, dalam sepotong makroskopik bahan, akan ada sejumlah besar domain, dan semua mungkin memiliki orientasi magnetisasi yang berbeda. Besarnya medan M untuk seluruh padat adalah jumlah vektor dari Magne- tizations dari semua domain, masing-masing kontribusi domain yang ditimbang dengan vol-nya ume fraksi. Untuk spesimen unmagnetized, vektor tepat tertimbang jumlah magnetisasi dari semua domain adalah nol.

20,7 DOMAINS dan histeresis

Gambar 20.11 Gambaran skematis domain dalam bahan feromagnetik atau ferrimagnetik; panah mewakili dipol magnetik atom. Dalam setiap domain, semua dipol yang selaras, sedangkan arah keselarasan bervariasi dari satu domain yang lain.

Page 22: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

Gambar 20.12 Perubahan bertahap magnetik orientasi dipol di dinding domain. (Dari W. D. Kingery, H. K. Bowen, dan D. R. Uhlmann, Pengantar Keramik, 2nd edition. Copyright © 1976 oleh John Wiley & Sons, New York. Dicetak ulang atas izin John Wiley & Sons, Inc)

Kerapatan fluks B dan lapangan intensitas H tidak berbanding lurus untuk ferromagnets dan ferrimagnets. Jika bahan awalnya unmagnetized, maka B bervariasi sebagai fungsiH seperti yang ditunjukkan pada Gambar 20.13. Kurva dimulai pada asal, dan dengan H meningkat, bidang B mulai meningkat perlahan-lahan, kemudian lebih cepat, akhirnya meratakan off dan menjadi independen H. nilai maksimum ini B adalah kerapatan fluks saturasi

B, dan magnetisasi sesuai adalah magnetisasi saturasi Ms, disebutkan sebelumnya. Karena permeabilitas m dari Persamaan 20.2 adalah kemiringan B-versus-H kurva, catatan dari Gambar 20.13 bahwa perubahan permeabilitas dengan dantergantung pada H. Pada kesempatan tersebut, kemiringan kurva B-versus-H di H 0 ditetapkan sebagai properti material, yang disebut sebagai mi permeabilitas awal, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 20.13.

Sebagai bidang H diterapkan, domain berubah bentuk dan ukuran dengan gerakan batas-batas domain. Struktur domain skema terwakili dalam insets (berlabel U melalui Z) di beberapa titik di sepanjang B-versus-H kurva pada Gambar 20.13. Awalnya, saat-saat domain konstituen secara acak berorientasi sedemikian rupa sehingga tidak ada net B (atau M) bidang (inset U). Sebagai bidang eksternal diterapkan, domain yang berorientasi pada arah yang menguntungkan (atau hampir sejajar dengan) bidang terapan

Page 23: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

Gambar 20.13 The B-versus-H perilaku untuk bahan feromagnetik atau ferrimagnetik yang awalnya unmagnetized. domain konfigurasi selama beberapa tahap

magnetisasi diwakili. kejenuhan kerapatan fluks B, Ms magnetisasi, dan awal mi permeabilitas juga ditunjukkan. (Diadaptasi dari O. H. Wyatt dan D. Dew-Hughes, Logam, Keramik dan Polimer, Cambridge University Press, 1974.)

tumbuh dengan mengorbankan orang-orang yang berorientasi tidak baik (Insets V melalui X). Proses ini berlanjut dengan meningkatnya kekuatan medan sampai makroskopik spesimen manusia menjadi domain tunggal, yang hampir sejajar dengan medan (inset Y). Saturasi tercapai bila domain ini, dengan cara rotasi, menjadi berorientasi dengan bidang H (inset Z).

Gambar 20.14 kerapatan fluks magnetik versus kekuatan medan magnet untuk bahan feromagnetik yang dikenakan untuk maju dan reverse saturasi (poin S dan S). histeresis putaran diwakili oleh kurva merah solid; itu kurva biru putus-putus menunjukkan awal magnetisasi. Remanen Br dan kekuatan koersif Hc juga ditampilkan.

