BAHAN MAGNETIK : PARAMAGNETIK
OLEH : RIZKHA DEVI MELKY SEDIK
(1404405023)
KHANA ELAND NOVANA ATMAJA
(1404405083)
WILLY SUSANTO
(1404405103)
UNIVERSITAS UDAYANA FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO 2014
ii
KATA PENGANTAR Puji dan Syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa. Telah memberikan anugerah dan curahan sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah ini dengan baik dan tepat pada waktu yang telah ditentukan. Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang ikut berperan dalam penyusunan makalah ini. Makalah ini penulis sampaikan kepada Pembina Mata Kuliah Bahan Dasar Listrik Bapak Ir. I Gusti Ngurah Janardana, MErg dan Bapak Ir. Gede Dyana A., MT sebagai salah satu syarat kelulusan mata kuliah tersebut. Penulis memohon kepada Bapak dosen khususnya, umumnya para pembaca apabila menemukan kesalahan atau kekurangan dalam karya tulis ini, baik dari segi bahasanya maupun isinya, penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun kepada semua pembaca demi lebih baiknya karya-karya tulis yang akan datang.
Bukit Jimbaran, 5 Januari 2015.
Penulis
iii
DAFTAR ISI Halaman COVER ......................................................................................................... i KATA PENGANTAR .................................................................................. ii DAFTAR ISI................................................................................................. iii DAFTAR GAMBAR ................................................................................... v DAFTAR TABEL ........................................................................................ vi BAB I
PENDAHULUAN ........................................................................ 1
1.1
Latar Belakang............................................................................... 1
1.2
Rumusan Masalah ......................................................................... 2
1.3
Tujuan Penulisan ........................................................................... 2
1.4
Batasan Masalah ............................................................................ 2
1.5
Metode Penelitian .......................................................................... 2
1.6
Manfaat Penelitian ......................................................................... 2
BAB II
TEORI PUSTAKA ...................................................................... 3
2.1
Magnet ........................................................................................... 3
2.1.1 Sejarah Magnet .............................................................................. 3 2.1.2 Sifat Kemagnetan Bahan ............................................................... 3 2.2
Metode Pembuatan Magnet ........................................................... 5
2.2.1 Pembuatan Magnet dengan Cara Menggosok ............................... 5 2.2.2 Pembuatan Magnet dengan Cara Induksi ...................................... 5 2.2.3 Pembuatan Magnet dengan Cara Mengaliri Arus Listrik .............. 5 2.3
Cara Menghilangkan Sifat Kemagnetan ........................................ 6
2.4
Magnet Elementer ......................................................................... 7
2.5
Elektromagnetik ............................................................................ 7
2.6
Besaran-Besaran Magnet ............................................................... 8
2.6.1 Fluks Magnet (Φ) .......................................................................... 8 2.6.2 Kerapatan Fluks Magnet (B) ......................................................... 8 2.6.3 Gaya Gerak Magnet (Fm) .............................................................. 8 2.6.4 Kuat Medan Magnet (Intensitas) ................................................... 9
iv
2.6.5 Permeabilitas ................................................................................. 9 2.6.5.1 Permeabilitas ruang hampa (µ0).................................................... 9 2.6.5.2 Permeabilitas Relatif (µr) .............................................................. 9 2.6.5.3 Permeabilitas Absolute (µ) ............................................................ 9 2.6.6 Permeansi ...................................................................................... 10 2.6.7 Reluktansi ...................................................................................... 10 2.7
Suseptibilitas.................................................................................. 10
2.8
Temperature Curie ......................................................................... 11
2.9
Sifat Magnetik Bahan .................................................................... 12
2.10
Teori Paramagnetik ....................................................................... 14
2.11
Kromium........................................................................................ 16
2.11.1 Sejarah Kromium........................................................................... 16 2.11.2 Karakteristik Kromium .................................................................. 18 2.12
Nikel .............................................................................................. 19
2.11.1 Sejarah Nikel ................................................................................. 19 2.11.2 Karakteristik Nikel ......................................................................... 19 BAB III HASIL & PEMBAHASAN ......................................................... 21 3.1
Paramagnetik ................................................................................. 21
3.2
Penggunaan Bahan Paramagnetik pada kehidupan sehari-hari ..... 22
3.2.1 Obeng ............................................................................................ 22 3.2.1.1 Obeng Magnet Kromium ............................................................... 22 3.2.1.2 Obeng Magnet Nikel ..................................................................... 23 BAB IV PENUTUP .................................................................................... 25 4.1
Simpulan ........................................................................................ 25
4.2
Saran .............................................................................................. 25
BAB V
DAFTAR PUSTAKA .................................................................. 26
v
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Momen magnetik benda non-magnetik ....................................... 3 Gambar 2.2 Momen magnetik benda magnetik ............................................... 3 Gambar 2.3 Medan Magnet ............................................................................... 4 Gambar 2.4 Kutub Magnet ................................................................................ 4 Gambar 2.5 Sifat Kutub Magnet ....................................................................... 4 Gambar 2.6 Cara Menggosok Magnet .............................................................. 5 Gambar 2.7 Cara Induksi Magnet .................................................................... 5 Gambar 2.8 Cara Dialiri Arus Listrik .............................................................. 6 Gambar 2.9 Cara Menghilangkan Kemagnetan .............................................. 7 Gambar 2.3. Grafik hubungan antara suseptibilitas magnetik χ terhadap temperatur T pada bahan paramagnetik (Kittel, 1996) .................................. 9
vi
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Sifat Fisika Kromium......................................................................... 19 Tabel 2.2 Sifat Kimia Kromium ........................................................................ 19 Tabel 2.3 Sifat Fisika Nikel ................................................................................ 20 Tabel 2.4 Sifat Kimia Nikel ................................................................................ 20 M Tabel 3.1 Suseptibilitas magnetic m untuk berbagai bahan ............... 22 H
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Material magnetik banyak dipelajari dalam beberapa tahun ini karena
bermanfaat dalam kehidupan sehari-hari, terutama dalam dunia elektronik seperti display, saklar molekular dan bahan penyimpan data.
