Pengertian Magnet dan Elektromagnetik
Magnetisme adalah gaya yang dihasilkan ketika arus listrik mengalir melalui konduktor sederhana seperti sepotong kawat atau kabel.
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.
Magnet memainkan peran penting dalam Kelistrikan dan Teknik Elektro karena tanpa komponen seperti relai, solenoida, induktor, choke, coil, pengeras suara, motor, generator, trafo/transformator, dan meter listrik dll, tidak akan berfungsi jika magnet tidak ada.
Kemudian setiap kumparan kawat menggunakan efek Elektromagnetik ketika arus listrik mengalir melaluinya. Tetapi sebelum kita melihat lebih jauh tentang Magnet dan khususnya Elektromagnetik lebih terinci, kita perlu mengingat kembali ke kelas Fisika kita tentang bagaimana magnet dan bagaimana magnet bekerja.
Jika dua magnet alami ini ditangguhkan dari seutas tali, mereka akan mengambil posisi sejajar dengan medan magnet Bumi yang selalu menunjuk ke utara.
Contoh yang baik 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 manusia 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 berbagai 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 sendiri.
Namun, ketika dicampur atau "paduan" bersama-sama dengan bahan lain seperti besi atau aluminium peroksida mereka menjadi magnet yang sangat kuat menghasilkan nama-nama yang tidak biasa seperti "alcomax", "hycomax", "alni" dan "alnico".
Bahan magnetik dalam keadaan non-magnetik memiliki struktur molekul dalam bentuk rantai magnetik longgar atau magnet kecil individu yang secara longgar diatur dalam pola acak.
Efek keseluruhan dari jenis pengaturan ini menghasilkan magnet nol atau sangat lemah karena pengaturan acak setiap magnet molekul ini cenderung menetralkan tetangganya.
Ketika bahan dimagnetisasi, susunan molekul acak ini berubah dan magnet molekul kecil yang tidak selaras dan acak menjadi "berjajar" sedemikian rupa sehingga mereka menghasilkan susunan magnet seri. Gagasan penyelarasan molekul bahan feromagnetik ini dikenal sebagai Teori Weber dan diilustrasikan di bawah ini.
Teori Weber didasarkan pada kenyataan bahwa semua atom memiliki sifat magnetis karena aksi pemintalan elektron-elektron atom. Kelompok-kelompok atom bergabung bersama sehingga medan magnet mereka semua berputar ke arah yang sama.
Bahan magnetis terdiri dari kelompok-kelompok magnet kecil pada tingkat molekul di sekitar atom, dan bahan magnetis 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 juga, suatu bahan yang memiliki magnet molekul kecil yang menunjuk ke segala arah akan memiliki magnet molekulnya dinetralkan oleh magnet tetangganya, sehingga menetralkan segala efek magnetis. Daerah-daerah magnet molekuler ini disebut "domain".
Setiap bahan magnet akan menghasilkan medan magnet itu sendiri yang tergantung pada tingkat penyelarasan domain magnet dalam materi yang diatur oleh orbital dan elektron yang berputar. Tingkat penyelarasan ini dapat ditentukan oleh jumlah yang dikenal sebagai magnetisasi, M.
Dalam bahan yang tidak termagnetisasi, M = 0, tetapi beberapa domain tetap sejajar di daerah kecil dalam materi setelah medan magnet dihilangkan.
Efek dari penerapan gaya magnetisasi pada material adalah untuk menyelaraskan beberapa domain untuk menghasilkan nilai magnetisasi yang tidak nol.
Setelah gaya magnetisasi dilepaskan, magnet di dalam material akan tetap diam atau membusuk dengan cepat tergantung pada bahan magnet yang digunakan. Kemampuan suatu material untuk mempertahankan magnetnya disebut Retentivitas.
