bahan magnetik - paramagnetik
DESCRIPTION
Bahan Magnet Paramagnetik, Bahan Magnet, Bahan Listrik, Dasar ElektroTRANSCRIPT
BAHAN MAGNETIK :
PARAMAGNETIK
OLEH :
RIZKHA DEVI MELKY SEDIK (1404405023)
KHANA ELAND NOVANA ATMAJA (1404405083)
WILLY SUSANTO (1404405103)
UNIVERSITAS UDAYANA
FAKULTAS TEKNIK
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
2014
ii
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa. Telah
memberikan anugerah dan curahan sehingga penulis dapat menyelesaikan
makalah ini dengan baik dan tepat pada waktu yang telah ditentukan. Penulis
mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang ikut berperan dalam
penyusunan makalah ini. Makalah ini penulis sampaikan kepada Pembina Mata
Kuliah Bahan Dasar Listrik Bapak Ir. I Gusti Ngurah Janardana, MErg dan Bapak
Ir. Gede Dyana A., MT sebagai salah satu syarat kelulusan mata kuliah tersebut.
Penulis memohon kepada Bapak dosen khususnya, umumnya para
pembaca apabila menemukan kesalahan atau kekurangan dalam karya tulis ini,
baik dari segi bahasanya maupun isinya, penulis mengharapkan kritik dan saran
yang bersifat membangun kepada semua pembaca demi lebih baiknya karya-karya
tulis yang akan datang.
Bukit Jimbaran, 5 Januari 2015.
Penulis
iii
DAFTAR ISI
Halaman
COVER.......................................................................................................... i
KATA PENGANTAR.................................................................................. ii
DAFTAR ISI................................................................................................. iii
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR TABELvi
BAB I PENDAHULUAN........................................................................ 1
1.1 Latar Belakang............................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah.......................................................................... 2
1.3 Tujuan Penulisan............................................................................ 2
1.4 Batasan Masalah............................................................................ 2
1.5 Metode Penelitian.......................................................................... 2
1.6 Manfaat Penelitian......................................................................... 2
BAB II TEORI PUSTAKA...................................................................... 3
2.1 Magnet........................................................................................... 3
2.1.1 Sejarah Magnet.............................................................................. 3
2.1.2 Sifat Kemagnetan Bahan............................................................... 3
2.2 Metode Pembuatan Magnet........................................................... 5
2.2.1 Pembuatan Magnet dengan Cara Menggosok............................... 5
2.2.2 Pembuatan Magnet dengan Cara Induksi...................................... 5
2.2.3 Pembuatan Magnet dengan Cara Mengaliri Arus Listrik.............. 5
2.3 Cara Menghilangkan Sifat Kemagnetan........................................ 6
2.4 Magnet Elementer.......................................................................... 7
2.5 Elektromagnetik............................................................................. 7
2.6 Besaran-Besaran Magnet............................................................... 8
2.6.1 Fluks Magnet (Φ)........................................................................... 8
2.6.2 Kerapatan Fluks Magnet (B).......................................................... 8
2.6.3 Gaya Gerak Magnet (Fm).............................................................. 8
2.6.4 Kuat Medan Magnet (Intensitas)................................................... 9
iv
2.6.5 Permeabilitas.................................................................................. 9
2.6.5.1 Permeabilitas ruang hampa (µ0).................................................... 9
2.6.5.2 Permeabilitas Relatif (µr).............................................................. 9
2.6.5.3 Permeabilitas Absolute (µ)............................................................ 9
2.6.6 Permeansi....................................................................................... 10
2.6.7 Reluktansi...................................................................................... 10
2.7 Suseptibilitas.................................................................................. 10
2.8 Temperature Curie......................................................................... 11
2.9 Sifat Magnetik Bahan.................................................................... 12
2.10 Teori Paramagnetik........................................................................ 14
2.11 Kromium........................................................................................ 16
2.11.1 Sejarah Kromium........................................................................... 16
2.11.2 Karakteristik Kromium................................................................... 18
2.12 Nikel............................................................................................... 19
2.11.1 Sejarah Nikel.................................................................................. 19
2.11.2 Karakteristik Nikel.......................................................................... 19
BAB III HASIL & PEMBAHASAN......................................................... 21
3.1 Paramagnetik................................................................................. 21
3.2 Penggunaan Bahan Paramagnetik pada kehidupan sehari-hari..... 22
3.2.1 Obeng............................................................................................. 22
3.2.1.1 Obeng Magnet Kromium............................................................... 22
3.2.1.2 Obeng Magnet Nikel...................................................................... 23
BAB IV PENUTUP..................................................................................... 25
4.1 Simpulan........................................................................................ 25
4.2 Saran.............................................................................................. 25
BAB V DAFTAR PUSTAKA................................................................... 26
v
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Momen magnetik benda non-magnetik....................................... 3
Gambar 2.2 Momen magnetik benda magnetik............................................... 3
Gambar 2.3 Medan Magnet................................................................................ 4
Gambar 2.4 Kutub Magnet................................................................................ 4
Gambar 2.5 Sifat Kutub Magnet....................................................................... 4
Gambar 2.6 Cara Menggosok Magnet.............................................................. 5
Gambar 2.7 Cara Induksi Magnet..................................................................... 5
Gambar 2.8 Cara Dialiri Arus Listrik............................................................... 6
Gambar 2.9 Cara Menghilangkan Kemagnetan.............................................. 7
Gambar 2.3. Grafik hubungan antara suseptibilitas magnetik χ terhadap
temperatur T pada bahan paramagnetik (Kittel, 1996).................................. 9
vi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Sifat Fisika Kromium......................................................................... 19
Tabel 2.2 Sifat Kimia Kromium......................................................................... 19
Tabel 2.3 Sifat Fisika Nikel................................................................................. 20
Tabel 2.4 Sifat Kimia Nikel................................................................................. 20
Tabel 3.1 Suseptibilitas magnetic χm= M
H untuk berbagai bahan............... 22
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Material magnetik banyak dipelajari dalam beberapa tahun ini karena
bermanfaat dalam kehidupan sehari-hari, terutama dalam dunia elektronik seperti
display, saklar molekular dan bahan penyimpan data. Pentingnya material
magnetik ini menyebabkan banyak penelitian untuk merancang material baru
dengan sifat yang lebih unggul. Sifat magnetik suatu material dapat dirancang
melalui pembentukan senyawa kompleks. Senyawa kompleks dapat bersifat
diamagnetik atau paramagnetik. Senyawa kompleks umumnya bersifat
paramagnetik dan memiliki momen magnetik yang rendah yaitu 1,7 - 5,9 Bohr
Magneton (BM). Sifat paramagnetik suatu senyawa dapat berupa feromagnetik
dan antiferomagnetik.