Page 24: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

Dari kejenuhan, titik S pada Gambar 20.14, sebagai bidang H dikurangi dengan pembalikan arah medan, kurva tidak menelusuri jalan aslinya. Sebuah efek histeresis diproduksi di mana bidang B tertinggal bidang H diterapkan, atau menurun pada tingkat yang lebih rendah. Pada nol H lapangan (titik R pada kurva), terdapat lapangan B sisa yang disebut remanen, atau kerapatan fluks remanen, Br; bahan tetap magnet tanpa adanya medan H eksternal. Perilaku Histeresis dan magnetisasi permanen dapat dijelaskan oleh Gerak dinding domain. Setelah pembalikan arah medan dari kejenuhan (titik S pada Gambar 20.14), proses di mana perubahan struktur domain terbalik. Pertama, ada rotasi dari domain tunggal dengan bidang terbalik. Selanjutnya, domain memiliki momen magnetik sejajar dengan bentuk bidang baru dan tumbuh di mengorbankan bekas domain. Kritis untuk penjelasan ini adalah resistensi terhadap gerakan dinding domain yang terjadi sebagai respons terhadap peningkatan medan magnet dalam arah yang berlawanan; ini menyumbang lag B dengan H, atau histeresis. Ketika medan listrik mencapai nol, masih ada beberapa fraksi volume net domain berorientasi di bekas arah, yang menjelaskan keberadaan Br remanen. Untuk mengurangi Bidang B dalam spesimen ke nol (titik C pada Gambar 20.14), bidang H besarnya Hc harus diterapkan dalam arah yang berlawanan dengan yang ada pada Bidang asli; Hc disebut koersivitas, atau kadang-kadang kekuatan koersif. Setelah kelanjutan dari medan listrik dalam arah sebaliknya ini, seperti yang ditunjukkan pada gambar, saturasi akhirnya dicapai dalam arti yang berlawanan, sesuai dengan titik S '. Sebuah pembalikan kedua lapangan untuk titik saturasi awal (titik S) melengkapi dengan hysteresis loop simetris dan juga menghasilkan baik remanen negatif (Br) dan koersivitas positif (Hc).

The B-versus-H kurva pada Gambar 20.14 menunjukkan loop histeresis dibawa ke saturasi. Tentu saja, tidak perlu untuk meningkatkan Bidang H dengan kejenuhan sebelummembalik arah lapangan; pada Gambar 20.15, lingkaran NP adalah kurva hysteresis sesuai dengan kurang dari kejenuhan. Selain itu, adalah mungkin untuk membalikkan arah

Page 25: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

Gambar 20.15 Kurva histeresis kurang dari saturasi (kurva NP) dalam saturasi loop untuk bahan feromagnetik. The B-H perilaku untuk pembalikan lapangan di selain kejenuhan ditunjukkan dengan kurva LM.

lapangan pada setiap titik sepanjang kurva dan menghasilkan loop histeresis lainnya. Salah satu lingkaran seperti ditunjukkan pada kurva saturasi pada Gambar 20.15: untuk loop LM, Bidang H dibalik menjadi nol. Salah satu metode demagnetizing feromagnet atau ferrimagnet adalah untuk mengulangi siklus dalam bidang H yang bergantian arah dan penurunan besarnya. Pada titik ini adalah pelajaran untuk membandingkan B-versus-H perilaku para magnetik, diamagnetic, dan feromagnetik / bahan ferrimagnetik; perbandingan seperti ditunjukkan pada Gambar 20.16. Linearitas paramagnetik dan diamagnetik bahan dapat dicatat dalam inset petak kecil, sedangkan perilaku khas feromagnetik / ferrimagnetik adalah nonlinear. Selain itu, alasan untuk pelabelan paramagnetics dan diamagnetics sebagai bahan bukan magnetik diverifikasi dengan membandingkan B skala pada sumbu vertikal dari dua plot-pada kekuatan medanH 50 A / m, Gambar 20.16 Perbandingan dari B-versus-H perilaku untuk

feromagnetik / ferrimagnetik dan diamagnetik / bahan paramagnetik (inset plot). Di sini mungkin mencatat bahwa sangat kecil Bidang B yang dihasilkan dalam bahan yang mengalami hanya diamagnetic / perilaku paramagnetik, itulah sebabnya mereka dianggap nonmagnetics.