Bahan yang diperlukan untuk mempertahankan magnet mereka akan memiliki retentivitas yang cukup tinggi dan karena itu digunakan untuk membuat magnet permanen, sedangkan bahan-bahan yang diperlukan untuk kehilangan magnet mereka dengan cepat seperti inti besi lunak untuk relai dan solenoida akan memiliki retentivitas yang sangat rendah.
Garis-garis fluks ini secara kolektif disebut sebagai "medan magnet" dari magnet. Bentuk medan magnet ini lebih kuat di beberapa bagian daripada yang lain dengan area magnet yang memiliki magnet terbesar disebut "kutub". Di setiap ujung magnet ada sebuah pole/kutub.
Garis-garis fluks ini (disebut bidang vektor) tidak dapat dilihat dengan mata telanjang, tetapi mereka dapat dilihat secara visual dengan menggunakan tambalan besi yang ditaburkan ke selembar kertas atau dengan menggunakan kompas kecil untuk melacaknya.
Kutub magnet selalu hadir 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-garis gaya yang memberikan kutub yang pasti di setiap ujung material di mana garis fluks lebih padat dan terkonsentrasi.
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 ( Φ ) seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Diameter = 12cm
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.
Magnet memainkan peran penting dalam Kelistrikan dan Teknik Elektro karena tanpa komponen seperti relai, solenoida, induktor, choke, coil, pengeras suara, motor, generator, trafo/transformator, dan meter listrik dll, tidak akan berfungsi jika magnet tidak ada.
Kemudian setiap kumparan kawat menggunakan efek Elektromagnetik ketika arus listrik mengalir melaluinya. Tetapi sebelum kita melihat lebih jauh tentang Magnet dan khususnya Elektromagnetik lebih terinci, kita perlu mengingat kembali ke kelas Fisika kita tentang bagaimana magnet dan bagaimana magnet bekerja.
Sifat Magnetis
Magnet dapat ditemukan dalam keadaan alami dalam bentuk bijih magnetik, dengan dua jenis utama menjadi Magnetis juga disebut “besi oksida”, (FE3 O4 ) dan Lodestone, juga disebut “leading stone”.Jika dua magnet alami ini ditangguhkan dari seutas tali, mereka akan mengambil posisi sejajar dengan medan magnet Bumi yang selalu menunjuk ke utara.
Contoh yang baik 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 manusia 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 berbagai 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 sendiri.
Namun, ketika dicampur atau "paduan" bersama-sama dengan bahan lain seperti besi atau aluminium peroksida mereka menjadi magnet yang sangat kuat menghasilkan nama-nama yang tidak biasa seperti "alcomax", "hycomax", "alni" dan "alnico".
Bahan magnetik dalam keadaan non-magnetik memiliki struktur molekul dalam bentuk rantai magnetik longgar atau magnet kecil individu yang secara longgar diatur dalam pola acak.
Efek keseluruhan dari jenis pengaturan ini menghasilkan magnet nol atau sangat lemah karena pengaturan acak setiap magnet molekul ini cenderung menetralkan tetangganya.
Ketika bahan dimagnetisasi, susunan molekul acak ini berubah dan magnet molekul kecil yang tidak selaras dan acak menjadi "berjajar" sedemikian rupa sehingga mereka menghasilkan susunan magnet seri. Gagasan penyelarasan molekul bahan feromagnetik ini dikenal sebagai Teori Weber dan diilustrasikan di bawah ini.
Penyelarasan Molekul Magnetis dari Sepotong Besi dan Magnet
Teori Weber didasarkan pada kenyataan bahwa semua atom memiliki sifat magnetis karena aksi pemintalan elektron-elektron atom. Kelompok-kelompok atom bergabung bersama sehingga medan magnet mereka semua berputar ke arah yang sama.
Bahan magnetis terdiri dari kelompok-kelompok magnet kecil pada tingkat molekul di sekitar atom, dan bahan magnetis 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 juga, suatu bahan yang memiliki magnet molekul kecil yang menunjuk ke segala arah akan memiliki magnet molekulnya dinetralkan oleh magnet tetangganya, sehingga menetralkan segala efek magnetis. Daerah-daerah magnet molekuler ini disebut "domain".
