SIFAT MAGNETIK MATERIAL MEDAN MAGNETIK MAGNET BATANG Garis medan magnetik yang dihasilkan loop berarus sama dengan garis medan magnetik yang dihasilkan oleh suatu magnet batang. Apakah sifat kemagnetan magnet batang disebabkan oleh loop listrik? Jika iya, bagaimana suatu magnet batang dapat mempunyai loop listrik? Elektron yang bergerak mengelilingi inti dapat dianggap sebagai simpal-simpal mini berarus listrik yang menimbulkan medan magnetik. Spin elektron juga menimbulkan medan magnetik. Momen Magnetik Suatu simpal kawat berarus akan memiliki momen magnetik.cos U B B u = = (adalah sudut antara dan B) Momen magnetik disebut juga momen dipol magnet. Energi potensial dipol magnet diberikan oleh : = IAMomen Magnetik Orbital Arah gerak elektron Arah arus 2| |= = |\ . eeIA LmMomen magnetik elektron sebanding dengan momentum sudut orbitalnya tetapi arahnya berlawanan 2 | |= = |\ .Bee L Lm249, 27 10 J T. (Magneton Bohr)B= 341, 05 10 J.s2ht= = Dalam teori kuantum, momentum sudut bernilai diskrit, yakni merupakan perkalian suatu bilangan dengan sehingga :Momen Magnetik Spin Selain memiliki momentum sudut orbital, elektron juga memiliki momentum sudut spin. Arah momen magnetik spin elektron berlawanan arah terhadap arah momentum sudut spin elektron. Momen magnetik spin elektron : spin2 = BSBahan Diamagnetik Bahan diamagnetik merupakan bahan-bahan yang terbuat dari atom-atom yang tidak memiliki momen magnetik permanen. Ketika suatu bahan diamagnetik berada di dalam medan magnetik luar maka medan magnetik luar ini akan menginduksi momen dipol yang berlawanan arah dengan arah medan magnetik luar (mengapa?).Efek Medan Magnetik pada Orbit Elektron Sebelum ada medan magnetik luar, orientasi orbit elektron bersifat acak sehingga momen dipol orbitalnya saling meniadakan. Setelah ada medan magnetik luar maka momen dipol orbital totalnya berlawanan arah dengan arah medan magnetik luar. + v1+ v2+ v1B A= 2 24ee RBm =total0 +=total+ v2BBahan Diamagnetik Bahan diamagnetik merupakan bahan-bahan yang terbuat dari atom-atom yang tidak memiliki momen magnetik permanen. Ketika suatu bahan diamagnetik berada di dalam medan magnet luar maka medan magnet luar ini akan menginduksi momen dipol yang berlawanan arah dengan arah medan magnet luar. Ketika suatu bahan diamagnetik berada di dalam medan magnet tidak seragam maka bahan diamagnetik akan tertolak (mengapa?) Contoh bahan diamagnetik : Bismut. Bahan Paramagnetik Paramagnetik, demikian juga ferromagnetik, merupakan bahan-bahan yang terbuat dari atom-atom yang memiliki momen magnetik permanen. Ketika tidak ada medan magnet luar, orientasi dipol magnet pada bahan paramagnetik akan acak dan saling meniadakan. Ketika medan magnet luar hadir, dipol-dipol magnet permanen tersebut akan cenderung mensejajarkan diri dengan arah medan magnet luar (mengapa?) Ingat konsep torsi IBBahan Paramagnetik Paramagnetik, demikian juga ferromagnetik, merupakan bahan-bahan yang terbuat dari atom-atom yang memiliki momen magnetik permanen. Ketika tidak ada medan magnet luar, orientasi dipol magnet pada bahan paramagnetik akan acak dan saling meniadakan. Ketika medan magnet luar hadir, dipol-dipol magnet permanen tersebut akan cenderung mensejajarkan diri dengan arah medan magnet luar. Ketika suatu bahan paramagnetik berada di dalam medan magnet luar yang tidak seragam, maka bahan paramagnetik akan tertarik (mengapa?). Contoh bahan paramagnetik : Aluminium. Vektor Magnetisasi Dipol-dipol magnetik di dalam bahan, baik diamagnetik maupun paramagnetik, juga membangkitkan medan magnetik bahan. Medan magnetik yang dibangkitkan bergantung dari jumlah dipol magnetik dalam bahan tersebut. Besar medan magnetik dalam bahan ini sebanding dengan vektor magnetisasi dari bahan tersebut. =Jumlah dipol magnetikVolumeVektor MagnetisasiMM =M 0MMedan Magnetik BahanB MB = + = +0 M 0 00Medan Magnetik TotalMedan Magnetik LuarB B B B MBBSuseptibilitas Magnetik Ketika suatu bahan berada di dalam medan magnet luar, dipol-dipol magnet di dalam bahan tersebut mensejajarkan diri ke salah satu arah dan dikatakan bahwa bahan tersebut termagnetisasi. Ukuran kerentanan suatu bahan untuk dapat termagnetisasi disebut suseptibilitas magnetik. Suseptibilitas magnetik bahan diamagnetik bernilai negatif sedangkan paramagnetik bernilai positif (mengapa?)