Page 26: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

20.8 anisotropi magnetik

Kurva histeresis magnetik dibahas dalam bagian sebelumnya akan berbeda . Bentuk tergantung pada berbagai faktor: (1) apakah spesimen adalah kristal tunggal atau polycrystalline; (2) jika polikristalin, orientasi disukai dari biji-bijian; (3) adanya pori-pori atau partikel fase kedua; dan (4) faktor-faktor lain seperti marah- K arakteristik dan, jika stres mekanik diterapkan, keadaan stres. Sebagai contoh, B (atau M) versus H kurva untuk kristal tunggal dari bahan ferromagnetic tergantung pada orientasi kristalografi yang relatif terhadap arah bidang H diterapkan. Perilaku ini ditunjukkan pada Gambar 20.17 untuk single .

Gambar 20.17 Magnetisasi kurva untuk kristal tunggal besi dan nikel. untuk kedua logam, kurva yang berbeda dihasilkan ketika medan magnet diterapkan di setiap [100], [110], dan [111]kristalografi arah.[Adapted fromK. Honda and S. Kaya, “Onthe Magnetisation of SingleCrystals of Iron,” Sci. Rep.Tohoku Univ., 15, 721(1926); and from S. Kaya,“On the Magnetisation ofSingle Crystals of Nickel,”Sci. Rep. Tohoku Univ., 17,639 (1928).]

Page 27: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

Gambar 20,18 Magnetisasi kurva untuk kristal tunggal kobalt. kurva yang dihasilkan ketika medan magnet diterapkan di [0001] dan [1010] [1120] arah kristalografi. [Diadaptasi dari S. Kaya, "On the magnet Single Kristal dari Cobalt, "Sci. Rep Tohoku Univ., 17, 1157 (1928).]

Kekuatan medan magnet, H 106 A/m

Page 28: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

kristal nikel (FCC) dan besi (BCC), di mana medan magnetizing diterapkan dalam [100], [110], dan [111] arah kristalografi; dan pada Gambar 20.18 untuk kobalt (HCP) di [0001] dan [1010] [1120] arah. Ini ketergantungan magnetik prilaku IOR orientasi kristalografi disebut magnetik (atau kadang-kadang magnetocrystalline) anisotropi. Untuk masing-masing bahan tersebut ada satu kristalografi arah di mana magnetization paling mudah-yaitu, kejenuhan (M) dicapai di lapangan H terendah; ini disebut arah magnetisasi mudah. Sebagai contoh, untuk Ni (Gambar 20.17) ini arah adalah [ 111 ] karena kejenuhan terjadi pada titik A ; sedangkan , untuk [ 110 ] dan [ 100 ] orientasi , titik saturasi sesuai , masing-masing , dengan titik B dan C. Sejalan dengan itu, arah magnetisasi mudah untuk Fe dan Co adalah [ 100 ] dan [ 0001 ] , masing-masing ( Gambar 20.17 dan 20.18 ) . Sebaliknya, arah keras kristalografi adalah bahwa arah yang magnetisasi saturasi yang paling sulit ; arah kerasuntuk Ni , Fe , dan Co adalah [ 100 ] , [ 111 ] , dan [ 1010 ] [ 1120 ] . Seperti disebutkan dalam bagian sebelumnya , insets Gambar 20.13 merupakan domain konfigurasi pada berbagai tahap sepanjang B ( atau M ) versus kurva H selama magnetisasi dari bahan feromagnetik / ferrimagnetik . Di sini , masing-masing anak panah mewakili arah domain magnetisasi mudah; dan domain yang arah magnetisasi mudah diselaraskan paling dekat dengan bidang H tumbuh , dengan mengorbankan dari domain lain yang menyusut ( insets V melalui X ) . Selain itu , magnetisasi dari domain tunggal dalam inset Y juga sesuai dengan arah yang mudah .dan saturasi dicapai sebagai arah domain ini berputar dari arah yang mudah ke arah medan listrik ( inset Z ) .