Setiap bahan magnet akan menghasilkan medan magnet itu sendiri yang tergantung pada tingkat penyelarasan domain magnet dalam materi yang diatur oleh orbital dan elektron yang berputar. Tingkat penyelarasan ini dapat ditentukan oleh jumlah yang dikenal sebagai magnetisasi, M.
Dalam bahan yang tidak termagnetisasi, M = 0, tetapi beberapa domain tetap sejajar di daerah kecil dalam materi setelah medan magnet dihilangkan.
Efek dari penerapan gaya magnetisasi pada material adalah untuk menyelaraskan beberapa domain untuk menghasilkan nilai magnetisasi yang tidak nol.
Setelah gaya magnetisasi dilepaskan, magnet di dalam material akan tetap diam atau membusuk dengan cepat tergantung pada bahan magnet yang digunakan. Kemampuan suatu material untuk mempertahankan magnetnya disebut Retentivitas.
Bahan yang diperlukan untuk mempertahankan magnet mereka akan memiliki retentivitas yang cukup tinggi dan karena itu digunakan untuk membuat magnet permanen, sedangkan bahan-bahan yang diperlukan untuk kehilangan magnet mereka dengan cepat seperti inti besi lunak untuk relai dan solenoida akan memiliki retentivitas yang sangat rendah.
Fluks Magnetik
Semua magnet, tidak peduli apa bentuknya, memiliki dua daerah yang disebut kutub magnet dengan magnet baik di dalam dan di sekitar rangkaian magnet menghasilkan rantai pasti pola teratur dan seimbang dari garis-garis fluks tak terlihat di sekitarnya.Garis-garis fluks ini secara kolektif disebut sebagai "medan magnet" dari magnet. Bentuk medan magnet ini lebih kuat di beberapa bagian daripada yang lain dengan area magnet yang memiliki magnet terbesar disebut "kutub". Di setiap ujung magnet ada sebuah pole/kutub.
Garis-garis fluks ini (disebut bidang vektor) tidak dapat dilihat dengan mata telanjang, tetapi mereka dapat dilihat secara visual dengan menggunakan tambalan besi yang ditaburkan ke selembar kertas atau dengan menggunakan kompas kecil untuk melacaknya.
Kutub magnet selalu hadir 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-garis gaya yang memberikan kutub yang pasti di setiap ujung material di mana garis fluks lebih padat dan terkonsentrasi.
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 ( Φ ) seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Garis Gaya dari Medan Magnet Magnetik
Seperti yang ditunjukkan di atas, medan magnet terkuat di dekat kutub magnet adalah garis-garis fluks lebih dekat. Arah umum untuk aliran fluks magnetik adalah dari kutub Utara ( N ) ke Selatan ( S ).
Selain itu, garis-garis magnetis ini membentuk putaran tertutup yang meninggalkan di 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 magnetis adalah wilayah statis di sekitar magnet tempat gaya magnet ada.
Dengan kata lain fluks magnet tidak mengalir atau bergerak, hanya ada dan tidak dipengaruhi oleh gravitasi. Beberapa fakta penting muncul ketika merencanakan garis gaya:
- Garis gaya TIDAK PERNAH menyeberang.
- Garis gaya terus menerus/kontinu.
- Garis gaya selalu membentuk PUTARAN TERTUTUP individual di sekitar magnet.
- Garis gaya memiliki ARAH yang pasti dari Utara ke Selatan.
- Garis gaya yang berdekatan menunjukkan medan magnet yang KUAT.
- Garis gaya yang lebih jauh menunjukkan medan magnet yang LEMAH.
Garis gaya menarik dan menolak seperti gaya listrik dan ketika dua garis gaya disatukan, interaksi antara dua medan magnet menyebabkan salah satu dari dua hal terjadi:
- Ketika kutub yang berdekatan adalah sama, (utara-utara atau selatan-selatan) mereka saling MENOLAK.
