Kemagnetan

Elektromagnetisme adalah gaya yang dihasilkan ketika arus listrik mengalir melalui konduktor sederhana seperti seutas kawat atau kabel.

Sebuah medan magnet kecil dibuat di sekitar konduktor dengan arah medan magnet ini berkaitan dengan kutub "Utara" dan "Selatan" yang ditentukan oleh arah arus yang mengalir melalui konduktor.

Magnetisme atau kemagnetan memegang peranan penting dalam Teknik Elektro dan Elektronika karena tanpanya komponen-komponen seperti relay, solenoida, induktor, choke, kumparan, pengeras suara, motor, generator, trafo, dan pengukur listrik dll, tidak akan berfungsi jika magnet tidak ada.

Kemudian setiap kumparan kawat menggunakan efek elektromagnetisme ketika arus listrik mengalir melaluinya. Tetapi sebelum kita dapat melihat Kemagnetan dan terutama Elektromagnetisme secara lebih rinci, kita perlu mengingat kembali kelas fisika kita tentang cara kerja magnet dan kemagnetan.

Sifat Kemagnetan atau Magnetisme

Magnet dapat ditemukan dalam keadaan alami dalam bentuk bijih magnet, dengan dua jenis utama yaitu Magnetite juga disebut “iron oxide”, (FE3O4) dan Lodestone, juga disebut “leading stone”. Jika kedua magnet alami ini digantung pada seutas tali, mereka akan mengambil posisi sejajar dengan medan magnet bumi yang selalu mengarah ke utara.

Contoh bagus dari efek ini adalah jarum kompas. Untuk sebagian besar aplikasi praktis, magnet alami ini dapat diabaikan karena magnetnya sangat rendah dan karena saat ini, magnet buatan buatan dapat diproduksi dalam berbagai bentuk, ukuran, dan kekuatan magnet.

Pada dasarnya ada dua bentuk magnet, "Magnet Permanen" dan "Magnet Sementara", dengan jenis yang digunakan tergantung pada aplikasinya. Ada banyak jenis bahan yang tersedia untuk membuat magnet seperti besi, nikel, paduan nikel, kromium dan kobalt dan dalam keadaan alami beberapa elemen ini seperti nikel dan kobalt menunjukkan jumlah magnet yang sangat buruk.

Namun, bila dicampur atau "dipadukan" bersama dengan bahan lain seperti besi atau aluminium peroksida, mereka menjadi magnet yang sangat kuat yang menghasilkan nama yang tidak biasa seperti "alcomax", "hycomax", "alni" dan "alnico".

Materi magnet dalam keadaan non-magnetik memiliki struktur molekul berupa rantai magnet longgar atau magnet kecil individu yang tersusun longgar dalam pola acak. Efek keseluruhan dari jenis pengaturan ini menghasilkan magnet nol atau sangat lemah karena pengaturan acak dari setiap magnet molekul ini cenderung menetralkan tetangganya.

Ketika bahan dimagnetisasi, susunan acak molekul ini berubah dan magnet molekul kecil yang tidak selaras dan acak menjadi "berbaris" sedemikian rupa sehingga menghasilkan susunan magnet seri. Ide tentang penyelarasan molekul bahan feromagnetik ini dikenal sebagai Teori Weber dan diilustrasikan di bawah ini.

Penjajaran Molekul Magnetik dari Sepotong Besi dan Magnet

Teori Weber didasarkan pada fakta bahwa semua atom memiliki sifat magnet karena aksi berputar elektron atom. Sekelompok atom bergabung bersama sehingga medan magnetnya semua berputar ke arah yang sama. Bahan magnet terdiri dari kelompok magnet kecil pada tingkat molekul di sekitar atom, dan bahan magnet akan memiliki sebagian besar magnet kecilnya berbaris dalam satu arah hanya untuk menghasilkan kutub utara di satu arah dan kutub selatan di arah lain. .

Demikian pula, bahan yang magnet molekulnya kecil mengarah ke segala arah akan memiliki magnet molekul yang dinetralkan oleh magnet tetangganya, sehingga menetralkan efek magnetis apa pun. Area magnet molekuler ini disebut "domain".