Page 29: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

20.9 BAHAN MAGNETIC LEMBUT

Ukuran dan bentuk dari kurva hysteresis untuk material feromagnetik dan ferrimagnetik sangat penting praktis yang cukup. Area di dalam lingkaran mewakili lepasnya energi magnetik per satuan volume material per magnetisasi demagnitization siklus; kehilangan energi ini dimanifestasikan sebagai panas yang dihasilkan dalam magnetik spesimen dan mampu menaikkan suhu.

Gambar 20.19 kurva magnetisasi Skema untuk bahan magnetik lunak dan keras. (Dari K. M. Ralls, T. H. Courtney, dan J. Wulff, Pengantar Ilmu Bahan dan Teknik. Copyright © 1976 oleh John Wiley & Sons, New York. Dicetak ulang dengan izin John Wiley & Sons, Inc)

Page 30: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

Kedua bahan ferromagnetic dan ferrimagnetik diklasifikasikan sebagai bahan lembut atau keras atas dasar karakteristik hysteresis mereka. Bahan magnetik lunak digunakan dalam perangkat yang dikenakan bergantian medan magnet dan di mana energi kehilangan harus rendah; salah satu contoh familiar terdiri dari inti transformator. untuk ini Alasan daerah relatif dalam loop hysteresis harus kecil; itu bersifat tipis dan sempit, seperti yang digambarkan dalam Gambar 20.19. Akibatnya, bahan magnetik lunak harus memiliki permeabilitas awal yang tinggi dan rendah koersivitas. bahan A memiliki sifat ini dapat mencapai magnetisasi jenuh dengan relatif bidang terapan rendah (yaitu, mudah magnet dan mengalami kerusakan magnetik) dan masih memiliki rendah kehilangan energi hysteresis. Bidang jenuh atau magnetisasi hanya ditentukan oleh komposisi material. Misalnya, dalam ferit kubik, penggantian logam divalen ion seperti Ni2 untuk Fe2 di FeO-Fe2O3 akan mengubah magnetisasi saturasi. Namun, kerentanan dan koersivitas (Hc), yang juga mempengaruhi bentuk kurva hysteresis, sensitif terhadap variabel struktural daripada komposisi. Sebagai contoh, nilai rendah koersivitas sesuai dengan mudah gerakan dinding utama sebagai perubahan medan magnet besar dan / atau arah. Struktural cacat seperti partikel fase bukan magnetik atau void dalam pasangan-magnetik rial cenderung membatasi gerakan dinding domain, dan dengan demikian meningkatkan koersivitas. Akibatnya, bahan magnetik lunak harus bebas dari cacat struktural tersebut.

Page 31: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

Pertimbangan properti lain untuk bahan magnetik lunak adalah resistivitas listrik. Selain kehilangan energi hysteresis dijelaskan di atas, kehilangan energi dapat hasil dari arus listrik yang diinduksi dalam bahan magnetik oleh bidang netic yang bervariasi dalam besar dan arah dengan waktu; ini disebut pusaran arus. Ini adalah yang paling diinginkan untuk meminimalkan kehilangan energi ini dalam bahan magnetik lunak dengan meningkatkan resistivitas listrik. Hal ini dilakukan dalam ferromagnetic bahan dengan membentuk paduan larutan padat; besi-silikon dan besi-nikel paduan