- Ketika 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 ditunjukkan menggunakan tambalan besi untuk menunjukkan garis-garis gaya di sekitar magnet.
Efek pada medan magnet dari berbagai kombinasi kutub seperti kutub seperti menolak dan menarik seperti dapat dilihat di bawah ini.
Medan Magnet Kutub MENOLAK dan MENARIK
Ketika merencanakan garis medan magnet dengan kompas, akan terlihat bahwa garis-garis gaya diproduksi sedemikian rupa untuk memberikan kutub yang pasti di setiap ujung magnet di mana garis-garis gaya meninggalkan kutub Utara dan masuk kembali pada Kutub Selatan.
Magnet dapat dihancurkan dengan memanaskan atau memalu material magnetik, 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 terpisah, tetapi setiap bagian yang rusak akan memiliki kutub utara dan kutub selatan baru.
Jika Anda mengambil salah satu dari potongan-potongan itu dan memecahnya menjadi dua lagi, masing-masing bagian yang lebih kecil akan memiliki kutub Utara dan kutub Selatan baru dan seterusnya. Tidak peduli seberapa kecil kepingan magnetnya, setiap keping masih akan memiliki kutub Utara dan kutub Selatan, gila ngak!
Maka agar kita dapat menggunakan magnet dalam perhitungan listrik atau elektronik, kita perlu mendefinisikan apa saja berbagai aspek magnet.
Besarnya Magnetism
Kita sekarang tahu bahwa garis-garis gaya atau lebih umum fluks magnet di sekitar material magnet diberi simbol Yunani, Phi, ( Φ ) dengan unit fluks menjadi Weber, ( Wb ) by Wilhelm Eduard Weber.
Tetapi jumlah garis gaya dalam area satuan tertentu disebut "Kerapatan Fluks" dan karena fluks ( Φ ) diukur dalam ( Wb ) dan area ( A ) dalam meter kuadrat, ( m2 ), kerapatan fluks diukur di Webers/meter2 atau ( Wb/m2 ) dan diberi simbol B.
Namun, ketika mengacu pada kerapatan fluks dalam magnet, kerapatan fluks diberikan unit Tesla by Nikola Tesla sehingga oleh karena itu satu Wb/m2 sama dengan satu Tesla, 1Wb/m2 = 1T.
Kerapatan fluks sebanding dengan garis gaya dan berbanding terbalik dengan area sehingga kita dapat mendefinisikan Kerapatan Fluks sebagai:
Kerapatan fluks sebanding dengan garis gaya dan berbanding terbalik dengan area sehingga kita dapat mendefinisikan Kerapatan Fluks sebagai:
Densitas/Kerapatan Fluks Magnet
Simbol untuk kerapatan fluks magnetik B dan unit kerapatan fluks magnetik adalah Tesla, T.
Penting untuk diingat bahwa semua perhitungan untuk kerapatan fluks dilakukan dalam unit yang sama, misalnya fluks pada weber, luas dalam m2, dan kerapatan fluks dalam Teslas.
Contoh Elektromagnetik No.1
Jumlah fluks yang ada di batang magnet bulat diukur pada 0.013 weber. Jika bahan memiliki diameter 12cm, hitung kerapatan fluks.
Area penampang material magnetik dalam m2 diberikan sebagai:
Diameter = 12cm
∴ Area = πr2
A = 3.142 x 0.062 = 0.0113m2
Fluks magnet diberikan sebagai 0.013 weber, oleh karena itu kerapatan fluks dapat dihitung sebagai:
Jadi kerapatan fluks dihitung sebagai 1,15 Teslas.
Ketika berhadapan dengan magnet di rangkaian listrik, harus diingat bahwa satu Tesla adalah kerapatan medan magnet sehingga konduktor yang membawa 1 ampere pada sudut kanan ke medan magnet mengalami gaya satu meter panjangnya dan itu akan menjadi diperagakan dalam tutorial selanjutnya tentang Medan Elektromagnetik.