Senyawa yang bersifat feromagnetik atau antiferomagnetik disebabkan
adanya interaksi antar elektron tidak berpasangan yang terdapat pada orbital d dari
ion logam penyusun senyawa kompleks. Interaksi feromagnetik senyawa
kompleks umumnya ditunjukkan pada temperatur rendah.
Saat ini senyawa kompleks terus dikembangkan untuk mendapatkan
material bersifat feromagnetik. Salah satu upaya yang dilakukan adalah
merancang suatu senyawa kompleks agar terjadi interaksi hidrogen sehingga
menaikkan nilai Temperatur Curie Weiss (TCW) senyawa. Temperatur Curie
Weiss pada bahan merupakan indikasi bahwa senyawa memiliki interaksi
feromagnetik. Interaksi feromagnetik dapat diidentifikasi melalui pengukuran
nilai suseptibilitas magnetik dengan variasi temperatur. Nilai suseptibilitas
magnetik senyawa feromagnetik meningkat tajam dibawah Temperatur Curie
Weiss.
2
1.2 Rumusan Masalah
1) Bagaimana bahan magnetik penyusun magnet paramagnetik?
2) Bagaimana pengaplikasian magnet paramagnetik?
1.3 Tujuan Penulisan
1) Memahami bahan magnetik penyusun magnet paramagnetik
2) Mengetahui pengaplikasian magnet paramagnetik pada kehidupan
sehari-hari
1.4 Batasan Masalah
Pada papper ini akan dijelaskan bahan penyusun magnet paramagnetik
serta mengetahui pengaplikasian magnet paramagnetik pada kehidupan sehari-hari
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini dapat meningkatkan berbagai kemampuan baik
bagi penulis dan pembaca. Kemampuan yang didapatkan antara lain dapat
mengetahui penggunaan magnet paramagnetik,
1.6 Metode Penelitian
Metode penelitian yang digunakan penulis dalam menyusun karya tulis ini
ialah Studi Literatur. Metode Studi Literatur dilakukan penulis mengambil
sumber penulisan dari jurnal-jurnal, buku, dokumentasi, maupun internet.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Magnet
Magnet adalah suatu objek atau benda yang dapat menarik benda-benda
yang terbuat dari besi, baja, dan logam-logam tertentu. Benda magnet dapat
digolongkan berdasarkan kemampuan benda magnet menarik benda lain yang
dapat dibedakan menjadi dua, yaitu benda magnet dan benda bukan magnet.
Benda yang dapat ditarik magnet disebut benda magnetik. Benda yang tidak dapat
ditarik magnet disebut benda non-magnetik.
Gambar 2.1 Momen magnetik benda non-magnetikSumber :https://www.academia.edu/7566690/2._bab_1-3 (2014)
Gambar 2.2 Momen magnetik benda magnetikSumber :https://www.academia.edu/7566690/2._bab_1-3 (2014)
2.1.1 Sejarah Magnet
Kata magnet berasal dari bahasa Yunani yaitu magnitis lithios yang berarti
batu Magnesian. Batu magnesian diambil dari nama sebuah wilayah di Yunani
pada masa lalu yang kini bernama Manisa (sekarang di sekamir wilayah Negara
Turki) di mana batu magnet ditemukan sejak zaman dulu di wilayah tersebut.
2.1.2 Sifat-sifat Magnet
Sifat-sifat yang terdapat dalam benda magnetik adalah dapat menarik
logam tertentu pada sekitar medan magnet. Medan magnet, yakni suatu daerah di
sekitar magnet dimana masih ada pengaruh gaya magnet.
3
4
Gambar 2.3 Medan MagnetSumber : https://fembrisma.wordpress.com/science/kemagnetan/(2014)
Medan magnet menimbulkan gaya satu sama lain (tolak-menolak atau
tarik-menarik). Bagian magnet yang daya tariknya terbesar disebut kutub magnet.
Gambar 2.4 Kutub MagnetSumber : http://detektif-fisika-doni.blogspot.com/2013/12/mengapa-kutub-kutub-
magnet-bernama.html(2014)
Setiap magnet memiliki dua buah kutub yaitu kutub utara (U) dan kutub
selatan (S). Kutub-kutub senama akan saling tolak, misalnya kutub selatan dengan
kutub selatan atau kutub utara dengan kutub utara. Sedangkan kutub-kutub yang
berlainan jenis akan saling tarik-menarik, contohnya kutub utara dengan kutub
selatan.
Gambar 2.5 Sifat Kutub MagnetSumber : http://badarudin89.blogspot.com/2012/01/magnet.html(2014)
2.2 Metode pembuatan magnet
Benda-benda magnetik yang bukan magnet dapat dijadikan magnet. Benda
itu ada yang mudah dan ada yang sulit dijadikan magnet. Setiap benda magnetik
5
pada dasarnya terdiri dari magnet-magnet kecil yang disebut magnet elementer.
Prinsip membuat magnet adalah mengubah susunan magnet elementer yang tidak
beraturan menjadi searah dan teratur. Ada tiga cara membuat magnet, yaitu
menggosok, induksi, dan arus listrik.
2.2.1 Pembuatan Magnet dengan Cara Menggosok
Gambar 2.6 Cara menggosok magnetSumber :https://www.academia.edu/7566690/2._bab_1-3 (2014)
Bahan yang semula tidak bersifat magnet dapat dijadikan magnet.Caranya
besi digosok dengan salah satu ujung magnet tetap.Arah gosokan dibuat searah
agar magnet elementer yang terdapat pada besi letaknya menjadi teratur dan
mengarah ke satu arah.