Page 32: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

20.10 BAHAN MAGNETIC KERAS

Bahan magnetik keras yang digunakan dalam magnet permanen, yang harus memiliki tinggi resistensi terhadap demagnetisasi. Dalam hal perilaku hysteresis, hard magnetik materi memiliki remanen tinggi, koersivitas, dan saturasi fluks kepadatan, serta permeabilitas awal yang rendah, dan kerugian energi hysteresis tinggi. The hysteresis karakteristik untuk bahan magnetik keras dan lembut dibandingkan pada Gambar 20.19. kedua Karakteristik yang paling penting dibandingkan dengan aplikasi untuk materi ini adalah koersivitas dan apa yang disebut "produk energi," ditunjuk sebagai (BH) max. ini (BH) max sesuai dengan daerah BH persegi panjang terbesar yang dapat dibangun dalam kuadran kedua kurva hysteresis, Gambar 20,22; unit nya adalah kJ/m3 (MGOe) .4 nilai produk energi merupakan perwakilan dari energi yang dibutuhkan

Page 33: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

Gambar 20.22 Skema kurva magnetisasi yang menampilkan hysteresis. Dalam kuadran kedua adalah ditarik dua energi B-H persegi panjang produk; daerah itu persegi panjang berlabel (BH) max adalah yang terbesar mungkin, yang lebih besar dari area yang ditetapkan oleh Bd-HD.

Page 34: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

20.11 PENYIMPANAN MAGNETIKb

Dalam beberapa tahun terakhir , bahan magnetik telah menjadi semakin penting di bidang penyimpanan informasi ; pada kenyataannya , perekaman magnetik telah menjadi hampir universal untuk teknologi penyimpanan informasi elektronik . Hal ini dibuktikan oleh dominan kaset audio, VCR , media penyimpanan disk, kartu kredit , dan sebagainya . Sedangkan pada komputer , elemen semikonduktor berfungsi sebagai memori utama , disk magnetik yang digunakan untuk memori sekunder karena mereka mampu menyimpan jumlah yang lebih besar dari informasi dan dengan biaya yang lebih rendah . Selain itu , rekaman dan televisi industri sangat bergantung pada pita magnetik untuk penyimpanan dan reproduksi urutan audio dan video. Pada intinya , byte komputer , suara , atau gambar visual dalam bentuk sinyal listrik dicatat pada segmen yang sangat kecil dari media penyimpanan magnetik tape atau disk.Transference ke dan pengambilan dari tape atau disk dilakukan dengan cara dibaca induktif - menulis kepala , yang pada dasarnya terdiri dari kawat kumparan luka di sekitarinti bahan magnetik di mana celah dipotong . Data diperkenalkan ( atau " tertulis " ) oleh sinyal listrik dalam kumparan , yang menghasilkan medan magnet di celah . Bidang ini pada gilirannya magnetizes daerah yang sangat kecil dari disk atau tape dalam kedekatan kepala . Setelah penghapusan lapangan , magnetisasi tetap ; yaitu , sinyal telah disimpan . Fitur penting dari proses rekaman ini ditunjukkan pada Gambar 20.23 . Selain itu, kepala yang sama dapat digunakan untuk mengambil (atau "membaca") informasi yang tersimpan. Sebuah tegangan diinduksi ketika terjadi perubahan dalam medan magnet seperti

Page 35: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

Gambar 20.23 Skema representasi menunjukkan bagaimana informasi disimpan dan diambil menggunakan magnet media penyimpanan. (Dari J. U. Lemke, MRS Bulletin, Vol. XV, Nomor 3, p. 31, 1990. Dicetak ulang dengan izin.)

tape atau disk yang melewati kepala kumparan celah; ini dapat diperkuat dan kemudian diubah kembali ke bentuk aslinya atau karakter. Proses ini juga diwakili dalam Gambar 20.23.Baru-baru ini, kepala hibrida yang terdiri dari induktif-write dan read kepala magnetoresistive dalam satu unit telah diperkenalkan. Dalam kepala magnetoresistive, hambatan listrik dari elemen film tipis magnetoresistive berubah sebagai akibat dari perubahan medan magnet ketika tape atau disk lewat kepala baca. Sensitivies lebih tinggi dan kecepatan transfer data yang lebih tinggi membuat kepala magnetoresistive sangat menarik.

