BAHAN-BAHAN MAGNETIK

A. Parameter dan Satuan (Units) dalam kemagnetan

Dalam kemagnetan sering dipakai parameter fluks magnet atau magnetic flux (Ф),

kuat medan magnet atau flux density (B), induksi kemagnetan (H) dan permeabilitas (µ).

Untuk mengenal satuan-satuan dengan diperhatikan ringkasan-ringkasan sebagai

berikut;

Tabel 1 Parameter dan Rumus Kemagnetan

Fluks adalah banyaknya garis gaya, sedangkan kuat medan adalah banyaknya gaya

per satuan luas. Pada lilitan berarus juga dikenal parameter Magneto Motive Force dengan

symbol F dengan satuan Ampere Lilit (A lilit). Selain F juga dkenal Magnetisng Force atau

kuat medan magnet dengan symbol H yang satuannya A lilit/meter.

µ adalah permeabilitas bahan yang merupakan hasil perkalian permeabilitas absoulut

(µo) dengan permeabilitas relative (µr). Besarnya µo = 4π.10-7 H/m.

Nilai yang diekspresikan (µr-1) disebut magnetisasi per unit dari intetitas medan

magnet yang disebut susceptibilitas magnetisasi. Karena µr tidak bersatuan, maka demikian

pula dengan µr-1. Besanya µ untuk bahan ferromagnetic tidak constant. Jika arus dialirkan

melalui kumparan dengan inti kumparan yang terus bertambah secara bertahap dimulai dari

nol maka medan magnet dan kerapatan fluk akan bertambah. Pertambahan keduanya adalah

sepanjang garis OP. Pada gambar terlihat bahwa kurva OP mula-mula naik dengan tajam,

kemudian setelah mencapai tahapan tertent kurvanya jadi mendatar. Hal ini setelah mencapai

tahapan kejenuhan (saturasi). Hasil nilai B dengan H adalah harga yang besarnya tidak

constant.

Gb.1 Jerat Histerisis Bahan Ferro

Pada gambar 2 setelah titik 6P dicapai, kemudian arus diturunkan secara bertahap,

maka diperoleh kurva PQ, yaitu pada saat arus sama dengan nol, masih terdapat sisa

kemagnetan (Br). Kemudian arah arus dibalik dengan cara sebelumnya. Besar H akan

bertambah sehingga B menjadi nol dititik R, diperoleh Hc disebut Daya Koersip. Selanjutnya

prosedur seperti diatas diulang, didapat tertutup PQRSCTP yang disebut kurva Histerisis

magnetic yang dimagnetisasi. Kalau inti tersebut diberi arus bolak-balik maka akan

menimbulkan Eddy Current yang sering disebut arus pusar aau arus facoult.

B. Pengaruh Permeabilitas Bahan

Berdasarkan permeabilitas, bahan dapat digolongkan menjadi 5, yaitu diamagnetic,

paramagnetic, ferromagnetic, anti ferromagnetic dan ferrimagnetik (ferrit). Bahan

diamagnetic adalah bahan yang sukar menghantarkan garis gaya magnetic (ggm),

permeabilitasnya sedikit lebih kecil dari 1 dan tidak mempunyao dwikutub yang permanen.

Yang termasuk bahan diamagnetic antara lain Bi, Cu, Au, Al2O3 dan Ni SO4. Bahan

paramagnetic adalah bahan yang dapat menyalurkan ggm tetpai tidak dwikutubnya tidak

beraturan. Contoh bahan paramagnetic Al, Pb, Fe2 SO4, FeSO4, Mo, W, Ta, Pt dan Ag. Bahan

ferromagnetic adalah bahan yang mudah menyalurkan ggm, pemeabilitasnya jauh lebih besar

dari 1. Contohnya adalah Fe, Co, Ni, Gd dan Dy.