2.2.2 Pembuatan Magnet Dengan Cara Induksi
Gambar 2.7 Cara Induksi MagnetSumber :https://www.academia.edu/7566690/2._bab_1-3 (2014)
Besi dan baja dapat dijadikan magnet dengan cara induksi magnet. Besi atau
baja diletakkan di dekat magnet tetap. Magnet elementer yang terdapat pada besi
atau baja akan terpengaruh atau terinduksi magnet tetap yang menyebabkan
6
letaknya teratur dan mengarah ke satu arah. Besi atau baja akan menjadi magnet
sehingga dapat menarik serbuk besi yang berada di dekatnya.
Ujung besi yang berdekatan dengan kutub magnet batang akan terbentuk
kutub yang selalu berlawanan dengan kutub magnet penginduksi. Apabila kutub
utara magnet batang berdekatan dengan ujung A besi, maka ujung A besi menjadi
kutub selatan dan ujung B besi menjadi kutub utara atau sebaliknya.
2.2.3 Pembuatan Magnet Dengan Cara Mengaliri Arus Listrik
Gambar 2.8 Cara dialiri arus listrikSumber :https://www.academia.edu/7566690/2._bab_1-3 (2014)
Besi dan baja dapat dijadikan magnet dengan arus listrik. Besi atau baja
dililiti kawat yang dihubungkan dengan baterai. Magnet elementer yang terdapat
pada besi atau baja akanterpengaruh aliran arus searah (DC) yang dihasilkan
baterai. Hal ini menyebabkan magnet elementer letaknya teratur dan mengarah ke
satu arah. Besi atau baja akan menjadi magnet dan dapat menarik serbuk besi
yang berada di dekatnya. Magnet yang demikian disebut magnet listrik atau
elektromagnet. Besi yang berujung A dan B dililitkan kawat berarus listrik.
Kutub magnet yang terbentuk bergantung pada kaidah tangan kanan, dimana
empat jari menunjukkan arah arus listrik pada kumparan, sedangkan arah ibu jari
menunjukkan arah kutub utara magnet.
2.3 Cara Menghilangkan Sifat Kemagnetan
Sebuah magnet akan hilang sifat kemagnetannya jika magnet dipanaskan,
dipukul-pukul, dan dialiri arus listrik bolak-balik. Magnet yang mengalami
pemanasan dan pemukulan akan menyebabkan perubahan susunan magnet
elementernya. Akibat pemanasan dan pemukulan magnet elementer menjadi tidak
teratur dan tidak searah.
7
Gambar 2.9 Cara Menghilangkan Kemagnetan(a) Dipukul-pukul, (b) dipanaskan, (c) mengaliri arus listrik bolak-balikSumber : http://twentyonetwenty.wordpress.com/2010/11/07/kemagnetan/ (2014)
2.4 Magnet Elementer
Setiap benda magnetik pada dasarnya terdiri dari magnet-magnet kecil yang
disebut magnet elementer. Magnet elementer adalah magnet yang paling kecil yang
berupa atom. Suatu benda akan bersifat magnet jika magnet-magnet elementernya
mempunyai arah yang cenderung sama/beraturan dan benda yang tidak mempunyai
sifat magnet jika magnet-magnet elementernya mempunyai arah acak (sembarang).
Pada sebuah magnet, magnet-magnet elementernya tersusun rapi dan
menunjuk arah yang sama, sehingga menimbulkan kutub-kutub magnet. Antar
magnet elementer tersebut terdapat gaya tolak-menolak dan gaya tarik-menarik. Akan
tetapi, di bagian ujung magnet hanya terdapat gaya tolak-menolak. Itulah sebabnya
pada ujung-ujung magnet terdapat gaya magnet paling kuat sedangkan bagian
tengahnya lemah. Pada benda bukan magnet, magnet-magnet elementernya
tersusun dengan arah yang berlainan atau arah yang acak sehingga tidak
menimbulkan kutub magnet. Akibat arahnya acak, gaya tarik-menarik dan tolak-
menolak antar magnet elementer saling meniadakan. Itulah sebabnya pada besi
bukan magnet tidak terdapat gaya magnet (sifat magnet).
2.5 Elektromagnetik
Sebuah elektromagnetik pada bentuk paling sederhana merupakan sebuah
kabel kumparan yang digulung menjadi satu loop atau lebih. Kumparan atau
gulungan ini disebut solenoid. Ketika kuat arus listrik mengalir pada kumparan,
sebuah medan magnet dihasilkan sepanjang kumparan. Kekuatan medan magnet
dipengaruhi oleh beberapa faktor. Faktor yang mempengaruhi diantaranya, yaitu
jumlah lilitan, besarnya arus dan bahan yang digunakan sebagai inti kumparan.Jumlah
8
lilitan mempengaruhi luas daerah yang berinteraksi, besar arus mempengaruhi
aktivitas dan bahan intikumparan mempengaruhi resistansi listrik.Inti kumparan harus
merupankan bahan ferromagnetik, yaitu bahan yang mudah dibuat menjadi magnet,
karena beberapa bahan tidak dapat dibuat menjadi magnet atau memiliki sifat
kemagnetan yang sangat kecil.
Gambar 2.10 Arah ektromagnetikSumber :https://www.academia.edu/7566690/2._bab_1-3 (2014)
2.6 Besaran-Besaran Magnet
2.6.1 Fluks Magnet (Φ)
- Fluks magnet (Φ) adalah Aliran arus magnet dari kutub U ke S
- Berbentuk garis-garis gaya magnet
- Memiliki arah, kerapatan, intensitas
1 Wb = 108 garis gaya magnet = 108 Maxwell
2.6.2 Kerapatan Fluks Magnet (B)
...............................................................................................................(2.1)
A = Luas Penampang (m2)
Kerapatan fluks magnet (B) adalah Banyaknya fluks yang mengalir dalam
suatu luas penampang.