Page 36: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

Ada dua jenis utama dari media magnetik-partikulat dan film tipis. Media partikulat terdiri dari partikel-partikel seperti jarum atau acicular sangat kecil, biasanya dari g-Fe2O3 ferit atau CrO2; ini diterapkan dan terikat pada film polimer (untuk kaset magnetik) atau logam atau polimer disk. Selama pembuatan, ini partikel selaras dengan sumbu panjang mereka dalam arah yang sejalan dengan arah gerakan melewati kepala (lihat Gambar 20.23 dan 20.24). Setiap partikel adalah domain tunggal yang dapat magnet hanya dengan momen magnet yang tergeletak di sepanjang sumbu ini. Dua keadaan magnetik yang mungkin, sesuai dengan magnetisasi jenuh dalam satu arah aksial, dan sebaliknya. Kedua keadaan memungkinkan penyimpanan informasi dalam bentuk digital, seperti 1 dan 0. Dalam satu sistem, 1 diwakili oleh pembalikan arah medan magnet dari satu area kecil dari media penyimpanan lain seperti berbagai partikel acicular masing-masing daerah tersebut lulus dengan kepala. Kurangnya reversal antar daerah yang berdekatan ditunjukkan dengan 0.

Teknologi penyimpanan film tipis yang relatif baru dan menyediakan kapasitas penyimpanan yang lebih tinggi dengan biaya lebih rendah. Hal ini digunakan terutama pada disk drive kaku dan terdiri dari struktur berlapis-lapis. Lapisan film tipis magnetik adalah komponen penyimpanan sebenarnya (lihat Gambar 20.25). Film ini biasanya baik CoPtCr atau CoCrTa paduan, dengan ketebalan antara 10 dan 50 nm. Sebuah lapisan substrat di bawah ini dan di mana film tipis berada adalah kromium murni atau paduan kromium. Film tipis itu sendiri

Page 37: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

Gambar 20.24 Sebuah elektron scanning mikrograf menunjukkan struktur mikro dari disk penyimpan yang bersifat magnetis. Berbentuk jarum partikel g-Fe2O3 berorientasi dan tertanam dalam resin epoksi fenolik. 8000. (Foto pemberian P. Rayner dan N. L. Head, IBM Corporation.)

Gambar 20.25 (a) transmisi resolusi tinggi mikrograf elektron menunjukkan mikro dari kobalt-kromium-platinum film tipis yang digunakan sebagai penyimpanan magnetik kepadatan tinggi media. Panah di atas menunjukkan gerak arah medium. 500.000. (b) A representasi dari gandum struktur untuk elektron mikrograf (a); panah dalam beberapa butir menunjukkan tekstur, atau arah magnetisasi mudah. (Dari M. R. Kim, S. Guruswamy, dan K. E. Johnson, J. Appl. Phys., Vol. 74, No 7, p. 4646, 1993. Dicetak ulang dengan

Page 38: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

20.12 SUPER CONDUCTIVITY

Superkonduktivitas pada dasarnya merupakan fenomena listrik; Namun, pembahasannya telah ditangguhkan ke titik ini karena ada implikasi magnet relatif terhadap keadaan superkonduktor, dan, di samping itu, bahan superkonduktor digunakan terutama dalam magnet mampu menghasilkan bidang tinggi. Seperti kebanyakan logam kemurnian tinggi didinginkan ke suhu mendekati 0 K, resistivitas listrik menurun secara bertahap, mendekati beberapa nilai namun terbatas kecil yang merupakan karakteristik dari logam tertentu. Ada beberapa bahan, bagaimanapun, yang resistivity, pada suhu yang sangat rendah, tiba-tiba terjun dari nilai terbatas untuk satu yang hampir nol dan tetap ada pada pendinginan lebih lanjut. Bahan yang menampilkan perilaku yang terakhir ini disebut superkonduktor, dan suhu di mana mereka mencapai superkonduktivitas disebut temperatur kritis TC.5 Perilaku suhu resistivity untuk bahan superkonduktif dan nonsuperconductive dikontraskan pada Gambar 20.26.