Pentingnya material
magnetik ini menyebabkan banyak penelitian untuk merancang material baru dengan sifat yang lebih unggul. Sifat magnetik suatu material dapat dirancang melalui pembentukan senyawa kompleks. Senyawa kompleks dapat bersifat diamagnetik
atau
paramagnetik.
Senyawa
kompleks
umumnya
bersifat
paramagnetik dan memiliki momen magnetik yang rendah yaitu 1,7 - 5,9 Bohr Magneton (BM). Sifat paramagnetik suatu senyawa dapat berupa feromagnetik dan antiferomagnetik. Senyawa yang bersifat feromagnetik atau antiferomagnetik disebabkan adanya interaksi antar elektron tidak berpasangan yang terdapat pada orbital d dari ion logam penyusun senyawa kompleks. Interaksi feromagnetik senyawa kompleks umumnya ditunjukkan pada temperatur rendah. Saat ini senyawa kompleks terus dikembangkan untuk mendapatkan material bersifat feromagnetik. Salah satu upaya yang dilakukan adalah merancang suatu senyawa kompleks agar terjadi interaksi hidrogen sehingga menaikkan nilai Temperatur Curie Weiss (TCW) senyawa. Temperatur Curie Weiss pada bahan merupakan indikasi bahwa senyawa memiliki interaksi feromagnetik. Interaksi feromagnetik dapat diidentifikasi melalui pengukuran nilai suseptibilitas magnetik dengan variasi temperatur. Nilai suseptibilitas magnetik senyawa feromagnetik meningkat tajam dibawah Temperatur Curie Weiss.
1
2
1.2
Rumusan Masalah 1) Bagaimana bahan magnetik penyusun magnet paramagnetik? 2) Bagaimana pengaplikasian magnet paramagnetik?
1.3
Tujuan Penulisan 1) Memahami bahan magnetik penyusun magnet paramagnetik 2) Mengetahui pengaplikasian magnet paramagnetik pada kehidupan sehari-hari
1.4
Batasan Masalah Pada papper ini akan dijelaskan bahan penyusun magnet paramagnetik
serta mengetahui pengaplikasian magnet paramagnetik pada kehidupan sehari-hari 1.5
Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini dapat meningkatkan berbagai kemampuan baik
bagi penulis dan pembaca. Kemampuan yang didapatkan antara lain dapat mengetahui penggunaan magnet paramagnetik, 1.6
Metode Penelitian Metode penelitian yang digunakan penulis dalam menyusun karya tulis ini
ialah Studi Literatur. Metode Studi Literatur dilakukan penulis mengambil sumber penulisan dari jurnal-jurnal, buku, dokumentasi, maupun internet.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Magnet Magnet adalah suatu objek atau benda yang dapat menarik benda-benda
yang terbuat dari besi, baja, dan logam-logam tertentu. Benda magnet dapat digolongkan berdasarkan kemampuan benda magnet menarik benda lain yang dapat dibedakan menjadi dua, yaitu benda magnet dan benda bukan magnet. Benda yang dapat ditarik magnet disebut benda magnetik. Benda yang tidak dapat ditarik magnet disebut benda non-magnetik.
Gambar 2.1 Momen magnetik benda non-magnetik Sumber :https://www.academia.edu/7566690/2._bab_1-3 (2014)
Gambar 2.2 Momen magnetik benda magnetik Sumber :https://www.academia.edu/7566690/2._bab_1-3 (2014)
2.1.1
Sejarah Magnet Kata magnet berasal dari bahasa Yunani yaitu magnitis lithios yang berarti
batu Magnesian. Batu magnesian diambil dari nama sebuah wilayah di Yunani pada masa lalu yang kini bernama Manisa (sekarang di sekamir wilayah Negara Turki) di mana batu magnet ditemukan sejak zaman dulu di wilayah tersebut. 2.1.2
Sifat-sifat Magnet Sifat-sifat yang terdapat dalam benda magnetik adalah dapat menarik
logam tertentu pada sekitar medan magnet. Medan magnet, yakni suatu daerah di sekitar magnet dimana masih ada pengaruh gaya magnet.
3
4
Gambar 2.3 Medan Magnet Sumber : https://fembrisma.wordpress.com/science/kemagnetan/(2014)
Medan magnet menimbulkan gaya satu sama lain (tolak-menolak atau tarik-menarik). Bagian magnet yang daya tariknya terbesar disebut kutub magnet.
Gambar 2.4 Kutub Magnet Sumber : http://detektif-fisika-doni.blogspot.com/2013/12/mengapa-kutub-kutubmagnet-bernama.html(2014)
Setiap magnet memiliki dua buah kutub yaitu kutub utara (U) dan kutub selatan (S). Kutub-kutub senama akan saling tolak, misalnya kutub selatan dengan kutub selatan atau kutub utara dengan kutub utara. Sedangkan kutub-kutub yang berlainan jenis akan saling tarik-menarik, contohnya kutub utara dengan kutub selatan.