Teori anti ferromagnetic dikembangkan oleh Neel, seorang ilmuwan Prancis. Bahan

ferromagnetic mempunyai suspensibilitas positif yang kecil pada segala suhu tetapi

perubahan suspensibilitas karena suhu adalah keadaan yang sangat khusu. Susunan

dwikutubnya sejajar tetapi berlawanan arah. Bahan anti ferromagnetic antara lain; MnO2,

MnO, FeO dan CoO.

Resistivitas bahan ferromagnetic adalah sangat rendah. Hal ini yang menyebabkan

pemakaian ferromagnetic terbatas pada frekuensi rendah. Sedangkan bahan ferrimagnetik

resistivtasnya jauh lebih tinggi dibandingkan bahan ferromagnetic. Karena itu ferrimagnetik

layak digunakan pada peralatan yang menggunakan frekuensi tinggi, disamping ars eddy

yang terjadi padanya rendah. Rumus bahan ferrimagnetik adalah Mo, Fe2O3 (M adalah

logam bervalensi 2 yaitu Mn, Mg, Ni,Cu, Co, Zn, Cd). Contoh: ferrit, seng, nikel.

Gb. 2 Susunan Dwikutub bahan-bahan Magnetik

Istilah bahan magnetic untuk umum yang digunakan hanyalah bahan ferromagnetic.

Bahan-bahan ferromagnetic dapat dikategorikan menjadi 2 yaitu;

1. Bahan yang mudah dijadikan magnet yang lazim disebut bahan magnetic lunak. Bahan

ini banyak digunakan untuk inti transformator, inti motor atau generator, relai, peralatan

sonar atau radar.

2. Bahan ferromagnetic yang sulit dijadikan magnet tetapi setelah menjadi magnet tidak

mudah kembali semula, disebut bahan magnet keras. Bahan ini digunkan untuk pabrikasi

magnet permanen.

Sifat-sifat bahan magnetik mirip dengan sifat-sifat bahan dielektrik. Momen atom

dan moleku-molekul yang menyebabkan adanya dwikutub yang sama dengan momen

dwikutub pada bahan dielektrik. Magnetisasi pada bahan magnet seperti halnya polarisasi

pada bahan dielektrik.

C. ,Baja Listrik

Untuk mengubah bahan magnetic linak menjadi baja listrik, agar rugi histerisis arus

pusarnya turun, adalah dengan menambahkan silicon ke dalam komposisinya. Cara ini akan

mengurangi rugi histerisis dengan tajam karena penambahan silicon mengakibatkan

pertambahan resistivitas. Paduan baja dengan tambahan silicon sekarang ini merupakan

bahan yang sangat penting untuk bahan magnetic lunak pada teknik listrik. Namun perlu

diingat bahwa penambahan silicon akan menyebabkan bahan menjadi rapuh. Tabel dibawah

ini memberikan data campuran silicon pada baja sehubungan dengan resistivitas dan masa

jenisnya.

Kandungan Si (%) Resistivitas ohm-mm2/m

Massa Jenis g/cm3

0,8 - 1,8 1,25 7,81,8 - 2,8 0,4 7,752,8 - 4,0 0,5 7,654,0 - 4,8 0,57 7,55

Tabel 2 Pengaruh Campuran Si terhadap Resistivitas dan Massa Jenis Baja

Laminasi untuk transformator umumnya mengandung Si sekitar 4%, sedangkan untuk

jangkar motor listrk mengandung Si nya 1-2%. Namun hal ini dapat berubah-ubah

berdasarkan sandart masing-masing Negara penghasil mesin-mesin tersebut. Selanjutnya

periksa tabel 3.

Ketebalan laminasi baja transformator untuk inti peralatan listrik adalah 0,1 hingga 1

mm dan yang bias dipasarkan adalah 0,35 mm dan 0,5 mm dalam bentuk lembaran 2 x 1 m,

1,5 x 0,75m. Kurva magnetisasi baja transformator ditunjukkan pada gambar 3.