Suhu kritis bervariasi dari superkonduktor ke superkonduktor tetapi terletak di antara kurang dari 1 K dan sekitar 20 K untuk logam dan paduan logam. Baru-baru ini, telah menunjukkan bahwa beberapa keramik oksida kompleks memiliki suhu kritis lebih dari 100 K. Pada suhu di bawah TC, negara superkonduktor akan berhenti pada penerapan medan magnet yang cukup besar, disebut HC bidang kritis, yang tergantung pada suhu dan menurun dengan meningkatnya suhu. Hal yang sama dapat dikatakan untuk kerapatan arus; yaitu, kepadatan arus kritis diterapkan JC ada di bawah

Page 39: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

Gambar 20.26 Suhu ketergantungan dari listrik resistivitas untuk melakukan secara normal dan bahan superkonduktor di sekitar 0 K.

Page 40: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

Sebuah material adalah superkonduktif. Gambar 20.27 menunjukkan skematis batas di lapangan saat ini ruang density suhu-magnetik memisahkan normal dan superkonduktor negara. Posisi kehendak batas ini, tentu saja, tergantung pada materi. Untuk suhu, medan magnet, dan nilai-nilai kerapatan arus yang terletak di antara asal dan batas ini, materi akan superkonduktif; di luar batas, konduksi normal. Fenomena superkonduktivitas telah memuaskan dijelaskan dengan cara teori yang agak terlibat. Pada intinya, hasil negara superkonduktif dari interaksi yang menarik antara pasangan melakukan elektron; gerakan elektron berpasangan menjadi terkoordinasi sehingga hamburan oleh getaran termal dan atom pengotor ini sangat tidak efisien

Dengan demikian, resistivitas, yang sebanding dengan kejadian hamburan elektron, adalah nol. Atas dasar respon magnetik, bahan superkonduktor dapat dibagi menjadi dua klasifikasi yang ditunjuk sebagai tipe I dan tipe II. Tipe I bahan, sementara di negara superkonduktor, benar-benar diamagnetik; yaitu, semua medan magnet diterapkan akan dikeluarkan dari tubuh material, sebuah fenomena yang dikenal sebagai efek Meissner, yang diilustrasikan pada Gambar 20.28. Seperti H meningkat, bahan tetap diamagnetic sampai magnet HC bidang kritis tercapai. Pada titik ini, konduksi menjadi normal, dan penetrasi fluks magnetik lengkap terjadi.

Page 41: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

Gambar 20.27 Kritis temperatur, densitas arus, dan batas medan magnet memisahkan superkonduktor dan konduksi normal dilakukan secara sistematis

Gambar 20.28 Representasiefek Meissner. (a) Sementara dikeadaan superkonduktor, badanmaterial (lingkaran) membedakanmedan magnet (panah) dari levelinterior. (b) Medan magnetmenembus bagian yang sama daribahan setelah menjadi normalkonduktif.

Page 42: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

Beberapa unsur logam, termasuk aluminium, timah, timah, dan merkuri milik tipe I kelompok. Tipe II superkonduktor benar-benar diamagnetic di bidang diterapkan rendah, dan eksklusi lapangan total. Namun, transisi dari negara superkonduktor ke keadaan normal secara bertahap dan terjadi antara bidang yang lebih rendah kritis dan kritis atas, HC1 ditunjuk dan HC 2, masing-masing. Garis fluks magnetik mulai menembus ke dalam tubuh material pada HC 1, dan dengan meningkatnya medan magnet diterapkan, penetrasi ini terus berlanjut; di HC 2, penetrasi lapangan selesai. Untuk bidang antara HC1 dan HC 2, bahan yang ada dalam apa yang disebut campuran keadaan-normal maupun daerah superkonduktor yang ada. Tipe II superkonduktor lebih dipilih daripada tipe I untuk aplikasi yang paling praktis berdasarkan suhu kritis yang lebih tinggi dan medan magnet kritis. Saat ini, tiga superkonduktor yang paling sering digunakan adalah niobium-zirkonium (Nb-Zr) dan niobium-titanium (Nb-Ti) paduan intermetalik dan niobium-timah senyawa Nb3Sn. Tabel 20.7 daftar beberapa tipe I dan II superkonduktor, suhu kritis , dan kepadatan fluks magnetik kritis