Gambar 2.5 Sifat Kutub Magnet Sumber : http://badarudin89.blogspot.com/2012/01/magnet.html(2014)
2.2
Metode pembuatan magnet Benda-benda magnetik yang bukan magnet dapat dijadikan magnet. Benda
itu ada yang mudah dan ada yang sulit dijadikan magnet. Setiap benda magnetik
5
pada dasarnya terdiri dari magnet-magnet kecil yang disebut magnet elementer. Prinsip membuat magnet adalah mengubah susunan magnet elementer yang tidak beraturan menjadi searah dan teratur. Ada tiga cara membuat magnet, yaitu menggosok, induksi, dan arus listrik. 2.2.1
Pembuatan Magnet dengan Cara Menggosok
Gambar 2.6 Cara menggosok magnet Sumber :https://www.academia.edu/7566690/2._bab_1-3 (2014)
Bahan yang semula tidak bersifat magnet dapat dijadikan magnet.Caranya besi digosok dengan salah satu ujung magnet tetap.Arah gosokan dibuat searah agar magnet elementer yang terdapat pada besi letaknya menjadi teratur dan mengarah ke satu arah. 2.2.2
Pembuatan Magnet Dengan Cara Induksi
Gambar 2.7 Cara Induksi Magnet Sumber :https://www.academia.edu/7566690/2._bab_1-3 (2014)
Besi dan baja dapat dijadikan magnet dengan cara induksi magnet. Besi atau baja diletakkan di dekat magnet tetap. Magnet elementer yang terdapat pada besi atau baja akan terpengaruh atau terinduksi magnet tetap yang menyebabkan
6
letaknya teratur dan mengarah ke satu arah. Besi atau baja akan menjadi magnet sehingga dapat menarik serbuk besi yang berada di dekatnya. Ujung besi yang berdekatan dengan kutub magnet batang akan terbentuk kutub yang selalu berlawanan dengan kutub magnet penginduksi. Apabila kutub utara magnet batang berdekatan dengan ujung A besi, maka ujung A besi menjadi kutub selatan dan ujung B besi menjadi kutub utara atau sebaliknya. 2.2.3
Pembuatan Magnet Dengan Cara Mengaliri Arus Listrik
Gambar 2.8 Cara dialiri arus listrik Sumber :https://www.academia.edu/7566690/2._bab_1-3 (2014)
Besi dan baja dapat dijadikan magnet dengan arus listrik. Besi atau baja dililiti kawat yang dihubungkan dengan baterai. Magnet elementer yang terdapat pada besi atau baja akanterpengaruh aliran arus searah (DC) yang dihasilkan baterai. Hal ini menyebabkan magnet elementer letaknya teratur dan mengarah ke satu arah. Besi atau baja akan menjadi magnet dan dapat menarik serbuk besi yang berada di dekatnya. Magnet yang demikian disebut magnet listrik atau elektromagnet.
Besi yang berujung A dan B dililitkan kawat berarus listrik.
Kutub magnet yang terbentuk bergantung pada kaidah tangan kanan, dimana empat jari menunjukkan arah arus listrik pada kumparan, sedangkan arah ibu jari menunjukkan arah kutub utara magnet. 2.3
Cara Menghilangkan Sifat Kemagnetan Sebuah magnet akan hilang sifat kemagnetannya jika magnet dipanaskan,
dipukul-pukul, dan dialiri arus listrik bolak-balik. Magnet yang mengalami pemanasan dan pemukulan akan menyebabkan perubahan susunan magnet elementernya. Akibat pemanasan dan pemukulan magnet elementer menjadi tidak teratur dan tidak searah.
7
Gambar 2.9 Cara Menghilangkan Kemagnetan (a) Dipukul-pukul, (b) dipanaskan, (c) mengaliri arus listrik bolak-balik Sumber : http://twentyonetwenty.wordpress.com/2010/11/07/kemagnetan/ (2014)
2.4
Magnet Elementer Setiap benda magnetik pada dasarnya terdiri dari magnet-magnet kecil yang
disebut magnet elementer. Magnet elementer adalah magnet yang paling kecil yang berupa atom. Suatu benda akan bersifat magnet jika magnet-magnet elementernya mempunyai arah yang cenderung sama/beraturan dan benda yang tidak mempunyai sifat magnet jika magnet-magnet elementernya mempunyai arah acak (sembarang). Pada sebuah magnet, magnet-magnet elementernya tersusun rapi dan menunjuk arah yang sama, sehingga menimbulkan kutub-kutub magnet. Antar magnet elementer tersebut terdapat gaya tolak-menolak dan gaya tarik-menarik. Akan tetapi, di bagian ujung magnet hanya terdapat gaya tolak-menolak. Itulah sebabnya pada ujung-ujung magnet terdapat gaya magnet paling kuat sedangkan bagian
tengahnya lemah. Pada benda bukan magnet, magnet-magnet elementernya tersusun dengan arah yang berlainan atau arah yang acak sehingga tidak menimbulkan kutub magnet. Akibat arahnya acak, gaya tarik-menarik dan tolakmenolak antar magnet elementer saling meniadakan. Itulah sebabnya pada besi bukan magnet tidak terdapat gaya magnet (sifat magnet). 2.5
Elektromagnetik Sebuah elektromagnetik pada bentuk paling sederhana merupakan sebuah
kabel kumparan yang digulung menjadi satu loop atau lebih. Kumparan atau gulungan ini disebut solenoid. Ketika kuat arus listrik mengalir pada kumparan, sebuah medan magnet dihasilkan sepanjang kumparan. Kekuatan medan magnet dipengaruhi oleh beberapa faktor. Faktor yang mempengaruhi diantaranya, yaitu jumlah lilitan, besarnya arus dan bahan yang digunakan sebagai inti kumparan.Jumlah
8
lilitan mempengaruhi luas daerah yang berinteraksi, besar arus mempengaruhi aktivitas dan bahan intikumparan mempengaruhi resistansi listrik.Inti kumparan harus merupankan bahan ferromagnetik, yaitu bahan yang mudah dibuat menjadi magnet, karena beberapa bahan tidak dapat dibuat menjadi magnet atau memiliki sifat kemagnetan yang sangat kecil.
Gambar 2.10 Arah ektromagnetik Sumber :https://www.academia.edu/7566690/2._bab_1-3 (2014)
2.6
Besaran-Besaran Magnet
2.6.1
Fluks Magnet (Φ) -
Fluks magnet (Φ) adalah Aliran arus magnet dari kutub U ke S
-
Berbentuk garis-garis gaya magnet
-
Memiliki arah, kerapatan, intensitas 1 Wb = 108 garis gaya magnet = 108 Maxwell
2.6.2
Kerapatan Fluks Magnet (B)
.............................................................................................................. (2.1) A = Luas Penampang (m2) Kerapatan fluks magnet (B) adalah Banyaknya fluks yang mengalir dalam suatu luas penampang. 2.6.3
Gaya Gerak Magnet (Fm) Gaya gerak magnet (Fm) adalah Gaya yang diperlukan untuk
mengerakkan fluks magnet Dihasilkan oleh arus listrik (I) mengalir dalam kumparan (N) Fm = N x I
(Ampere – Turn) (AT) ................................................. (2.2)
9
2.6.4
Kuat Medan Magnet (Intensitas) Kuat Medan Magnet (Intensitas) adalah Besarnya Gaya Gerak Magnet
(GGM) per satuan panjang (L) dari suatu jalur aliran fluks magnet
H ........................................................................................................... (2.3) 2.6.5
Permeabilitas Permeabilitas adalah kemampuan suatu medium untuk menghasilkan suatu
kerapatan fluks (B) dari adanya kuat medan magnet (H) yang mengenai medium tersebut Permeabilitas ada 3 macam : 1) Permeabilitas ruang hampa (µ0) 2) permeabilitas relatif (µr) 3) permeabilitas absolute (µ) 2.6.5.1 Permeabilitas ruang hampa (µ0) Permeabilitas ruang hampa (µ0) adalah kerapatan (B) fluks yang dihasilkan dalam ruang hampa berbanding kuat medan magnet yang diterima
Aawd ............................................................................................. (2.3)
Dimana
....................................................................................................... (2.4)
2.6.5.2 Permeabilitas relatif (µr) Permeabilitas relatif (µr) adalah perbandingan antara B dalam medium tertentu dengan B dalam ruang hampa yang dihasilkan oleh kuat medan yang sama.