Gb. 3 Kurva B-H pada baja

Baja jenis listrik lainnya adalah baja listrik dengan proses dingin. Kemampuan baja listrik

sangat tinggi terutama jika fluks magnetnya searah dengan panjang laminasi. Karena kristal

baja ini dibuat searah dengan proses pendingin dan aniling pada ruang yang diisi hydrogen.

Baja ini digunakan pada pembuatan inti transformator dengan lilitan jenis ribbon (misalnya;

transformator arus). Baja ini memungkinkan untuk mengurangi berat dan dimensi

transformator 20 hingga 25% dan untuk transformator radio lakukan tersebut dapat mencapai

40%.

D. Bahan Magnet Lain

Bahan magnetic yang banyak digunakan adalah paduan besi nikel. Tabel 4

menunujukkan hubungan antara permeabilitas dengan komposisi antara besi dan nkel.

Paduan yang terdiri dari bsi nikel dengan tambahan molybdenum, chromium atau tembaga,

disebut permalloy.

No % Fe (Besi) % Ni (Nikel) µ i1 100 0 5002 80 20 03 60 40 24 40 60 35 20 80 1506 0 100 100

Tabel 3

Permalloydapat dibedakan berdasarkan kandungan nikelnya, yaitu nikel rendah, yaitu

permalloy yang mengandung nkel 40 sampai 50%. Permalloy yang mengandung nikel 72

hingga 80% disebut permalloy rendah mempunyai induksi pada keadaan jenuh yang lebih

tinggi. Permeabilitas permalloy berbanding terbalik dengan frekuensi.

Permalloy yang mengandung Nikel sangat tinggi akan mempunyai permeabilitas yang tinggi

(hingga 800.000) setelah diadakan treatmen termal. Daya koersip rendah, yaitu antara 0,32

hingga 0,4 mikron. Permalloy sensitive terhadap beturan tekanan mempengaruhi sofat

kemagnetan.

Alsifer adalah bahan magnetic yang lebih disbanding permalloy, komposisinya 9,5%

Si, 5,6% Al, 84,9% Fe. Permeabilitasnya berkisar antara 10.000 hingga 35.000, daya koersip

1,59 amper lilit/m dan resistivitas 0, 81 Ω mm2/m. Alsifer sudah dijadikan bubuk dengan cara

menumbuknya untuk kemudian dibuat bahan magnetodielektrics pada kapasitor.

Camolloy termasuk bahan magnetic lunak yang komposisinya adalah 66,5% Ni, 30%

Cu, 3,5% Fe. Sifat yang menarik adalah Curienya relative rendah. Bahan akan kehilangan

sifat ferromagnet pada suhu 1000 C (titik Curie untuk Fe adalah 7680 C).

Bahan-bahan yang mempunyai jerat histerisis persegi seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 4 digunakan pada komposisi sebagai perangkat memori atau komponen operasi

logic, sebagi alat switching dan penyimpan informasi

Gb.4 Jerat Histerisis Jerat

E. Bahan Magnet Permanen

Magnet permanen digunakan pada instrumen penginderaan, relay, mesin-mesin listrik

yang kecil dan banyak lagi. Baja karbon yaitu baja dengan komposisi karbon 0,4 hingga

1,7%, merupakan bahan dasar pembuatan magnet pemanen. Walaupun bahan ini tergolong

muarh harganya tetapi kualitas kemagnetannya tidak terlalu tinggi. Kemagnetan bahan ini

relative lebih mudah untuk hilang terutama oleh pukulan atau vabrikasi. Untuk menaikkan

mutu kemagnetannya, maka baja karbon ditambah wolfram, kromium atau kobal.

Magnet yang dibuat dari karbon murni, wolfram, kromium, dan baja kobal harus

dikeraskan didalam air atau didalam minyak mineral sebelum dimagnetisasi. Bahan paduan

alni terdiri dari aluminium, nikel dan besi. Jika bahan tersebut ditambah lagi dengan silicon,

maka paduan tersebut disebut dengan alnisi. Sedangkan alnico adalah bahan paduan dengan

aluminium, nikel dan kobal. Bahan-bahan tersebut mempunyai kemagnetan yang tinggi dan

lebih muarh dibanding baja kobal berkualitas tinggi.

