MEDAN MAGNET DALAM BAHAN

LISTRIK MAGNET

RETNA ARILASITA,M.Si.

Selanjutnya

Selanjutnya

Diamagnetik, Paramagnetik, Ferromagnetik

Ada tiga jenis utama magnetisasi pada bahan

• Semua fenomena magnetik disebabkan oleh muatan listrik yang bergerak.
• Jika kita bisa melihat suatu bahan magnetik pada skala atom, kita akan menemukan bahwa ada arus listrik kecil: elektron yang bergerak mengelilingi inti atom dan berputar pada porosnya. Arus listrik ini dapat diperlakukan sebagai dipol magnetik.
• Secara umum, dipol-dipol magnetik ini saling membatalkan karena orientasi acak atom-atomnya.
• Namun, ketika medan magnet diaplikasikan, dipol-dipol ini akan sejajar, menyebabkan bahan tersebut mengalami polarisasi magnetik atau magnetisasi.

Paramagnetik

Bahan yang magnetisasinya searah dengan medan magnet luar (B) deteksi medan magnet

Contoh : Alumunium, Platinum, Oksigen cair, Lithium, Gadolinium, Sodium, Tungsten

6.1. MAGNETISASI

LISTRIK MAGNET

Diamagnetik

Bahan yang magnetisasinya berlawanan dengan medan magnet luar (B).

Contoh : Tembaga (Cu), Plastik, Emas, Kaca, Air, Merkuri, Bismuth, Perak, Karbon dioksida, hidrogen

Ferromagnetik

Bahan yang tetap termagnetisasi bahkan setelah medan magnet luar dihilangkan.

Contoh : Besi, Baja, Nikel, Kobalt

Selanjutnya

Torsi dan Gaya pada Dipol Magnetik

Gaya pada masing-masing segmen :

6.1. MAGNETISASI

LISTRIK MAGNET

Dipol magnetik mengalami torsi ketika berada di medan magnet, mirip dengan dipol listrik dalam medan listrik. Misalnya, kita dapat menghitung torsi pada loop arus persegi panjang dalam medan magnet seragam. Persamaan torsi dapat ditulis sebagai:

Torsi:

di mana m adalah momen dipol magnetik dan B adalah medan magnet.

Torsi ini akan mengarahkan dipol magnetik agar sejajar dengan medan magnet, yang merupakan mekanisme di balik paramagnetisme.

Gaya total pada loop arus tetap adalah nol (dalam medan seragam)

Selanjutnya

LISTRIK MAGNET

6.1. MAGNETISASI

Untuk infinitesimal loop, Gaya dinyatakan dalam:

Pengaruh Medan Magnet terhadap Orbit Elektron

• Elektron tidak hanya berputar pada porosnya, tetapi juga mengorbit inti atom, membentuk arus yang sangat kecil.
• Ketika medan magnet diterapkan, kecepatan orbit elektron bisa berubah, menghasilkan perubahan dalam momen dipol magnetik.
• Pada bahan diamagnetik, perubahan momen dipol ini berlawanan arah dengan medan magnet luar, sehingga mengakibatkan efek diamagnetisme.

Selanjutnya

LISTRIK MAGNET

6.1. MAGNETISASI

Perubahan kecepatan orbit berarti perubahan momen dipol

Magnetisasi

Dalam medan magnet, bahan akan menjadi termagnetisasi, yang berarti di dalam bahan tersebut terdapat banyak dipol magnetik kecil yang sejajar dalam arah tertentu.

​

Magnetisasi ini dapat disebabkan oleh dua mekanisme utama:

• Paramagnetisme: Dipol dari elektron yang tidak berpasangan mengalami torsi yang menyebabkannya sejajar dengan medan magnet.
• Diamagnetisme: Kecepatan orbit elektron berubah sehingga momen dipol orbitannya berlawanan dengan medan magnet luar.

​

Selanjutnya

LISTRIK MAGNET

6.1. MAGNETISASI

Magnetisasi dilambangkan dengan M, yang merupakan momen dipol magnetik per satuan volume. Ini memainkan peran yang mirip dengan polarisasi listrik dalam elektrostatika

​

Selanjutnya

LISTRIK MAGNET

• Ketika suatu bahan mengalami magnetisasi, setiap elemen volume kecil di dalamnya mengandung momen dipol magnetik.
• Medan magnet yang dihasilkan oleh bahan ini dapat dipandang sebagai medan yang dihasilkan oleh arus terikat.

6.2. MEDAN OLEH BENDA TERMAGNETISASI

Arus Terikat

Ada dua jenis arus terikat yang bisa terjadi:

• Arus Terikat Volume:

di mana M adalah vektor magnetisasi. Arus ini muncul di seluruh volume bahan yang termagnetisasi

• Arus Terikat Permukaan:

di mana n^ adalah vektor satuan yang tegak lurus terhadap permukaan bahan. Arus ini mengalir di sepanjang permukaan bahan yang termagnetisasi.

medan magnet dari benda yang termagnetisasi dapat dipandang sebagai akibat dari arus terikat ini, baik yang berada di dalam volume bahan maupun yang mengalir di permukaan bahan.