........................................................................................................... (2.5) sehingga, B = µr . µo . H ................................................................................... (2.6) 2.6.5.3 Permeabilitas Absolute (µ) Permeabilitas Absolute (µ) adalah permeabilitas relative (µr) dikalikan dengan permeabilitas ruang hampa (µ0) µ= µr . µo H/m .................................................................................... (2.7)
10
Sehingga pada ruang hampa, µr = 1 dan µr . µo = µo. 2.6.6
Permeansi Permeansi adalah komponen suatu medium untuk menghasilkan
pemeabilitas
.......................................................................................................................... (2.8) 2.6.7
Reluktansi (Rm) Reluktansi adalah Perlawanan terhadap fluks medan magnet melalui
volume yang diberikan dari ruang atau bahan. Analoginya dengan reisitansi listrik.
........................................................................................... (2.9)
..................................................................................................... (2.10)
Sehingga
................................................................................. (2.11) 2.7
Suseptibilitas Suseptibilitas magnetik suatu material mewakili kecenderungan suatu
material untuk menjadi bahan magnet dalam pengaruh medan magnet luar. Pengukuran suseptibilitas memungkinkan kita untuk mengidentifikasi meneral pembawa Fe dalam suatu sampel, menghitung konsentrasi atau volume mineral tersebut, mengklasifikasi jenis-jenis mineral yang berbeda, serta mengidentifikasi proses pembentukan dan perpindahan mineral tersebut. (Dearing, 1999. op. Cit. Andreas, 2004) Suseptibilitas magnetik bahan (χ) dapat diperoleh dari persamaan:
M=χ.H...................................................................................................................... (2.12) Dengan M adalah magnetisasi induksi (momen dipol magnet persatuan volume) (A/m) dan H adalah kuat medan Magnetik yang diberikan (A/m). Suseptibilitas untuk paramagnetik ditentukan oleh :
11
Hukum : Curie – Weiss
χ= ................................................................................................. (2.13) χ=
............................................................................................. (2.14)
Dengan :
C = konstanta Curie Tc = suhu Curie
2.8
Temperature Curie Hukum Curie-Weiss bisa diturunkan dengan menggunakan argumen yang
diusulkan Weiss. Didalam bahan momen ferromagnetik termagnetkan secara spontan, yang menunjukkan kehadiran suatu medan internal untuk menghasilkan magnetisasi ini. Weiss mengasumsikan bahwa medan sebanding dengan magnetisasi B= λ . M
(2.1)
Dimana λ adalah konstanta Weiss. Weiss menyebut medan ini adalah medan molekular dan yang dipikirkannya bahwa medan ini adalah hasil dari molekul-molekul di dalam sampel. Berdasarkan kenyataan, bahwa titik asal medan ini adalah pertukaran interaksi (exchange interact). Pertukaran interaksi (exchange interact) adalah konsekwensi dari prinsip larangan Pauli dan interaksi Coulomb antara elektron-elektron. Anggaplah suatu contoh sistem dua elektron. Ada dua susunan yang mungkin untuk spin-spin elektron; paralel atau anti-paralel lain. Jika mereka paralel, bahwa prinsip larangan mensyaratkan elektron-elektron bagian jauh tersisa. Dua susunan ini mempunyai energi berbeda, karena saat elektron mendekat bersama, energi timbul sebagai suatu hasil penolakan coulomb, hal ini adalah penjelasan nyata dari aturan Hund pertama dimana sistem elektronelektron mempunyai kecenderungan untuk memiliki spin tinggi, dimana tidak ada larangan oleh prinsip Pauli. Sebagaimana kita lihat dari contoh ini energi elektrostatik suatu sistem elektron bergantung pada orientasi relatif spin-spin; perbedaan di dalam energi mendefinisikan exchange energi(pertukaran energi). Interaksi exchange adalah range singkat. Dengan demikian, hanya atomatom terdekat yang dapat merespon dalam menghasilkan medan molekular. Besar medan molekular (exchange) sangat besar dengan orde berkisar 107 atau 103T.
12
Hal ini tidak mungkin menghasilkan masing-masing medan di laboratorium. Dalam kenyataannya, setiap spin hanya mengalami magnetisasi dari tetangga-tetangga terdekatnya, sehingga persamaan (1) perlu dikoreksi. Suhu Curie adalah suhu di mana magnetisasi spontan lenyap, dan memisahkan fase paramagnetik (keadaan kacau atau disordered) pada suhu tinggi, T. Temperature Curie adalah suhu yang memisahkan antara ferromagnetik dengan non ferromagnetik.