Setiap bahan magnet akan menghasilkan medan magnet itu sendiri yang bergantung pada derajat kesejajaran domain magnet dalam materi yang diatur oleh elektron orbital dan elektron yang berputar. Derajat kesejajaran ini dapat ditentukan dengan besaran yang dikenal sebagai magnetisasi, M.

Dalam material yang tidak termagnetisasi, M = 0, tetapi beberapa domain tetap sejajar di atas daerah kecil dalam material setelah medan magnet dilepaskan. Pengaruh penerapan gaya magnet pada material adalah menyelaraskan beberapa domain untuk menghasilkan nilai magnetisasi bukan nol.

Setelah gaya magnet dihilangkan, magnet di dalam material akan tetap atau membusuk dengan cepat tergantung pada material magnet yang digunakan. Kemampuan suatu material untuk mempertahankan magnetismenya disebut Retentivity.

Bahan yang diperlukan untuk mempertahankan magnetnya akan memiliki retentivitas yang cukup tinggi dan dengan demikian digunakan untuk membuat magnet permanen, sedangkan bahan yang diperlukan untuk kehilangan magnetnya dengan cepat seperti inti besi lunak untuk relai dan solenoida akan memiliki retentivitas yang sangat rendah.

Fluks Magnetik

Semua magnet, apa pun bentuknya, memiliki dua wilayah yang disebut kutub magnet dengan magnet di dalam dan di sekitar sirkuit magnet yang menghasilkan rantai pasti dari pola garis fluks tak terlihat yang teratur dan seimbang di sekitarnya. Garis-garis fluks ini secara kolektif disebut sebagai “medan magnet” magnet. Bentuk medan magnet ini lebih kuat di beberapa bagian daripada yang lain dengan luas magnet yang memiliki magnet terbesar disebut “kutub”. Di setiap ujung magnet ada kutub.

Garis fluks ini (disebut bidang vektor) tidak dapat dilihat dengan mata telanjang, tetapi dapat dilihat secara visual dengan menggunakan tambalan besi yang ditaburkan di selembar kertas atau dengan menggunakan kompas kecil untuk menjiplaknya. Kutub magnet selalu ada berpasangan, selalu ada daerah magnet yang disebut kutub utara dan selalu ada daerah berlawanan yang disebut kutub selatan.

Medan magnet selalu ditampilkan secara visual sebagai garis gaya yang memberikan kutub pasti pada setiap ujung material dimana garis fluks lebih rapat dan pekat. Garis-garis yang membentuk medan magnet yang menunjukkan arah dan intensitas disebut Garis Gaya atau lebih umum disebut "Fluks Magnetik" dan diberi simbol Yunani, Phi (as) seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Garis Gaya dari Medan Magnet Magnet Batang

Seperti yang ditunjukkan di atas, medan magnet terkuat di dekat kutub magnet jika garis fluks berjarak lebih dekat. Arah umum aliran fluks magnet adalah dari kutub Utara (N) ke Selatan (S). Selain itu, garis magnet ini membentuk loop tertutup yang meninggalkan kutub utara magnet dan masuk di kutub selatan. Kutub magnet selalu berpasangan.

Namun, fluks magnet tidak benar-benar mengalir dari kutub utara ke selatan atau mengalir ke mana pun karena fluks magnet adalah wilayah statis di sekitar magnet tempat gaya magnet berada. Dengan kata lain fluks magnet tidak mengalir atau bergerak begitu saja dan tidak dipengaruhi oleh gravitasi. Beberapa fakta penting muncul saat merencanakan garis gaya:

• Garis-garis gaya TIDAK PERNAH bersilangan.
• Garis gaya TERUS MENERUS.
• Garis gaya selalu membentuk LOOPS TERTUTUP individu di sekitar magnet.
• Garis gaya memiliki ARAH pasti dari Utara ke Selatan.
• Garis gaya yang saling berdekatan menunjukkan medan magnet KUAT.
• Garis gaya yang berjauhan menunjukkan medan magnet yang LEMAH.
• Gaya magnet menarik dan menolak seperti gaya listrik dan ketika dua garis gaya disatukan, interaksi antara dua medan magnet menyebabkan salah satu dari dua hal terjadi:

1. - Ketika kutub yang berdekatan adalah senama, (utara-utara atau selatan-selatan) mereka akan saling MENOLAK.