Vectolit adalah bahan paduan yang terdiri dari besi, kobal oksida dan barium. Bahan

ini juga disebut barium ferrit dan dipasaran serng disebut dengan arnox, indox ata ferroba,

dari bubuk bahan yang akan dipadukan pada suhu yang tinggi. Penggunaan antara lain untuk

magnet pada pengeras suara, perangkat penggandeng magnetic. Beberapa sifat kemagnetan

dari bahan magnet permanen paduan terlihat pada tabel dibawah ini;

NoKlasifikasi

Komposisi(sisanya % Fe)

HcA lilit / m

BrWb / m2

1 2 3 41 Baja murni untuk listrik 0, 01% C 6,32 - 31,6 2,1 - 2,152 Besi tuang 2 - 3,5% C 126,4 > 1,5

3 Dinamo dan Transformator a. Baja trafo I 0,7% Si 158 2,1 b. Baja trafo II 1% Si 252,8 2 c. Baja trafo III 1,72% - 2,7% Si 63,2 - 79 1,95 d. Baja trafo IV 3,4% - 4,3% Si 23,7 - 47,4 1,9

4 Bahan yang mengandung Ni Permenorm 3601 Kl 3,6% Si 7,9 1,3 Nikel murni 99% Ni ; 0,2% Cu 1,2 0,6 Hyperm 50% Ni 4,74 - 1,9 1,5 Memetal (II) 76% Ni ; 5% Mo 1,2 0,8

Supermalloy79% Ni ; 5% Mo ;

0, 5 % Mn 0,47 0,78

F. Baja untuk Keperluan Magnet

Baja untuk keperluan magnet dijumapai pada pelat-pelat baja dynamo. Magnet-

magnet arus bolak-balik, inti transformator, jangkar dari mesin DC, stator motor arus AC

dibuat dari pelat-pelat baja dynamo. Arus pusar akan timbul pada inti pejal dan menimbulkan

panas yang tinggi. Oleh karena itu inti dibuat dari inti yang berlapis-lapis dari baja dynamo

atau kaleng transformator atau kaleng jangkar. Bahan ini adalah ikatan special dari baja, zat

arang, silisum, mangaan dan fosfor; dan dalam perdagangan sering disebut dengan Stalloy.

Lempengan-lempengan baja yang sangat mudah dijadikan magnet dan mempunyai magnet

tinggal yang sangat sedikit. Penambahan Si mempertinggi tahanan listrik sehingga akan

memperkecil arus pusar. Kadar Si tidak boleh lebih dari 2, 5%. Pelat-pelat trafo dengan kadar

Si yang tinggi tidak ditembus, tetapi hanya digunting. Antara pelat-pelat tersebut

ditempelkan kertas atau diberi lapisan lak tipis.

Untuk inti magnet arus searah dapat dipakai inti dan jangkat yang pejal. Untuk itu

dapat dipakai baja lunak, baja lunak, baja yang mudah sekali dijadikan magnet setelah

mengalami proses pemanasan sampai pijar dan stelah itu didinginkan perlahan-lahan.

G. Baja Magnet

Baja magnet harus dibuat keras sekali, sehingga kemagnetannya tinggal lama. Untk

keperluan ini dahulu orang hanya memakai baja wolfram. Kemudian dari baja yang dipadu

dengan kobalt didapatkan magnet yang lebih kuat dari pada baja wolfram. Magnet baja

kobalt mula-mula dipakai untuk pengeras suara elektrodinamis. Sekarang telah didapatkan

magnet yang lebih kuat dari paduan-paduan baja, aluminium dan nikel. Baja kobalt

aluminium nikel disebut alnico. Suatu than kobalt dan aluminium (Ticonical) merupakan

paduan yang lebih unggul untuk magnet permanen.