Gambar 2.11 Temperature Curie Sumber : http://digilib.uin-suka.ac.id/10813/2/BAB%20II,%20III,%20IV.pdf
Berdasarkan Hukum Curie-Weiss, Sebuah bahan yang paramagnetik bisa berlaku sebagai ferromagnetik apabila suhunya diturunkan sampai dengan suhu tertentu (suhu Curie). Sebuah bahan yang paramagnetik bisa berlaku sebagai anti ferromagnetik apabila suhunya dinaikan sampai dengan suhu tertentu (suhu Weiss). 2.9
Sifat Magnetik Bahan Sifat magnetik suatu bahan terjadi karena adanya orbital dan spin elektron
serta interaksi antara elektron yang satu dengan elektron yang lain. Suatu bahan yang ditempatkan pada medan magnet luar dengan intensitas magnetik (H), terjadi magnetisasi (M) serta terjadi induksi magnet (B) yang dapat dituliskan pada persamaan 2.2 (Purbaet.al, 2010). B=
0H
+
0M
(2.2)
Sedangkan variabel M dan H direlasikan oleh suseptibilitas magnetic (χ) sedangkan B dan H dapat direlasikan dengan permeabilitas bahan (µ) sehingga dapat dituliskan ke dalam persamaan 2.3 dan 2.4.
M= χ H ........................................................................................................... (2.3)
13
B=
H............................................................................................................. (2.4) Hubungan antara magnetisasi (M), intensitas magnetik (H), dan induksi
magnetik (B) dapat dilihat dari kurva histerisis. Sebuah loop histerisis menunjukkan hubungan antara kerapatan fluks induksi magnetik (B) dan gaya magnet/intensitas magnetik (H). Semakin besar nilai H maka semakin besar pula medan magnet B. Deskripsi secara rinci dapat dilihat pada gambar 2.8.
Gambar 2.12 Kurva Histerisis (NDT resource center, 2001-2011) Sumber : http://digilib.uin-suka.ac.id/10813/2/BAB%20II,%20III,%20IV.pdf
Pada titik a menunjukkan hampir seluruh domain magnetik adalah selaras dan peningkatan pada medan magnetik akan meningkatkan sedikit dari fluks magnetik. Maka pada titik ini bahan mengalami titik jenuh magnetik (magnetisasi saturasi). Ketika nilai H direduksi menjadi nol, kurva akan bergerak dari titik a ke titik b. Pada titik ini, dapat dilihat bahwa beberapa fluks magnetik tetap berada pada bahan meskipun gaya magnetisasi nol. Hal ini disebut titik retensivitas atau retentivity pada grafik yang menunjukkan remanen atau tingkat magnetisasi sisa dalam bahan. Retensivitas didefinisikan sebagai magnetisasi yang tersisa ketika H telah hilang. Ini menunjukkan kemampuan magnetisasi bahan saat diberi medan luar (H). Jika nilai retensivitas besar maka sifat kemagnetannya semakin kuat.
14
Pada titik c fluks magnetik mengalami pengurangan sampai ke nilai nol dan disebut titik koersivitas pada kurva. Koersivitas atau coercivity (Hc) merupakan besarnya medan yang diperlukan untuk membuat kemagnetannya = 0. Semakin besar Hc maka sifat kemagnetannya akan semakin kuat. Selanjutnya pada titik d, kekuatan magnetik meningkat pada arah negatif sehingga bahan mengalami magnetisasi jenuh (magnetisasi saturasi) tetapi pada arah yang berlawanan. Nilai H berkurang sampai nol dan kurva dibawa menuju titik e. Pada titik f nilai H mengalami kenaikan kearah positif sedangkan nilai B mengalami penurunan ke titik nol sehingga dari titik f kembali ke titik jenuh (magnetisasi saturasi). 2.10
Teori Paramagnetik Bahan paramagnetik adalah bahan-bahan yang memiliki suseptibiitas
magnetik χm yang positif dan sangat kecil. Paramagnetik muncul dalam bahan yang atom- atomnya memiliki momen magnetik yang berinteraksi satu sama lain secara sangat lemah. Apabila tidak terdapat Medan magnetik luar, momen magnetik ini akan berorientasi acak. Dengan daya Medan magnetik luar, momen magnetik ini arahnya cenderung sejajar dengan medannya, tetapi ini dilawan oleh kecenderungan momen untuk berorientasi acak akibat gerakan termalnya. Perbandingan momen yang menyearahkan dengan medan ini bergantung pada kekuatan medan dan pada temperaturnya. Pada medan magnetik luar yang kuat pada temperatur yang Sangat rendah, hampir seluruh momen akan disearahkan dengan medannya (Tipler, 2001).
Gambar 2.13 Arah elektromagnetik (a). Tanpa medan magnet luar(B=0) (b). Dengan magnet luar. (B>0) Sumber :https://www.academia.edu/7566690/2._bab_1-3 (2014)
15
Karakteristik dari bahan yang bersifat paramagnetik adalah memiliki momen magnetik permanen yang akan cenderung menyearahkan diri sejajar dengan arah medan magnet dan harga suseptibilitas magnetiknya berbanding terbalik
dengan
suhu
T.
Variasi
dari
nilai
susceptibilitas
magnetik
yang berbanding terbalik dengan suhu T adalah merupakan hukum Curie
χ=
................................................................................. (2.20)
χ=
........................................................................................... (2.20)
χ=
.......................................................................................................... (2.20)
Persamaan di atas adalah merupakan persamaan hukum Curie dimana T adalah suhu pengamatan,
adalah bilangan Bohr Magneton, N adalah jumlah atom
Gambar 2.14 Grafik hubungan antara suseptibilitas magnetik χ terhadap temperatur T pada bahan paramagnetik (Kittel, 1996) sumber : https://www.academia.edu/8460392/Magnetik-paramagnetik-feromagnetik-bab-ii-asmin
Sifat dari bahan dapat diketahui dengan mengetahui kandungan mineral magnetik pada bahan tersebut. Kandungan mineral magnetik ini dapat diketahui dengan serangkaian penelitian, salah satunya adalah dengan mengukur temperatur curie dari bahan tersebut. Batuan merupakan bahan yang komplek, tersusun dari lebih satu mineral magnetik.
