Bahan Magnetik oleh: Ichwan Yelfianhar (dirangkum dari berbagai sumber)
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.
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.
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.m2. 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.
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
Komposisi Bahan Magnetik 1. Magnet alam (dahulu disebut batu magnet) Magnet alam adalah mineral, Fe3O4 dalam fasa keramik alamiah dengan ion O2‐ dalam kisi kps. Ion besi berada dalam lokasi intertisial rangkap 4 dan rangkap 6. Secara lebih terinci dapat dilihat ion Fe2+ berada pada lokasi rangkap 6, sedangkan ion Fe3+ terbagi rata pada rangkap 6 dan rangkap 4. Struktur ini termasuk jenis struktur NiFe2O4 yang disebut spinnel. Sel satuan ini bersifat magnetik karena momen magnet ion pada lokasi rangkap 6 sama arahnya dan yang berada pada lokasi rangkap 4 berlawanan arah.
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 Fe2+ atau Fe3+. Ion feros kehilangan dua elektron, yaitu dua elektron 4s dan satu elektron 3d, jadi tersisa lima elektron yang tidak berpasangan. Contoh: BeFe12+O19
Kutub Magnet & Garis Gaya Magnet Gambar 1. S
U
S
U
S
U
Gambar 2. U
S S
S
U
U
C
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/m2 ) Ф : Fluks magnet (Wb) A : Luas penampang (m2 )
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
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(μ0 = 4.10‐7 H/m), sehingga: Untuk bahan lain maka permeabilitasnya sebanding dengan permeabilitas ruang kosong dikalikan permeabilitas relatif bahan (μr ). Sehingga diperoleh:
Permeabilitas Magnet Permeabilitas relatif didefinisikan sebagai: rapat fluks pada bahan r rapat fluks pada vakum
Sehingga pada ruang hampa, μr = 1 dan μr . μo = μ dinamakan permeabilitas absolut. Dengan konstanta permeabilitas maka karakteristik kemagnetan suatu bahan dapat digambarkan dalam kurva perbandingan B – H.
Permeabilitas Magnet Kurva perbandingan B‐H dari berbagai bahan:
Suseptibilitas Magnet
Hubungan Suseptibilitas dengan Permeabilitas
Magnetisasi M sebagai fungsi dari kuat medan H
A. BAHAN DIAMAGNETIK
A. BAHAN DIAMAGNETIK
B. BAHAN PARAMAGNETIK
B. BAHAN PARAMAGNETIK
B. BAHAN PARAMAGNETIK
C. BAHAN FERROMAGNETIK
C. BAHAN FERROMAGNETIK
C. BAHAN FERROMAGNETIK
C. BAHAN FERROMAGNETIK
C. BAHAN FERROMAGNETIK
C. BAHAN FERROMAGNETIK
D. ANTIFERROMAGNETIK
E. FERRIMAGNETIK DAN FERRIT
E. FERRIMAGNETIK DAN FERRIT
Jika dibandingkan dengan bahan ferromagnetik, maka jelas bahwa TN < TC
E. FERRIMAGNETIK DAN FERRIT
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:
Perbandingan Besaran Magnet dan Besaran Listrik
Contoh Soal
Contoh Soal
Contoh Soal
Contoh Soal
Gaya Magnet
Induksi Magnet
Induksi Magnet
Induksi Magnet
Induktansi
Hubungan Tegangan Induksi dengan Induktansi
PRINSIP KERJA MOTOR LISTRIK B
U
+
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
KONSTRUKSI MOTOR LISTRIK 1
6 4
2
5
7
3 8
1. 2. 3. 4.
Body Motor Kumparan stator Rotor Tutup terminal
5. 6. 7. 8.
PT PLN (Persero) Udiklat Pandaan
Baut terminal klem Lubang gantungan Poros Kaki motor
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 = Bds
e = do dt
e = ds dt
Maka : e = Bv
ds = v dt
KONSTRUKSI GENERATOR KUMPARAN STATOR
KUMPARAN ROTOR
KOTAK TERMINAL
BODY GENERATOR
U
S
Sumber DC
EXCITER