2. - Jika kutub yang berdekatan tidak sama, (utara-selatan atau selatan-utara) mereka MENARIK satu sama lain.

Efek ini mudah diingat oleh ungkapan terkenal bahwa "berlawanan menarik" dan interaksi medan magnet ini dapat dengan mudah didemonstrasikan menggunakan tambalan besi untuk menunjukkan garis gaya di sekitar magnet. Efek pada medan magnet dari berbagai kombinasi kutub seperti kutub yang menolak dan kutub yang berbeda menarik dapat dilihat di bawah.

Medan Magnet Kutub Senama dan Tidak Senama

Saat memplot garis medan magnet dengan kompas maka akan terlihat bahwa garis-garis gaya yang dihasilkan sedemikian rupa memberikan suatu kutub yang pasti pada setiap ujung magnet dimana garis-garis gaya tersebut meninggalkan kutub utara dan masuk kembali pada kutub utara. Kutub Selatan. Magnetisme dapat dihancurkan dengan memanaskan atau memalu bahan magnet, tetapi tidak dapat dihancurkan atau diisolasi hanya dengan memecah magnet menjadi dua bagian.

Jadi jika Anda mengambil magnet batang normal dan memecahnya menjadi dua bagian, Anda tidak memiliki dua bagian magnet, tetapi setiap bagian yang rusak akan memiliki kutub Utara dan kutub Selatannya sendiri. Jika Anda mengambil salah satu dari potongan-potongan itu dan memecahnya menjadi dua lagi, masing-masing potongan yang lebih kecil akan memiliki kutub Utara dan kutub Selatan, dan seterusnya. Tidak peduli seberapa kecil potongan magnet itu, setiap bagian masih memiliki kutub Utara dan kutub Selatan, gila!

Kemudian agar kita dapat memanfaatkan kemagnetan dalam kalkulasi listrik atau elektronik, perlu dijelaskan apa saja aspek kemagnetan.

Besarnya Kemagnetan

Kita sekarang tahu bahwa garis-garis gaya atau lebih umum fluks magnet di sekitar bahan magnet diberi simbol Yunani, Phi, (Φ) dengan satuan fluks adalah Weber, (Wb) setelah Wilhelm Eduard Weber. Tetapi jumlah garis gaya dalam satuan luas tertentu disebut "Kerapatan Fluks" dan karena fluks (Φ) diukur dalam (Wb) dan luas (A) dalam meter kuadrat, (m2), kerapatan fluks diukur dalam Webers / Metre2 atau (Wb / m2) dan diberi simbol B.

Namun, jika mengacu pada kerapatan fluks dalam magnet, kerapatan fluks diberikan dalam satuan Tesla setelah Nikola Tesla sehingga satu Wb / m2 sama dengan satu Tesla, 1Wb / m2 = 1T. Kerapatan fluks sebanding dengan garis gaya dan berbanding terbalik dengan luas sehingga kita dapat mendefinisikan Kerapatan Fluks sebagai:

Kepadatan Fluks Magnetik

Simbol kerapatan fluks magnet adalah B dan satuan kerapatan fluks magnet adalah Tesla, T.

Penting untuk diingat bahwa semua kalkulasi untuk kerapatan fluks dilakukan dalam satuan yang sama, misalnya, fluks pada weber, luas dalam m2 dan kerapatan fluks dalam Teslas.

Contoh 1 Kemagnetan

Jumlah fluks yang ada dalam batang magnet bulat diukur pada 0,013 webers. Jika material memiliki diameter 12cm, hitung kerapatan fluks.

Luas penampang material magnet dalam m2 diberikan sebagai:

Diameter = 12 cm

Fluks magnet diberikan sebagai weber 0,013, oleh karena itu kerapatan fluks dapat dihitung sebagai:

Jadi kerapatan fluks dihitung sebagai 1,15 Tesla.

Ketika berhadapan dengan kemagnetan dalam rangkaian listrik, harus diingat bahwa satu Tesla adalah massa jenis medan magnet sehingga konduktor yang membawa 1 ampere pada sudut siku-siku ke medan magnet mengalami gaya dengan panjang satu newton-meter di atasnya dan ini akan terjadi. ditunjukkan dalam artikel berikutnya tentang Elektromagnetisme.