Dengan pengukuran temperatur
curie,
dapat
menentukan mineral magnetik yang terkandung dalam batuan. Contoh bahan logam penyusun magnet paramagnetik adalah kromium dan nikel
16
2.11
Kromium Kromium adalah logam non-ferro yang dalam tabel periodik termasuk
golongan VIb dan lebih mulia dari besi. Kromium merupakan unsur yang berwarna perak atau abu-abu baja, berkilau, dan keras. Kromium tidak ditemukan sebagai logam bebas di alam. Kromium ditemukan dalam bentuk bijih kromium, khususnya dalam senyawa PbCrO4 yang berwarna merah. PbCrO4 dapat digunakan sebagai pigmen merah untuk cat minyak. Semua senyawa kromium dapat dikatakan beracun. Meskipun kromium berbahaya, tetapi kromium banyak digunakan dalam berbagai bidang. Misalnya dalam bidang biologi kromium memiliki peran penting dalam metabolisme glukosa. Dalam bidang kimia, kromium Digunakan sebagai katalis, seperti K2Cr2O7 merupakan agen oksidasi dan digunakan dalam analisis kuantitatif. Dalam industri tekstil, kromium digunakan sebagai mordants. Kromium memiliki beberapa istop. Diantara isotop-isotop kromium, ada beberapa isotop kromium yang digunakan untuk aplikasi medis, seperti Cr-51 yang digunakan untuk mengukur volume darah dan kelangsungan hidup sel darah merah. 2.11.1 Sejarah Kromium Pada tahun 1797, analis dari Prancis, yang bernama Louis-Nicholas Vauquelin menemukan “kromium“. Namun sebelumnya, Vauquelin menganalisis zamrud dari Peru dan menemukan bahwa warna hijau adalah karena adanya unsur baru, yaitu kromium. Bahkan, nama kromium berasal dari kata Yunani “kroma” yang berarti “warna”, dinamakan demikian karena banyaknya senyawa berwarna berbeda yang diperlihatkan oleh kromium Satu atau dua tahun kemudian seorang kimiawan dari Jerman, Tassaert yang bekerja di Paris menemukan kromium dalam bijih Kromit, Fe(CrO2)2, yang merupakan sumber utama kromit hingga sekarang. Pada pertengahan abad ke-18 seorang analisis dari Siberia menunjukkan bahwa kromium terdapat cukup banyak dalam senyawa PbCrO4, tetapi juga terdapat dalam senyawa lain. Ini akhirnya diidentifikasi sebagai kromium oksida. Kromium oksida ditemukan pada 1797 oleh Louis-Nicholas Vauquelin.
17
Pada 1761, Johann Gottlob Lehmann mengunjungi Mines Beresof di lereng Timur dari Pegunungan Ural di mana ia memperoleh sampel dari mineral merah-oranye yang disebutnya ujung merah Siberia. Setelah kembali ke St Petersburg pada 1766, ia menganalisis mineral ini dan menemukan bahwa itu berisi "mineralisasi dengan spar selenitic dan partikel besi". Bahkan, mineral itu crocoite, sebuah kromat timbal (PbCrO4). Pada tahun 1770, Peter Simon Pallas juga mengunjungi Pertambangan Beresof dan diamatinya "merah” memimpin mineral yang sangat luar biasa yang belum pernah ditemukan dalam tambang lainnya. Ketika dilumatkan, itu memberikan guhr kuning indah yang dapat digunakan dalam lukisan miniatur. Meskipun jarang dan kesulitan dengan yang diperoleh dari Pertambangan Beresof (pengangkutan ke Eropa Barat sering mengambil dua tahun), penggunaan timbal merah Siberia sebagai pigmen cat cepat dihargai dan itu ditambang baik sebagai kolektor item serta untuk industri cat - kuning cerah yang terbuat dari cepat crocoite menjadi warna modis untuk kereta bangsawan di Prancis dan Inggris. Pada 1797, Nicolas-Louis Vauquelin, profesor kimia dan pengujian di School of Mines di Paris, menerima beberapa sampel bijih crocoite. Analisis berikutnya mengungkapkan unsur logam baru, yang disebutnya kromium setelah khrôma kata Yunani, yang berarti warna. Setelah penelitian lebih lanjut dia terdeteksi jejak unsur kromium dalam permata memberikan karakteristik warna merah batu delima dan zamrud hijau khas, serpentine, dan mika krom. Pada 1798, Lowitz dan Klaproth menemukan kromium dalam sampel batu hitam berat ditemukan lebih ke utara dari Pertambangan Beresof dan pada 1799 Tassaert diidentifikasi kromium dalam mineral yang sama dari sejumlah kecil deposit di wilayah Var Selatan-Timur Perancis. Mineral ini ia ditentukan sebagai besi spinel krom sekarang dikenal sebagai kromit (FeOCr2O3). Cadangan bijih kromit ditemukan di Pegunungan Ural sangat meningkatkan suplai kromium untuk industri cat berkembang dan bahkan menghasilkan bahan kimia pabrik krom disiapkan di Manchester, Inggris sekitar 1808. Pada 1827, Tyson Ishak mengidentifikasi simpanan bijih kromit di
18
perbatasan Pennsylvania-Maryland dan Amerika Serikat menjadi pemasok monopoli untuk beberapa tahun. Tapi kelas kromit deposito-tinggi ditemukan dekat Bursa di Turki pada tahun 1848 dan dengan kelelahan dari deposito Maryland sekitar 1860, Turki yang kemudian menjadi sumber utama pasokan. Hal itu berlangsung selama bertahun-tahun sampai pertambangan bijih kromium dimulai di India dan Afrika Selatan sekitar 1906. 2.11.2 Karakteristik Kromium Sifat Fisika Kromium Tabel 2.1 Sifat Fisika Kromium Sumber : https://id.scribd.com/doc/74979375/Kromium#download
Massa Jenis
7,15 g/cm3 (250C)
Titik Lebur
2180 K, 19070C, 3465 ° F
Titik Didih
2944 K, 26710C, 4840 ° F
Entalpi Peleburan
20,5 kJ mol -1
Panas Penguapan
339 kJ mol -1
Entalpi Atomisasi
397 kJ mol -1
Kapasitas Kalor (250C)
23,25 J/mol.K
Konduktivitas Termal
94 W m -1 K -1
Koefisien ekspansi termal linier
4,9 x 10 -6 K -1
Kepadatan
7,140 kg m -3
Volum Molar
7,23 cm 3
Sifat Resistivitas listrik
12,7 10 -8 Ω m
Sifat Kimia Kromium Tabel 2.2 Sifat Kimia Kromium Sumber : https://id.scribd.com/doc/74979375/Kromium#download
Nomor Atom
24
Massa Atom
51,9961 g/mol
Golongan, periode, blok
VI B, 4, d
Konfigurasi elektron
[Ar] 3d5 4s1
Jumlah elektron tiap kulit
2, 8,13, 1
19
Afinitas electron
64,3 kJ / mol -1
Ikatan energi dalam gas
142,9 ± 5,4 kJ / mol -1.