2.6.3 Gaya Gerak Magnet (Fm)
Gaya gerak magnet (Fm) adalah Gaya yang diperlukan untuk
mengerakkan fluks magnet
Dihasilkan oleh arus listrik (I) mengalir dalam kumparan (N)
Fm = N x I (Ampere – Turn) (AT).................................................(2.2)
9
2.6.4 Kuat Medan Magnet (Intensitas)
Kuat Medan Magnet (Intensitas) adalah Besarnya Gaya Gerak Magnet
(GGM) per satuan panjang (L) dari suatu jalur aliran fluks magnet
H............................................................................................................(2.3)
2.6.5 Permeabilitas
Permeabilitas adalah kemampuan suatu medium untuk menghasilkan suatu
kerapatan fluks (B) dari adanya kuat medan magnet (H) yang mengenai medium
tersebut
Permeabilitas ada 3 macam :
1) Permeabilitas ruang hampa (µ0)
2) permeabilitas relatif (µr)
3) permeabilitas absolute (µ)
2.6.5.1 Permeabilitas ruang hampa (µ0)
Permeabilitas ruang hampa (µ0) adalah kerapatan (B) fluks yang
dihasilkan dalam ruang hampa berbanding kuat medan magnet yang diterima
Aawd..............................................................................................(2.3)
Dimana .......................................................................................................(2.4)
2.6.5.2 Permeabilitas relatif (µr)
Permeabilitas relatif (µr) adalah perbandingan antara B dalam medium
tertentu dengan B dalam ruang hampa yang dihasilkan oleh kuat medan yang
sama.
...........................................................................................................(2.5)
sehingga, B = µr . µo . H....................................................................................(2.6)
2.6.5.3 Permeabilitas Absolute (µ)
Permeabilitas Absolute (µ) adalah permeabilitas relative (µr) dikalikan
dengan permeabilitas ruang hampa (µ0)
µ= µr . µo H/m.....................................................................................(2.7)
10
Sehingga pada ruang hampa, µr = 1 dan µr . µo = µo.
2.6.6 Permeansi
Permeansi adalah komponen suatu medium untuk menghasilkan
pemeabilitas
..........................................................................................................................(2.8)
2.6.7 Reluktansi (Rm)
Reluktansi adalah Perlawanan terhadap fluks medan magnet melalui
volume yang diberikan dari ruang atau bahan. Analoginya dengan reisitansi
listrik.
............................................................................................(2.9)
.......................................................................................................(2.10)
Sehingga
..................................................................................(2.11)
2.7 Suseptibilitas
Suseptibilitas magnetik suatu material mewakili kecenderungan suatu
material untuk menjadi bahan magnet dalam pengaruh medan magnet luar.
Pengukuran suseptibilitas memungkinkan kita untuk mengidentifikasi meneral
pembawa Fe dalam suatu sampel, menghitung konsentrasi atau volume mineral
tersebut, mengklasifikasi jenis-jenis mineral yang berbeda, serta mengidentifikasi
proses pembentukan dan perpindahan mineral tersebut. (Dearing, 1999. op. Cit.
Andreas, 2004)
Suseptibilitas magnetik bahan (χ) dapat diperoleh dari persamaan:
M=χ.H.......................................................................................................................(2.12)
Dengan M adalah magnetisasi induksi (momen dipol magnet persatuan
volume) (A/m) dan H adalah kuat medan Magnetik yang diberikan (A/m).
11
Suseptibilitas untuk paramagnetik ditentukan oleh :
Hukum : Curie – Weiss
χ=MBa
................................................................................................(2.13)
χ=C
T−TC...........................................................................................(2.14)
Dengan : C = konstanta Curie
Tc = suhu Curie
2.8 Temperature Curie
Hukum Curie-Weiss bisa diturunkan dengan menggunakan argumen yang
diusulkan Weiss. Didalam bahan momen ferromagnetik termagnetkan secara
spontan, yang menunjukkan kehadiran suatu medan internal untuk menghasilkan
magnetisasi ini. Weiss mengasumsikan bahwa medan sebanding dengan
magnetisasi
B= λ . M (2.1)
Dimana λ adalah konstanta Weiss. Weiss menyebut medan ini adalah
medan molekular dan yang dipikirkannya bahwa medan ini adalah hasil dari
molekul-molekul di dalam sampel. Berdasarkan kenyataan, bahwa titik asal
medan ini adalah pertukaran interaksi (exchange interact). Pertukaran interaksi
(exchange interact) adalah konsekwensi dari prinsip larangan Pauli dan interaksi
Coulomb antara elektron-elektron. Anggaplah suatu contoh sistem dua elektron.
Ada dua susunan yang mungkin untuk spin-spin elektron; paralel atau anti-paralel
lain. Jika mereka paralel, bahwa prinsip larangan mensyaratkan elektron-elektron
bagian jauh tersisa. Dua susunan ini mempunyai energi berbeda, karena saat
elektron mendekat bersama, energi timbul sebagai suatu hasil penolakan coulomb,
hal ini adalah penjelasan nyata dari aturan Hund pertama dimana sistem elektron-
elektron mempunyai kecenderungan untuk memiliki spin tinggi, dimana tidak ada
larangan oleh prinsip Pauli. Sebagaimana kita lihat dari contoh ini energi
elektrostatik suatu sistem elektron bergantung pada orientasi relatif spin-spin;
perbedaan di dalam energi mendefinisikan exchange energi(pertukaran energi).
12
Interaksi exchange adalah range singkat. Dengan demikian, hanya atom-
atom terdekat yang dapat merespon dalam menghasilkan medan molekular. Besar
medan molekular (exchange) sangat besar dengan orde berkisar 107 atau 103T.
Hal ini tidak mungkin menghasilkan masing-masing medan di
laboratorium. Dalam kenyataannya, setiap spin hanya mengalami magnetisasi dari
tetangga-tetangga terdekatnya, sehingga persamaan (1) perlu dikoreksi. Suhu
Curie adalah suhu di mana magnetisasi spontan lenyap, dan memisahkan fase
paramagnetik (keadaan kacau atau disordered) pada suhu tinggi, T.
