Bahan Magnetik. oleh: Ichwan Yelfianhar (dirangkum dari berbagai sumber)

Transkripsi

1 Bahan Magnetik oleh: Ichwan Yelfianhar (dirangkum dari berbagai sumber)

2 Historis Magnet Gejala kemagnetan merupakan cikal bakal berkembangnya pengetahuan tentang kelistrikan. Ditemukan sejak 2000 tahun yang lalu di Yunani pada sejenis batuan yang dinamakan magnetit di kota magnesia. Awal abad ke 12, magnet mulai digunakan sebagai kompas karena sifatnya yang selalu menunjuk arah utara dan selatan bumi. Sifat kutub magnet mulai diselidiki 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.

3 Bahan magnet Magnet terbaik umumnya mengandung besi metalik. Namun, ternyata bahwa unsur lainpun menampilkan sifat magnetik; selain itu, bukan logam pun dapat memiliki sifat magnet. Dalam teknologi modern kini digunakan magnet logam dan keramik. Selain itu dimanfaatkan pula unsur lain untuk meningkatkan kemampuan magnet sehingga memenuhi persyaratan.

4 Gejala Kemagnetan Pada Atom Tiap elektron atom akan memiliki momen magnetik pm, yang disebut spin elektron oleh ahli fisika. Momen magnetik disebut magneton Bohr, dan sama dengan 9,27x10 27 A.m 2. Elektron biasanya berpasangan dalam orbit dan membentuk spin atas dan bawah. Jadi, efek luar dari momen tersebut tidak ada. Atom akan bersifat magnet bila ada ketidakseimbangan dalam spin elektron. Akhirnya, diketahui bahwa hanya beberapa elektron memiliki spin elektron yang tidak seimbang, dan d engan demikian memiliki momen magnetik.

5 Spin Magnet Atom Bahan Tertentu Elemen yang memenuhi persyaratan adalah unsur transisi dengan kulit subvalensi yang tidak terisi, seperti yang diperlihatkan gambar berikut: Gambar bahan dengan spin magnet tak seimbang

6 Komposisi Bahan Magnetik 1. Magnet alam (dahulu disebut batu magnet) Magnet alam adalah mineral, Fe 3 O 4 dalam fasa keramik alamiah dengan ion O 2 dalam kisi kps. Ion besi berada dalam lokasi intertisial rangkap 4 dan rangkap 6. Secara lebih terinci dapat dilihat ion Fe 2+ berada pada lokasi rangkap 6, sedangkan ion Fe 3+ terbagi rata pada rangkap 6 dan rangkap 4. Struktur ini termasuk jenis struktur NiFe 2 O 4 yang disebut spinnel. Selsatuanini bersifat magnetik karena momen magnet ion pada lokasi rangkap 6 sama arahnya dan yang berada pada lokasi rangkap 4 berlawanan arah.

7 Komposisi Bahan Magnetik 2. Magnet logam Besi kpr merupakan bahan magnet logam yang sering dijumpai. Bahan logam lain yang memiliki permeabulitas maksimum yang sangat tinggi, ( maks) adalah permalloy, dan medan oersif ( Hc) yang tinggi adalah Alnico V. 3. Magnet Keramik. Magnet keramik seperti, ferit terdiri dari senyawa ionik. Jadi besi berbentuk Fe 2+ atau Fe 3+.Ionferoskehilangan dua elektron, yaitu dua elektron 4s dan satu elektron 3d, jadi tersisa lima elektron yang tidak berpasangan. Contoh: BeFe 12+ O 19

8

9 Kutub Magnet & Garis Gaya Magnet Gambar 1. S U S S U U Gambar 2. S U S U S U C

10 Fluks magnetik Fluks magnetik adalah jumlah medan magnetik ( garis gaya magnet ) yang dihasilkan sumber magnetik, dilambangkan dengan Ф (phi). Satuan fluks magnetik weber ( Wb ). Kerapatan fluks magnet adalah jumlah total fluks yang menembus area yang tegak lurus dengan fluks tersebut, dirumuskan: Dengan: B : Rapat fluks magnet ( T atau Wb/m 2 ) Ф : Fluks magnet (Wb) A : Luas penampang (m 2 )