__=MM00Suseptibilitas Magnetik ( : Kuat Medan Magnet)M HBH H( ) ( ) _ = + = +0 01MB H M H( ) _== +0 M1(Permeabilitas Bahan)B H( )_= = +M M01(Permeabilitas Relatif)KHukum Curie Pada bahan paramagnetik, penyearahan momen dipol searah dengan medan magnet luar mendapat perlawanan dari agitasi termal yang cenderung menyebabkan orientasi momen dipol kembali acak. Hukum Curie : Untuk medan magnet luar yang lemah, magnetisasi bahan paramagnetik sebanding dengan medan magnet luar dan berbanding terbalik dengan temperatur. Kurva magnetisasi M terhadap medan magnet luar Bapppada temperatur tertentu. Contoh Soal Berapakah besar perbandingan energi maksimum yang dibutuhkan untuk menyearahkan suatu dipol magnet 1 magneton Bohr searah dengan medan magnet luar 1 T (medan magnet yang kuat) pada suhu 300 K dengan energi termal pada suhu tersebut? (konstanta Boltzmann : 1,38 x 10-23 J/K).24 232 2 9,27 10 1 1,854 10J.BU B A = = = 23 211,38 10 300 4,14 10J. kT = = 1220U kT A ~Bahan Ferromagnetik Bahan ferromagnetik merupakan bahan dengan suseptibilitas positif yang sangat tinggi. Bahan ferromagnetik tersusun atas domain-domain. Domain : suatu daerah dimana semua momen dipol magnet disearahkan. Ketika berada di dalam medan magnet luar, dipol-dipol magnet dalam domain disejajarkan searah dengan medan magnet luar. 12 8 317 21Volume : 10 10mKapasitas : 10 10atom. Semakin besar medan magnet luar yang diberikan, semakin kecil domain yang berisi dipol-dipol magnet yang tidak sejajar dengan arah medan magnet luar. Suatu ketika, setelah semua dipol-dipol magnet sejajar arah medan magnet luar, maka dikatakan kondisi saturasi (kejenuhan) telah terpenuhi. Berbeda dengan bahan paramagnetik, bahan ferromagnetik tetap termagnetisasi setelah medan magnet luar dihilangkan. Sifat ini terlihat dari kurva histerisis. Kurva Histerisis 00BH=Medan Magnet Total B1 Titik Saturasi 2 3 4 5 6 7 Titik Saturasi Kurva Histerisis 1. Ketika medan magnet luar dinaikkan maka medan magnet total juga naik sampai mencapai kondisi saturasi di titik a. 2. Ketika medan magnet luar sekarang perlahan-lahan dihilangkan, maka medan magnet total turun sampai titik b. Hal ini memperlihatkan bahwa bahan ferromagnetik tidak kehilangan sifat magnetiknya walaupun efek medan magnet luar dihilangkan. 3. Sekarang medan magnet luar berubah arah dan menyebabkan medan magnet total turun hingga nol (titik c). 4. Medan magnet luar yang berubah arah tadi dinaikkan dan medan magnet total pun berubah arah dan mencapai kondisi saturasi (titik d). 5. Arah medan magnet kembali ke arah semula dan medan magnet total pun perlahan-lahan mencapai nol (titik e). Kurva Histerisis 6. Ketika medan magnet luar dinaikkan terus maka medan magnet total akan mencapai titik f. 7. Jika medan magnet luar dinaikkan lagi maka bahan ferromagnetik akan kembali mengalami kondisi saturasi di titik a. Demagnetisasi Sifat kemagnetan bahan ferromagnetik dapat dihilangkan melalui proses demagnetisasi. Dalam proses demagnetisasi, medan magnet luar perlahan-lahan diturunkan sehingga suatu ketika medan magnetik bahan yang tersisa akan mencapai nol. Temperatur Curie Sifat kemagnetan bahan ferromagnetik dapat hilang ketika dipanaskan. Ketika temperatur bahan ferromagnetik mencapai temperatur Curie, dipol-dipol magnet menjadi acak akibat panas yang tinggi sehingga bahan ferromagnetik berubah menjadi bahan paramagnetik. Sifat kemagnetan bahan ferromagnetik dapat hilang jika bahan tersebut dibanting atau dipukul dengan palu karena bantingan atau pukulan tersebut menyebabkan dipol-dipol magnet menjadi acak.