Temperature Curie adalah suhu yang memisahkan antara ferromagnetik
dengan non ferromagnetik.
Gambar 2.11 Temperature CurieSumber : http://digilib.uin-suka.ac.id/10813/2/BAB%20II,%20III,%20IV.pdf
Berdasarkan Hukum Curie-Weiss, Sebuah bahan yang paramagnetik bisa
berlaku sebagai ferromagnetik apabila suhunya diturunkan sampai dengan suhu
tertentu (suhu Curie). Sebuah bahan yang paramagnetik bisa berlaku sebagai anti
ferromagnetik apabila suhunya dinaikan sampai dengan suhu tertentu (suhu
Weiss).
2.9 Sifat Magnetik Bahan
Sifat magnetik suatu bahan terjadi karena adanya orbital dan spin elektron
serta interaksi antara elektron yang satu dengan elektron yang lain. Suatu bahan
yang ditempatkan pada medan magnet luar dengan intensitas magnetik (H), terjadi
magnetisasi (M) serta terjadi induksi magnet (B) yang dapat dituliskan pada
persamaan 2.2 (Purbaet.al, 2010).
B = µ0 H + µ0 M (2.2)
13
Sedangkan variabel M dan H direlasikan oleh suseptibilitas magnetic (χ)
sedangkan B dan H dapat direlasikan dengan permeabilitas bahan (µ) sehingga
dapat dituliskan ke dalam persamaan 2.3 dan 2.4.
M= χ H ...........................................................................................................(2.3)
B = µ H.............................................................................................................(2.4)
Hubungan antara magnetisasi (M), intensitas magnetik (H), dan induksi
magnetik (B) dapat dilihat dari kurva histerisis. Sebuah loop histerisis
menunjukkan hubungan antara kerapatan fluks induksi magnetik (B) dan gaya
magnet/intensitas magnetik (H). Semakin besar nilai H maka semakin besar pula
medan magnet B. Deskripsi secara rinci dapat dilihat pada gambar 2.8.
Gambar 2.12 Kurva Histerisis (NDT resource center, 2001-2011)Sumber : http://digilib.uin-suka.ac.id/10813/2/BAB%20II,%20III,%20IV.pdf
Pada titik a menunjukkan hampir seluruh domain magnetik adalah selaras
dan peningkatan pada medan magnetik akan meningkatkan sedikit dari fluks
magnetik. Maka pada titik ini bahan mengalami titik jenuh magnetik (magnetisasi
saturasi).
Ketika nilai H direduksi menjadi nol, kurva akan bergerak dari titik a ke
titik b. Pada titik ini, dapat dilihat bahwa beberapa fluks magnetik tetap berada
pada bahan meskipun gaya magnetisasi nol. Hal ini disebut titik retensivitas atau
retentivity pada grafik yang menunjukkan remanen atau tingkat magnetisasi sisa
dalam bahan.
14
Retensivitas didefinisikan sebagai magnetisasi yang tersisa ketika H telah
hilang. Ini menunjukkan kemampuan magnetisasi bahan saat diberi medan luar
(H). Jika nilai retensivitas besar maka sifat kemagnetannya semakin kuat.
Pada titik c fluks magnetik mengalami pengurangan sampai ke nilai nol
dan disebut titik koersivitas pada kurva. Koersivitas atau coercivity (Hc)
merupakan besarnya medan yang diperlukan untuk membuat kemagnetannya = 0.
Semakin besar Hc maka sifat kemagnetannya akan semakin kuat.
Selanjutnya pada titik d, kekuatan magnetik meningkat pada arah negatif
sehingga bahan mengalami magnetisasi jenuh (magnetisasi saturasi) tetapi pada
arah yang berlawanan. Nilai H berkurang sampai nol dan kurva dibawa menuju
titik e.
Pada titik f nilai H mengalami kenaikan kearah positif sedangkan nilai B
mengalami penurunan ke titik nol sehingga dari titik f kembali ke titik jenuh
(magnetisasi saturasi).
2.10 Teori Paramagnetik
Bahan paramagnetik adalah bahan-bahan yang memiliki suseptibiitas
magnetik χm yang positif dan sangat kecil. Paramagnetik muncul dalam bahan
yang atom- atomnya memiliki momen magnetik yang berinteraksi satu sama lain
secara sangat lemah. Apabila tidak terdapat Medan magnetik luar, momen
magnetik ini akan berorientasi acak. 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 (Tipler, 2001).
15
Gambar 2.13 Arah elektromagnetik (a). Tanpa medan magnet luar(B=0) (b). Dengan magnet luar. (B>0)
Sumber :https://www.academia.edu/7566690/2._bab_1-3 (2014)
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
χ = NV
(g µB)2
3J (J+1)
kB T ...............................................................................(2.20)
χ = N3V
µB2 P2
k B T ............................................................................................(2.20)
χ = CT .........................................................................................................(2.20)
Persamaan di atas adalah merupakan persamaan hukum Curie dimana T adalah
suhu pengamatan, µB adalah bilangan Bohr Magneton, N adalah jumlah atom
Gambar 2.14 Grafik hubungan antara suseptibilitas magnetik
χ terhadap temperatur T pada bahan paramagnetik (Kittel, 1996)sumber : https://www.academia.edu/8460392/Magnetik-paramagnetik-feromagnetik-bab-ii-asmin
Sifat dari bahan dapat diketahui dengan mengetahui kandungan mineral
magnetik pada bahan tersebut. Kandungan mineral magnetik ini dapat diketahui
16
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.
Contoh bahan logam penyusun magnet paramagnetik adalah kromium dan
nikel
2.11 Kromium
Kromium adalah logam non-ferro yang dalam tabel periodik termasuk
golongan VIb dan lebih mulia dari besi.
Kromium merupakan unsur yang berwarna perak atau abu-abu baja,
berkilau, dan keras. Kromium tidak ditemukan sebagai logam bebas di alam.
Kromium ditemukan dalam bentuk bijih kromium, khususnya dalam senyawa
PbCrO4 yang berwarna merah. PbCrO4 dapat digunakan sebagai pigmen merah
untuk cat minyak.