11 Gaya Gerak Magnet (Magnetomotive Force / mmf) Mmf merupakan penyebab munculnya fluks magnetik pada rangkaian elektromagnetik, dirumuskan: Dengan: N= jumlah belitan (turn) I=arus(amper/A) Sehingga jika terdapat belitan sepanjang l maka kekuatan magnet yang dihasilkan adalah: Dengan: H = Kuat medan magnet l = panjang fluks / panjang belitan

12 Permeabilitas Magnet Permeabilitas magnet merupakan konstanta pembanding antara rapat fluks (B) dengan kuat medan (H) yang dihasilkan magnet. Untuk udara dan bahan non magnetik, permeabilitas dinyatakan sebagai permeabilitas ruang kosong(μ 0 = H/m), sehingga: Untuk bahan lain maka permeabilitasnya sebanding dengan permeabilitas ruang kosong dikalikan permeabilitas relatif bahan (μ r ). Sehingga diperoleh:

13 Permeabilitas Magnet Permeabilitas relatif didefinisikan sebagai: r rapat rapat fluks fluks pada bahan pada vakum Sehingga pada ruang hampa, μ r = 1 dan μ r. μ o = μ dinamakan permeabilitas absolut. Dengan konstanta permeabilitas maka karakteristik kemagnetan suatu bahan dapat digambarkan dalam kurva perbandingan B H.

14 Permeabilitas Magnet Kurva perbandingan B H dari berbagai bahan:

15 Suseptibilitas Magnet

16 Hubungan Suseptibilitas dengan Permeabilitas

17 Magnetisasi M sebagai fungsi dari kuat medan H

18 A. BAHAN DIAMAGNETIK

19 A. BAHAN DIAMAGNETIK

20 B. BAHAN PARAMAGNETIK

21 B. BAHAN PARAMAGNETIK

22 B. BAHAN PARAMAGNETIK

23 C. BAHAN FERROMAGNETIK

24 C. BAHAN FERROMAGNETIK

25 C. BAHAN FERROMAGNETIK

26 C. BAHAN FERROMAGNETIK

27 C. BAHAN FERROMAGNETIK

28 C. BAHAN FERROMAGNETIK

29 D. ANTIFERROMAGNETIK

30 E. FERRIMAGNETIK DAN FERRIT

31 E. FERRIMAGNETIK DAN FERRIT Jika dibandingkan dengan bahan ferromagnetik, maka jelas bahwa T N < T C

32 E. FERRIMAGNETIK DAN FERRIT

33 Reluktansi Reluktansi merupakan derajat hambatan magnetik dari suatu rangkaian magnetik terhadap fluks magnet. Dirumuskan: Satuan reluktansi 1/H atau H 1 atau A/Wb Untuk rangkaian magnet seri maka reluktansi total dirumuskan:

34 Perbandingan Besaran Magnet dan Besaran Listrik

35 Contoh Soal

36 Contoh Soal

37 Contoh Soal

38 Contoh Soal

39 Gaya Magnet

40 Induksi Magnet

41 Induksi Magnet

42 Induksi Magnet

43 Induktansi

44 Hubungan Tegangan Induksi dengan Induktansi

45 PRINSIP KERJA MOTOR LISTRIK U + B S F = B. I. L F F = Gaya (Force) B = Kerapatan garis gaya (Fluks) I = Besar arus L = Panjang penghantar PT PLN (Persero) Udiklat Pandaan

46 KONSTRUKSI MOTOR LISTRIK Body Motor 2. Kumparan stator 3. Rotor 4. Tutup terminal 5. Baut terminal klem 6. Lubang gantungan 7. Poros 8. Kaki motor PT PLN (Persero) Udiklat Pandaan

47 PRINSIP DASAR GENERATOR GAYA GERAK LISTRIK Apabila sebuah konduktor digerakkan tegak lurus Sejauh (ds) memotong suatu medan magnit dengan Kerapatan fluks maka perubahan fluks pada Konduktor dengan panjang efektif ialah : do = B ds e = do dt e = ds dt ds dt = v Maka : e = B v

48 KONSTRUKSI GENERATOR KUMPARAN STATOR KUMPARAN ROTOR KOTAK TERMINAL U S Sumber DC BODY GENERATOR EXCITER