Panjang Ikatan Cr-Cr
249 pm
Senyawa beracun dan mudah terbakar
2.12
Nikel Nikel adalah unsur kimia metalik dalam tabel periodik yang memiliki
simbol Ni dan nomor atom 28. Nikel mempunyai sifat tahan karat. Dalam keadaan murni, nikel bersifat lembek, tetapi jika dipadukan dengan besi, krom, dan logam lainnya, dapat membentuk baja tahan karat yang keras. Perpaduan nikel, krom dan besi menghasilkan baja tahan karat (stainless steel) yang banyak diaplikasikan pada peralatan dapur (sendok, dan peralatan memasak), ornamen-ornamen rumah dan gedung, serta komponen industri. 2.12.1 Sejarah Nikel Nikel ditemukan oleh Cronstedt pada tahun 1751 dalam mineral yang disebutnya kupfernickel(nikolit) 2.12.2 Karakteristik Nikel Sifat Fisika Nikel Tabel 2.3 Sifat Fisika Kromium Sumber : http://www.amazine.co/28267/nikel-ni-fakta-sifat-kegunaan-efekkesehatannya/
Struktur Kristal
fcc
Massa Atom
58.6934 amu
Titik Didih
3005.15 K; 2732.0 °C; 4949.6 °F
Titik Leleh
1726.15 K; 1453.0 °C; 2647.4 °F
Massa Jenis
8.902 g/cm3 (250C)
Entalpi Penguapan
17.2 kJ mol -1
Kapasitas Kalor (250C)
0.444 J/mol.K
Konduktivitas Termal
90.7 W m -1 K -1
Koefisien ekspansi termal linier
4,9 x 10 -6 K -1
20
Kepadatan
7,140 kg m -3
Volum Molar
6.6 cm3
Sifat Resistivitas listrik
14.6 x 106 /Ω cm
Sifat Kimia Nikel Tabel 2.4 Sifat Kimia Kromium Sumber : http://www.amazine.co/28267/nikel-ni-fakta-sifat-kegunaan-efekkesehatannya/
Nomor Atom
28
Massa Atom
58,71 g/mol
Jumlah Protons/Elektron Jumlah Neutron Konfigurasi Elektron
28 31 [Ar]3d8 4s2
Jumlah elektron tiap kulit
2, 8,13, 1
Afinitas electron
64,3 kJ / mol -1
Ikatan energi dalam gas
142,9 ± 5,4 kJ / mol -1.
Panjang Ikatan Cr-Cr
249 pm
BAB III HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1
Paramagnetik Bahan paramagnetik memiliki µ sedikit lebih besar daripada nilai µ0.
Bahan ini berisi atom yang memiliki momen dipol magnet total yang disebabkan oleh pengorbitan elektron dan tersusun oleh medan. Pada bahan ini beberapa atom atau ion dalam bahan tersebut memiliki momen magnetik bersih (bernilai nol) karena elektron tidak berpasangan di dalam orbital yang terisi sebagian. Ketika medan magnet diberikan maka akan dipolakan cenderung sejajar dengan medan listrik sehingga menghasilkan momen magnetik dalam arah medan listrik. Pada mekanika klasik, kesejajaran ini dapat dijelaskan karena adanya torsi yang diberikan pada momen magnetik menurut bidang yang diterapkan, yang mencoba menyelaraskan dipol sejajar dengan medan listrik. Hubungan antara magnetisasi (M) dengan intesitas magnetik (H) serta suseptibilitas (χ) dengan temperatur (T) dapat dilihat pada gambar 2.12.
Gambar 2.15 Grafik Hubungan Magnetisasi (a) Grafik magnetisasi sebagai fungsi intensitas magnetik (b) Grafik suseptibilitas sebagai fungsi temperatur Sumber : http://digilib.uin-suka.ac.id/10813/2/BAB%20II,%20III,%20IV.pdf
Perhatikan pada grafik hubungan magnetisasi (M) sebagai fungsi intensitas magnetik (H), ketika magnetisasi nol maka intensitas bernilai nol dengan nilai suseptibilitas magnetik (χ) > 0. Sedangkan pada grafik hubungan antara suseptibilitas magnetik (χ) Vs temperatur (T) dapat dilihat bahwa nilai suseptibitas magnetik dipengaruhi oleh temperatur (χ berbanding terbalik dengan T).
21
22
Ciri-ciri dari bahan paramagnetik adalah: 1. Bahan
yang
resultan
medan
magnet
atomis
masing-masing
atom/molekulnya adalah tidak nol. 2. Jika solenoida dimasuki bahan ini akan dihasilkan induksi magnetik yang lebih besar. 3. Permeabilitas bahan: u > u o. Contoh: aluminium, nikel, kromium Tabel 3.1 Suseptibilitas magnetic
m
M untuk berbagai bahan H
Sumber : http://dosen.narotama.ac.id/wp-content/uploads/2012/12/modul-13-SIFATKEMAGNETAN-BAHAN.doc Bahan (Paramagnetik)
-6
Xm( x 10 mks )
-6
Bahan (diamagnetik)
Xm(x 10 mks)
Alumunium
+ 0,82
Bismut
-0,7
Kalsium
+ 1,4
Kadmium (Cd)
-0,23
Kromium
+ 4,5
Tembaga
-0,11
Oksida tembaga (CuO)
+ 1,5
Germanium
-0,15
Oksida besi(Fe2O3)
+ 26,0
Helium
-0,59
Magnesium
+ 0,69
Emas (Au)
-0,19
+ 1,0
Timah hitam
-0,18
O2 Cair (-219 C)
+ 390
seng
-0,20
Platina
+ 1,65
Tantalium
+ 1,1
Nikel
+ 1,6
Mangan o
3.2 Penggunaan Bahan Paramagnetik pada kehidupan sehari-hari 3.2.1
Obeng Obeng adalah sebuah alat yang digunakan untuk mengencangkan atau
mengendorkan baut. Ada beberapa model obeng yang digunakan di seluruh dunia. Model obeng yang sangat umum di Indonesia adalah model Phillips yang populer disebut obeng kembang atau plus (+) dan slotted yang sering disebut obeng minus (-). Model obeng lain yang digunakan di negara-negara lain antara lain Torx (bintang segi enam), hex (segi enam), Robertson (kotak).