Semua senyawa kromium dapat dikatakan beracun. Meskipun kromium
berbahaya, tetapi kromium banyak digunakan dalam berbagai bidang. Misalnya
dalam bidang biologi kromium memiliki peran penting dalam metabolisme
glukosa. Dalam bidang kimia, kromium Digunakan sebagai katalis, seperti
K2Cr2O7 merupakan agen oksidasi dan digunakan dalam analisis kuantitatif.
Dalam industri tekstil, kromium digunakan sebagai mordants. Kromium memiliki
beberapa istop. Diantara isotop-isotop kromium, ada beberapa isotop kromium
yang digunakan untuk aplikasi medis, seperti Cr-51 yang digunakan untuk
mengukur volume darah dan kelangsungan hidup sel darah merah.
2.11.1 Sejarah Kromium
Pada tahun 1797, analis dari Prancis, yang bernama Louis-Nicholas
Vauquelin menemukan “kromium“. Namun sebelumnya, Vauquelin menganalisis
zamrud dari Peru dan menemukan bahwa warna hijau adalah karena adanya unsur
baru, yaitu kromium. Bahkan, nama kromium berasal dari kata Yunani “kroma”
yang berarti “warna”, dinamakan demikian karena banyaknya senyawa berwarna
17
berbeda yang diperlihatkan oleh kromium Satu atau dua tahun kemudian seorang
kimiawan dari Jerman, Tassaert yang bekerja di Paris menemukan kromium
dalam bijih Kromit, Fe(CrO2)2, yang merupakan sumber utama kromit hingga
sekarang.
Pada pertengahan abad ke-18 seorang analisis dari Siberia menunjukkan
bahwa kromium terdapat cukup banyak dalam senyawa PbCrO4, tetapi juga
terdapat dalam senyawa lain. Ini akhirnya diidentifikasi sebagai kromium oksida.
Kromium oksida ditemukan pada 1797 oleh Louis-Nicholas Vauquelin.
Pada 1761, Johann Gottlob Lehmann mengunjungi Mines Beresof di
lereng Timur dari Pegunungan Ural di mana ia memperoleh sampel dari mineral
merah-oranye yang disebutnya ujung merah Siberia. Setelah kembali ke St
Petersburg pada 1766, ia menganalisis mineral ini dan menemukan bahwa itu
berisi "mineralisasi dengan spar selenitic dan partikel besi". Bahkan, mineral itu
crocoite, sebuah kromat timbal (PbCrO4).
Pada tahun 1770, Peter Simon Pallas juga mengunjungi Pertambangan
Beresof dan diamatinya "merah” memimpin mineral yang sangat luar biasa yang
belum pernah ditemukan dalam tambang lainnya. Ketika dilumatkan, itu
memberikan guhr kuning indah yang dapat digunakan dalam lukisan miniatur.
Meskipun jarang dan kesulitan dengan yang diperoleh dari Pertambangan Beresof
(pengangkutan ke Eropa Barat sering mengambil dua tahun), penggunaan timbal
merah Siberia sebagai pigmen cat cepat dihargai dan itu ditambang baik sebagai
kolektor item serta untuk industri cat - kuning cerah yang terbuat dari cepat
crocoite menjadi warna modis untuk kereta bangsawan di Prancis dan Inggris.
Pada 1797, Nicolas-Louis Vauquelin, profesor kimia dan pengujian di
School of Mines di Paris, menerima beberapa sampel bijih crocoite. Analisis
berikutnya mengungkapkan unsur logam baru, yang disebutnya kromium setelah
khrôma kata Yunani, yang berarti warna.
Setelah penelitian lebih lanjut dia terdeteksi jejak unsur kromium dalam
permata memberikan karakteristik warna merah batu delima dan zamrud hijau
khas, serpentine, dan mika krom.
18
Pada 1798, Lowitz dan Klaproth menemukan kromium dalam sampel batu
hitam berat ditemukan lebih ke utara dari Pertambangan Beresof dan pada 1799
Tassaert diidentifikasi kromium dalam mineral yang sama dari sejumlah kecil
deposit di wilayah Var Selatan-Timur Perancis. Mineral ini ia ditentukan sebagai
besi spinel krom sekarang dikenal sebagai kromit (FeOCr2O3).
Cadangan bijih kromit ditemukan di Pegunungan Ural sangat
meningkatkan suplai kromium untuk industri cat berkembang dan bahkan
menghasilkan bahan kimia pabrik krom disiapkan di Manchester, Inggris sekitar
1808. Pada 1827, Tyson Ishak mengidentifikasi simpanan bijih kromit di
perbatasan Pennsylvania-Maryland dan Amerika Serikat menjadi pemasok
monopoli untuk beberapa tahun. Tapi kelas kromit deposito-tinggi ditemukan
dekat Bursa di Turki pada tahun 1848 dan dengan kelelahan dari deposito
Maryland sekitar 1860, Turki yang kemudian menjadi sumber utama pasokan.
Hal itu berlangsung selama bertahun-tahun sampai pertambangan bijih kromium
dimulai di India dan Afrika Selatan sekitar 1906.
2.11.2 Karakteristik Kromium
Sifat Fisika Kromium
Tabel 2.1 Sifat Fisika KromiumSumber : https://id.scribd.com/doc/74979375/Kromium#download
Massa Jenis 7,15 g/cm3 (250C)
Titik Lebur 2180 K, 19070C, 3465 ° F
Titik Didih 2944 K, 26710C, 4840 ° F
Entalpi Peleburan 20,5 kJ mol -1
Panas Penguapan 339 kJ mol -1
Entalpi Atomisasi 397 kJ mol -1
Kapasitas Kalor (250C) 23,25 J/mol.K
Konduktivitas Termal 94 W m -1 K -1
Koefisien ekspansi termal linier 4,9 x 10 -6 K -1
Kepadatan 7,140 kg m -3
Volum Molar 7,23 cm 3
Sifat Resistivitas listrik 12,7 10 -8 Ω m
19
Sifat Kimia Kromium
Tabel 2.2 Sifat Kimia KromiumSumber : https://id.scribd.com/doc/74979375/Kromium#download
Nomor Atom 24
Massa Atom 51,9961 g/mol
Golongan, periode, blok VI B, 4, d
Konfigurasi elektron [Ar] 3d5 4s1
Jumlah elektron tiap kulit 2, 8,13, 1
Afinitas electron 64,3 kJ / mol -1
Ikatan energi dalam gas 142,9 ± 5,4 kJ / mol -1.