Fenomena superkonduktivitas memiliki banyak implikasi praktis yang penting. Magnet superkonduktor mampu menghasilkan medan tinggi dengan konsumsi daya yang rendah saat ini sedang bekerja di uji ilmiah dan peralatan penelitian. Selain itu, mereka juga digunakan untuk pencitraan resonansi magnetik (MRI) di bidang medis sebagai alat diagnostik. Kelainan pada jaringan tubuh dan organ dapat dideteksi berdasarkan produksi gambar penampang. Analisis kimia dari jaringan tubuh juga dapat menggunakan spektroskopi resonansi magnetik (MRS). Banyak aplikasi potensial lainnya juga ada dari bahan superkonduktor

Page 43: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

Tabel 20.7 Suhu Kritis dan fluks magnetik yang Terpilih untuk Material superkonduktor

The kerapatan fluks magnetik kritis (m0HC) untuk elemen diukur pada 0 K. Untuk paduan dan senyawa, fluks diambil sebagai m0HC2 (dalam teslas), diukur pada 0 K. bSource: Diadaptasi dengan ijin dari Bahan di Low Suhu, RP Reed dan AF Clark (Editor), american Society untuk Logam, Logam Park, OH, 1983.

Page 44: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

Beberapa daerah yang dieksplorasi termasuk (1) transmisi tenaga listrik melalui superkonduktor kehilangan material daya akan sangat rendah, dan peralatan akan beroperasi pada tingkat tegangan rendah; (2) magnet yang partikel akselerator energi tinggi; (3) berpindah-kecepatan yang lebih tinggi dan transmisi sinyal untuk komputer; dan (4) kecepatan tinggi magnetis levitated kereta api, dimana hasil levitasi magnetik dari tolakan lapangan. Kepala jera untuk aplikasi luas dari bahan-bahan superkonduktor, tentu saja, kesulitan dalam mencapai dan mempertahankan suhu yang sangat rendah. Mudah-mudahan, masalah ini akan diatasi dengan pengembangan generasi baru superkonduktor dengan suhu kritis yang cukup tinggi.

Page 45: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

Azaroff, L. V. and J. J. Brophy, Electronic Processes in Materials, McGraw-Hill Book Company, New York, 1963, Chapter 13. Reprinted by CBLS Publishers, Marietta, OH, 1990.Bozorth, R. M., Ferromagnetism, Wiley-IEEE Press, New York/Piscataway, NJ, 1993.Brockman, F. G., “Magnetic Ceramics—A Review and Status Report,” American Ceramic Society Bulletin, Vol. 47, No. 2, February 1968, pp. 186–194.Chen, C. W., Magnetism and Metallurgy of Soft Magnetic Materials, Dover Publications, New York, 1986.

Jiles, D., Introduction to Magnetism and Magnetic Materials, Nelson Thornes, Cheltenham, UK, 1998.Keffer, F., “The Magnetic Properties of Materials,” Scientific American, Vol. 217, No. 3, September 1967, pp. 222–234.Lee, E. W., Magnetism, An Introductory Survey, Dover Publications, New York, 1970.Morrish, A. H., The Physical Principles of Magne- tism, Wiley-IEEE Press, New York/Piscataway, NJ, 2001.

REFERENCES

Page 46: Chapter 20 magnetic properties, William D. Callister

SEKIAN DAN

TERIMA KASIH