Selanjutnya

LISTRIK MAGNET

6.2. MEDAN OLEH BENDA TERMAGNETISASI

Medan magnet yang dimagnetisasi secara seragam

Kerapatan arus permukaan

Medan magnet pada bola yang dimagnetisasi secara seragam

adalah identik dengan medan magnet pada cangkang bola yang berputar

medan di luarnya sama dengan dipol sempurna

Interpretasi Fisik Arus Terikat

• Arus terikat dapat dipahami secara intuitif dengan membayangkan bahan magnetik sebagai kumpulan loop-loop arus kecil yang mewakili dipol magnetik.
• Di dalam bahan, arus-arus ini saling membatalkan karena arahnya berlawanan satu sama lain.
• Namun, di tepi bahan, arus ini tidak bisa dibatalkan, sehingga menghasilkan arus yang mengalir di sepanjang permukaan.
• Arus ini disebut arus terikat permukaan, dan bertanggung jawab atas medan magnet yang dihasilkan oleh bahan tersebut.

Selanjutnya

6.2. MEDAN OLEH BENDA TERMAGNETISASI

Dalam kondisi magnetisasi, momen dipolnya adalah

Akan tetapi dalam arus sirkulasi

Sehingga

Sehingga arus permukaannya adalah:

Dengan menggunakan vektor satuan yang

ditarik ke luar nˆ, arah Kb secara mudah ditunjukkan oleh perkalian silang

tidak ada arus di permukaan atas atau bawah pelat

Magnetisasi tidak seragam

Selanjutnya

6.2. MEDAN OLEH BENDA TERMAGNETISASI

Pada permukaan tempat mereka bergabung, terdapat arus bersih dalam arah x , yang diberikan oleh

Oleh karena itu, kepadatan arus volume yang sesuai adalah

Dengan cara yang sama, magnetisasi yang tidak seragam dalam arah y akan memberikan kontribusi sebesar , sehingga:

seperti arus tetap lainnya, Jb harus mematuhi hukum kekekalan

Selanjutnya

LISTRIK MAGNET

• Medan magnet mikroskopis di dalam bahan bervariasi secara liar dari satu titik ke titik lain.
• Namun, ketika kita berbicara tentang medan magnet dalam bahan, yang dimaksud adalah medan makroskopis, yaitu rata-rata medan di area yang cukup besar untuk mencakup banyak atom.
• Untuk menghitung medan magnet ini, kita dapat menggunakan metode yang serupa dengan yang digunakan untuk menghitung medan dari distribusi arus biasa.

Medan Magnet di Dalam Bahan

6.2. MEDAN OLEH BENDA TERMAGNETISASI

Hukum Ampère dalam Bahan Termagnetisasi

Selanjutnya

LISTRIK MAGNET

6.3. MEDAN AUXILIARY

Selanjutnya

LISTRIK MAGNET

6.3. MEDAN AUXILIARY

A Deceptive Parallel

Selanjutnya

LISTRIK MAGNET

6.3. MEDAN AUXILIARY

Kondisi Batas

LISTRIK MAGNET

6.3. MEDAN AUXILIARY

Selanjutnya

LISTRIK MAGNET

Suseptibilitas Magnetik dan Permeabilitas

6.4. Media Linear dan Non-Linear

Selanjutnya

LISTRIK MAGNET

6.4. Media Linear dan Non-Linear

Selanjutnya

LISTRIK MAGNET

6.4. Media Linear dan Non-Linear

Selanjutnya

LISTRIK MAGNET

6.4. Media Linear dan Non-Linear

• Pada bahan feromagnetik, seperti besi, magnetisasi dapat tetap terjaga tanpa perlu adanya medan magnet eksternal. Sifat ini disebabkan oleh interaksi kuat antara dipol-dipol magnetik yang berada di dalam bahan.
• Dalam feromagnetisme, dipol-dipol ini saling menyelaraskan satu sama lain, dan bahkan setelah medan luar dihilangkan, magnetisasi tetap ada.

​

• Namun, di dalam bahan feromagnetik, dipol-dipol ini hanya menyelaraskan diri dalam domain-domain kecil yang disebut domain feromagnetik.
• Dalam keadaan tanpa medan luar, domain-domain ini memiliki orientasi acak, sehingga bahan secara keseluruhan tidak termagnetisasi.
• Untuk menghasilkan magnet permanen, medan magnet eksternal kuat diterapkan untuk memaksa domain-domain ini menyelaraskan diri.
• Jika medan cukup kuat, semua domain akan sejajar dan bahan mencapai saturasi magnetik. Setelah medan eksternal dihilangkan, sebagian besar domain tetap sejajar, dan magnet permanen terbentuk

​

Feromagnetisme

Selanjutnya

LISTRIK MAGNET

6.4. Media Linear dan Non-Linear

• Bahan feromagnetik juga menunjukkan sifat histeresis, yang berarti magnetisasi bahan tidak hanya bergantung pada medan saat ini, tetapi juga pada sejarah medan magnet yang pernah dialaminya.
• Kurva histeresis menggambarkan bagaimana magnetisasi berubah saat medan magnet diterapkan dan dihilangkan, dan bagaimana magnetisasi tetap ada bahkan setelah medan eksternal ditiadakan.

​

Poin Penting tentang Feromagnetisme:

• Pada suhu di bawah titik Curie, dipol magnetik dalam bahan feromagnetik cenderung sejajar karena interaksi kuat antar dipol.
• Di atas suhu Curie, bahan feromagnetik berubah menjadi paramagnetik karena energi termal yang besar mengganggu keteraturan dipol magnetik.

​