Panjang Ikatan Cr-Cr 249 pm
Senyawa beracun dan mudah terbakar
2.12 Nikel
Nikel adalah unsur kimia metalik dalam tabel periodik yang memiliki
simbol Ni dan nomor atom 28. Nikel mempunyai sifat tahan karat. Dalam keadaan
murni, nikel bersifat lembek, tetapi jika dipadukan dengan besi, krom, dan logam
lainnya, dapat membentuk baja tahan karat yang keras.
Perpaduan nikel, krom dan besi menghasilkan baja tahan karat (stainless
steel) yang banyak diaplikasikan pada peralatan dapur (sendok, dan peralatan
memasak), ornamen-ornamen rumah dan gedung, serta komponen industri.
2.12.1 Sejarah Nikel
Nikel ditemukan oleh Cronstedt pada tahun 1751 dalam mineral yang
disebutnya kupfernickel(nikolit)
2.12.2 Karakteristik Nikel
Sifat Fisika Nikel
Tabel 2.3 Sifat Fisika KromiumSumber : http://www.amazine.co/28267/nikel-ni-fakta-sifat-kegunaan-efek-
kesehatannya/
Struktur Kristal fcc
Massa Atom 58.6934 amu
20
Titik Didih 3005.15 K; 2732.0 °C; 4949.6 °F
Titik Leleh 1726.15 K; 1453.0 °C; 2647.4 °F
Massa Jenis 8.902 g/cm3 (250C)
Entalpi Penguapan 17.2 kJ mol -1
Kapasitas Kalor (250C) 0.444 J/mol.K
Konduktivitas Termal 90.7 W m -1 K -1
Koefisien ekspansi termal linier 4,9 x 10 -6 K -1
Kepadatan 7,140 kg m -3
Volum Molar 6.6 cm3
Sifat Resistivitas listrik 14.6 x 106 /Ω cm
Sifat Kimia Nikel
Tabel 2.4 Sifat Kimia KromiumSumber : http://www.amazine.co/28267/nikel-ni-fakta-sifat-kegunaan-efek-
kesehatannya/
Nomor Atom 28
Massa Atom 58,71 g/mol
Jumlah Protons/Elektron 28 Jumlah Neutron 31Konfigurasi Elektron [Ar]3d8 4s2
Jumlah elektron tiap kulit 2, 8,13, 1
Afinitas electron 64,3 kJ / mol -1
Ikatan energi dalam gas 142,9 ± 5,4 kJ / mol -1.
Panjang Ikatan Cr-Cr 249 pm
BAB III
HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Paramagnetik
Bahan paramagnetik memiliki µ sedikit lebih besar daripada nilai µ0.
Bahan ini berisi atom yang memiliki momen dipol magnet total yang disebabkan
oleh pengorbitan elektron dan tersusun oleh medan. Pada bahan ini beberapa atom
atau ion dalam bahan tersebut memiliki momen magnetik bersih (bernilai nol)
karena elektron tidak berpasangan di dalam orbital yang terisi sebagian. Ketika
medan magnet diberikan maka akan dipolakan cenderung sejajar dengan medan
listrik sehingga menghasilkan momen magnetik dalam arah medan listrik.
Pada mekanika klasik, kesejajaran ini dapat dijelaskan karena adanya torsi
yang diberikan pada momen magnetik menurut bidang yang diterapkan, yang
mencoba menyelaraskan dipol sejajar dengan medan listrik. Hubungan antara
magnetisasi (M) dengan intesitas magnetik (H) serta suseptibilitas (χ) dengan
temperatur (T) dapat dilihat pada gambar 2.12.
Gambar 2.15 Grafik Hubungan Magnetisasi (a) Grafik magnetisasi sebagai fungsi intensitas magnetik
(b) Grafik suseptibilitas sebagai fungsi temperaturSumber : http://digilib.uin-suka.ac.id/10813/2/BAB%20II,%20III,%20IV.pdf
Perhatikan pada grafik hubungan magnetisasi (M) sebagai fungsi intensitas
magnetik (H), ketika magnetisasi nol maka intensitas bernilai nol dengan nilai
suseptibilitas magnetik (χ) > 0. Sedangkan pada grafik hubungan antara
suseptibilitas magnetik (χ) Vs temperatur (T) dapat dilihat bahwa nilai suseptibitas
magnetik dipengaruhi oleh temperatur (χ berbanding terbalik dengan T).
21
22
Ciri-ciri dari bahan paramagnetik adalah:
1. Bahan yang resultan medan magnet atomis masing-masing
atom/molekulnya adalah tidak nol.
2. Jika solenoida dimasuki bahan ini akan dihasilkan induksi magnetik yang
lebih besar.
3. Permeabilitas bahan: u > u o.
Contoh: aluminium, nikel, kromium
Tabel 3.1 Suseptibilitas magnetic χm= M
H untuk berbagai bahan
Sumber : http://dosen.narotama.ac.id/wp-content/uploads/2012/12/modul-13-SIFAT-KEMAGNETAN-BAHAN.doc
Bahan (Paramagnetik) Xm( x 10-6 mks ) Bahan (diamagnetik) Xm(x 10-6 mks)
Alumunium
Kalsium
Kromium
Oksida tembaga (CuO)
Oksida besi(Fe2O3)
Magnesium
Mangan
O2 Cair (-219 o C)
Platina
Tantalium
Nikel
+ 0,82
+ 1,4
+ 4,5
+ 1,5
+ 26,0
+ 0,69
+ 1,0
+ 390
+ 1,65
+ 1,1
+ 1,6
Bismut
Kadmium (Cd)
Tembaga
Germanium
Helium
Emas (Au)
Timah hitam
seng
-0,7
-0,23
-0,11
-0,15
-0,59
-0,19
-0,18
-0,20
3.2 Penggunaan Bahan Paramagnetik pada kehidupan sehari-hari
3.2.1 Obeng
Obeng adalah sebuah alat yang digunakan untuk mengencangkan atau
mengendorkan baut. Ada beberapa model obeng yang digunakan di seluruh dunia.