23
Tentu saja pengaplikasian magnet paramagnetik berada pada obeng yang berjenis obeng magnet. Mengapa demikian? Dikarenakan fungsi magnet pada obeng magnet untuk menarik benda-benda logam dengan lemah, diantaranya memudahkan untuk menarik baut-baut kecil ketika tersangkut di suatu tempat yang sempit. Obeng magnet bermacam-macam jenis logamnya antara lain kromium dan nikel. 3.2.1.1 Obeng Magnet Kromium Obeng Magnet Kromium memiliki kelebihan dan kekurangan sebagai berikut
Gambar 2.15 Grafik Hubungan Magnetisasi Sumber : http://www.ebay.com/sch/sis.html?_nkw=1pc%20Rubber%20Coated%20Handle%205%2075mm %20Slotted%20Screwdriver%20Chromium%20vanadium%20Steel&_itemId=131002947849
Keuntungan Obeng Magnet Kromium : Obeng ini memiliki permukaan jika dipoles akan bersinar seperti cermin dan dapat memantulkan cahaya. Apabila digosok akan mengkilap. Kromium tidak mudah berkarat. Mudah dijadikan magnet karena memiliki suseptibilitas χM > 0 yaitu + 4,5 Kerugian Obeng Magnet Kromium : Cepat kusam. Apabila terjadi goresan, akan tampak terlihat. Inti logam dapat karat jika kerusakan akibat kecelakaan (terjadi patahan) karena unsur alami. 3.2.1.2 Obeng Magnet Nikel Obeng Magnet Nikel memiliki kelebihan dan kekurangan sebagai berikut
24
Gambar 2.15 Grafik Hubungan Magnetisasi Sumber : http://item.brownells.com/tertiary/grace-usa-screwdrivers-sets/index.htm
Keuntungan Obeng Magnet Nikel : Obeng magnet nikel kuat, tahan panas, dan tidak mudah berkarat. Mudah untuk dibuat magnet dan magnet tidak mudah untuk dihilangkan. Kerugian Obeng Magnet Nikel : Obeng magnet nikel memiliki harga yang lebih tinggi dari Obeng magnet kromium
BAB IV PENUTUP 4.1
Simpulan Kesimpulan dari paper yang dibuat adalah bagaimana penerapan
paramagnetik dalam kehidupan sehari-hari seperti pada obeng magnet. Bahan paramagnetik dikatakan magnet lemah dengan dukungan teori-teori yang membuktikan seperti : Menurut teori paramagnetik, Karakteristik dari bahan yang bersifat paramagnetik adalah memiliki momen magnetik permanen yang akan cenderung menyearahkan diri sejajar dengan arah medan magnet dan harga suseptibilitas magnetiknya berbanding terbalik dengan suhu T. Paramagnetik adalah sifat suatu benda untuk menciptakan suatu medan magnet ketika dikenai medan magnet. Sifat ini menyebabkan efek tarik-menarik namun lemah. Paramagnetik adalah salah satu bentuk magnet yang cukup lemah, dengan pengecualian super konduktor yang memiliki kekuatan magnet yang kuat. 4.1 Saran Semoga dengan paper yang sudah dibuat ini bisa memberikan pengetahuan yang lebih tentang paramagnetic karena paper ini telah menjelaskan dari apa saja kegunaan bahan paramagnetic dalam kehidupan sehari-hari sampai bagaimana paramagnetik bisa dikatakan magnet lemah sehingga paper ini bisa berguna bagi pembacanya.
25
BAB V DAFTAR PUSTAKA [1] Anonim, “konsep-dasar-magnet.pdf”, http://iwan78.files.wordpress.com/2011/04/04-konsep-dasar-magnet.pdf, (2011) [2] Anonim, “BAB II Teori Dasar”, http://digilib.itb.ac.id/files/disk1/560/jbptitbpp-gdl-elisasesan-27974-3-2001ts2.pdf (1994). [3]Anonim, “BAB II Teori Dasar”, http://digilib.itb.ac.id/files/disk1/548/jbptitbpp-gdl-suryaperma-27357-3-2007ta2.pdf(2007). [4] S Sutomo, “BAB I PENDAHULUAN 1. LATAR BELAKANG”, http://eprints.undip.ac.id/41681/2/2._bab_1-3.pdf(2012). [6] Martak, F., “Kompleks Besi(II) dengan Ligan 2-Feniletilamin”, Seminar Nasional Kimia, Jurusan Kimia FMIPA Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya (2010). [7] Underwood, A.L. and Day, R.A, ”Analisis Kimia Kuantitatif”, Edisi Keenam, Penerbit Erlangga, Jakarta (2002). [8] Samath, S.A., Raman, N dan Jeyasubramanian, K., “New β-diketon-(2phenylethl)amine schiff base chelates of copper(II), nickel(II) and cobalt(III) and their electrophilic substitution products”, Polyhedron (1991) 10, 1687-1693. [9] Nakamoto, K., “Infrared and Raman Spectra of Inorganic and Coordination Compounds”, Third Edition, John Wiley & Sons, USA (1986). [10] MNI Rajagukguk, “Sintesis dan Karakterisasi Senyawa Koordinasi Besi(II) dengan Ligan Basa Schiff N,N’-bis-(2-asetilpiridin)etilendiimino dan Tiosianat”, Skripsi, USU, Sumatra Utara (2011). [11] Afidatun Najah,dkk., http://jurnalonline.um.ac.id/data/artikel/artikel2F3AF1309B2A44F3E98A8AD39EF0E5B9.pd f(2012)
26