Model obeng yang sangat umum di Indonesia adalah model Phillips yang populer
disebut obeng kembang atau plus (+) dan slotted yang sering disebut obeng minus
(-). Model obeng lain yang digunakan di negara-negara lain antara
lain Torx (bintang segi enam), hex (segi enam), Robertson (kotak).
23
Tentu saja pengaplikasian magnet paramagnetik berada pada obeng yang
berjenis obeng magnet. Mengapa demikian? Dikarenakan fungsi magnet pada
obeng magnet untuk menarik benda-benda logam dengan lemah, diantaranya
memudahkan untuk menarik baut-baut kecil ketika tersangkut di suatu tempat
yang sempit. Obeng magnet bermacam-macam jenis logamnya antara lain
kromium dan nikel.
3.2.1.1 Obeng Magnet Kromium
Obeng Magnet Kromium memiliki kelebihan dan kekurangan sebagai
berikut
Gambar 2.15 Grafik Hubungan Magnetisasi Sumber : http://www.ebay.com/sch/sis.html?_nkw=1pc%20Rubber%20Coated%20Handle
%205%2075mm%20Slotted%20Screwdriver%20Chromium%20vanadium%20Steel&_itemId=131002947849
Keuntungan Obeng Magnet Kromium :
Obeng ini memiliki permukaan jika dipoles akan bersinar seperti cermin
dan dapat memantulkan cahaya. Apabila digosok akan mengkilap. Kromium tidak
mudah berkarat. Mudah dijadikan magnet karena memiliki suseptibilitas χM > 0
yaitu + 4,5
Kerugian Obeng Magnet Kromium :
Cepat kusam. Apabila terjadi goresan, akan tampak terlihat. Inti logam
dapat karat jika kerusakan akibat kecelakaan (terjadi patahan) karena unsur alami.
3.2.1.2 Obeng Magnet Nikel
Obeng Magnet Nikel memiliki kelebihan dan kekurangan sebagai berikut
24
Gambar 2.15 Grafik Hubungan Magnetisasi Sumber : http://item.brownells.com/tertiary/grace-usa-screwdrivers-sets/index.htm
Keuntungan Obeng Magnet Nikel :
Obeng magnet nikel kuat, tahan panas, dan tidak mudah berkarat. Mudah
untuk dibuat magnet dan magnet tidak mudah untuk dihilangkan.
Kerugian Obeng Magnet Nikel :
Obeng magnet nikel memiliki harga yang lebih tinggi dari Obeng magnet
kromium
BAB IV
PENUTUP
4.1 Simpulan
Kesimpulan dari paper yang dibuat adalah bagaimana penerapan
paramagnetik dalam kehidupan sehari-hari seperti pada obeng magnet. Bahan
paramagnetik dikatakan magnet lemah dengan dukungan teori-teori yang
membuktikan seperti :
Menurut teori paramagnetik, 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.
Paramagnetik adalah sifat suatu benda untuk menciptakan suatu medan
magnet ketika dikenai medan magnet. Sifat ini menyebabkan efek tarik-menarik
namun lemah. Paramagnetik adalah salah satu bentuk magnet yang cukup lemah,
dengan pengecualian super konduktor yang memiliki kekuatan magnet yang kuat.
4.1 Saran
Semoga dengan paper yang sudah dibuat ini bisa memberikan
pengetahuan yang lebih tentang paramagnetic karena paper ini telah
menjelaskan dari apa saja kegunaan bahan paramagnetic dalam kehidupan
sehari-hari sampai bagaimana paramagnetik bisa dikatakan magnet lemah
sehingga paper ini bisa berguna bagi pembacanya.
25
BAB V
DAFTAR PUSTAKA
[1] Anonim, “konsep-dasar-magnet.pdf”, http://iwan78.files.wordpress.com/2011/04/04-konsep-dasar-magnet.pdf, (2011) [2] Anonim, “BAB II Teori Dasar”, http://digilib.itb.ac.id/files/disk1/560/jbptitbpp-gdl-elisasesan-27974-3-2001ts-2.pdf (1994). [3]Anonim, “BAB II Teori Dasar”, http://digilib.itb.ac.id/files/disk1/548/jbptitbpp-gdl-suryaperma-27357-3-2007ta-2.pdf(2007). [4] S Sutomo, “BAB I PENDAHULUAN 1. LATAR BELAKANG”, http://eprints.undip.ac.id/41681/2/2._bab_1-3.pdf(2012).[6] Martak, F., “Kompleks Besi(II) dengan Ligan 2-Feniletilamin”, Seminar Nasional Kimia, Jurusan Kimia FMIPA Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya (2010). [7] Underwood, A.L. and Day, R.A, ”Analisis Kimia Kuantitatif”, Edisi Keenam, Penerbit Erlangga, Jakarta (2002). [8] Samath, S.A., Raman, N dan Jeyasubramanian, K., “New β-diketon-(2-phenylethl)amine schiff base chelates of copper(II), nickel(II) and cobalt(III) and their electrophilic substitution products”, Polyhedron (1991) 10, 1687-1693. [9] Nakamoto, K., “Infrared and Raman Spectra of Inorganic and Coordination Compounds”, Third Edition, John Wiley & Sons, USA (1986). [10] MNI Rajagukguk, “Sintesis dan Karakterisasi Senyawa Koordinasi Besi(II) dengan Ligan Basa Schiff N,N’-bis-(2-asetilpiridin)etilendiimino dan Tiosianat”, Skripsi, USU, Sumatra Utara (2011).[11] Afidatun Najah,dkk., http://jurnal-online.um.ac.id/data/artikel/artikel2F3AF1309B2A44F3E98A8AD39EF0E5B9.pdf(2012)
26