MAGNETISME: SIFAT MAGNETIK BAHAN, KEGUNAAN - FISIK - 2025

The magnet atau energi magnetik adalah kekuatan terkait gerakan alam dan mampu menghasilkan daya tarik listrik atau tolakan di beban zat tertentu. Magnet adalah sumber magnet yang terkenal.

Di dalamnya terdapat interaksi yang diterjemahkan menjadi keberadaan medan magnet, yang memberikan pengaruhnya pada potongan-potongan kecil besi atau nikel, misalnya.

Warna-warna indah dari Cahaya Utara disebabkan oleh partikel kosmik yang memancarkan energi saat dibelokkan oleh medan magnet bumi. Sumber: Pixabay.

Medan magnet magnet menjadi terlihat ketika ditempatkan di bawah kertas tempat besi disebarkan. Pengarsipan segera diorientasikan di sepanjang garis bidang, membuat gambar bidang dua dimensi.

Sumber terkenal lainnya adalah kabel yang membawa arus listrik; Tapi tidak seperti magnet permanen, magnet menghilang saat arus berhenti.

Setiap kali medan magnet terjadi di suatu tempat, beberapa agen harus bekerja. Energi yang diinvestasikan dalam proses ini disimpan dalam medan magnet yang dibuat dan kemudian dapat dianggap sebagai energi magnet.

Perhitungan berapa banyak energi magnet yang disimpan di lapangan tergantung pada bidang dan geometri perangkat atau wilayah tempat pembuatannya.

Induktor atau kumparan adalah tempat yang baik untuk melakukan ini, menciptakan energi magnet dengan cara yang sama seperti energi listrik disimpan di antara pelat kapasitor.

Sejarah dan penemuan

Aplikasi lama

Legenda yang diceritakan oleh Pliny tentang Yunani kuno berbicara tentang gembala Magnes, yang lebih dari 2000 tahun yang lalu menemukan mineral misterius yang mampu menarik potongan besi, tetapi tidak material lain. Itu adalah magnetit, oksida besi dengan sifat magnet yang kuat.

Alasan daya tarik magnet tetap tersembunyi selama ratusan tahun. Paling banter, itu dikaitkan dengan peristiwa supernatural. Meskipun bukan karena alasan ini, aplikasi menarik ditemukan untuk itu, seperti kompas.

Kompas yang ditemukan oleh orang China menggunakan magnet bumi sendiri untuk memandu pengguna selama navigasi.

Studi ilmiah pertama

Studi tentang fenomena magnet mengalami kemajuan besar berkat William Gilbert (1544 - 1603). Ilmuwan Inggris dari era Elizabethan ini mempelajari medan magnet dari magnet bola dan menyimpulkan bahwa bumi pasti memiliki medan magnetnya sendiri.

Dari studinya tentang magnet, dia juga menyadari bahwa dia tidak bisa mendapatkan kutub magnet yang terpisah. Saat magnet dibelah menjadi dua, magnet baru juga memiliki kedua kutub.

Namun, pada awal abad ke-19 para ilmuwan menyadari adanya hubungan antara arus listrik dan magnet.

Hans Christian Oersted (1777 - 1851), lahir di Denmark, pada tahun 1820 memiliki gagasan untuk mengalirkan arus listrik melalui konduktor dan mengamati efeknya pada kompas. Kompas akan menyimpang, dan ketika arus berhenti mengalir, kompas akan kembali mengarah ke utara seperti biasa.

Fenomena ini bisa dibuktikan dengan mendekatkan kompas ke salah satu kabel yang keluar dari aki mobil, saat starter sedang dioperasikan.

Pada saat menutup rangkaian, jarum akan mengalami defleksi yang dapat diamati, karena aki mobil dapat mensuplai arus yang cukup tinggi sehingga kompas menyimpang.

Dengan cara ini menjadi jelas bahwa muatan bergerak yang menimbulkan magnet.

Investigasi modern

Beberapa tahun setelah eksperimen Oersted, peneliti Inggris Michael Faraday (1791 - 1867) menandai tonggak sejarah lain dengan menemukan bahwa medan magnet yang bervariasi pada gilirannya menimbulkan arus listrik.

Kedua fenomena, listrik dan magnet, terkait erat satu sama lain, yang masing-masing menimbulkan yang lain. Mereka disatukan oleh murid Faraday, James Clerk Maxwell (1831 - 1879), dalam persamaan yang menyandang namanya.

Persamaan ini berisi dan meringkas teori elektromagnetik dan valid bahkan dalam fisika relativistik.

Sifat magnetik material

Mengapa beberapa bahan menunjukkan sifat magnet atau memperoleh magnet dengan mudah? Kita tahu bahwa medan magnet disebabkan oleh muatan yang bergerak, oleh karena itu didalam magnet pasti terdapat arus listrik yang tidak terlihat sehingga menimbulkan kemagnetan.

Semua materi mengandung elektron yang mengorbit inti atom. Elektron dapat dibandingkan dengan Bumi, yang memiliki gerakan translasi mengelilingi Matahari dan juga gerakan rotasi pada porosnya sendiri.

Fisika klasik mengaitkan gerakan yang mirip dengan elektron, meskipun analoginya tidak sepenuhnya akurat. Namun, intinya adalah bahwa kedua sifat elektron itu membuatnya berperilaku seperti lingkaran kecil yang menciptakan medan magnet.

Putaran elektronlah yang berkontribusi paling besar pada medan magnet atom. Dalam atom dengan banyak elektron, mereka dikelompokkan berpasangan dan dengan putaran berlawanan. Jadi, medan magnet mereka saling meniadakan. Inilah yang terjadi di sebagian besar materi.

Namun, ada beberapa mineral dan senyawa yang di dalamnya terdapat elektron yang tidak berpasangan. Dengan cara ini, medan magnet netto bukanlah nol. Ini menciptakan momen magnet, vektor yang besarnya adalah hasil kali arus dan luas sirkuit.

Momen magnet yang berdekatan berinteraksi satu sama lain dan membentuk daerah yang disebut domain magnet, di mana banyak putaran yang diarahkan ke arah yang sama. Medan magnet yang dihasilkan sangat kuat.

Ferromagnetisme, paramagnetisme dan diamagnetisme

Bahan yang memiliki kualitas ini disebut feromagnetik. Mereka adalah beberapa: besi, nikel, kobalt, gadolinium dan beberapa paduan yang sama.

Unsur-unsur lain dalam tabel periodik tidak memiliki efek magnetis yang sangat mencolok ini. Mereka termasuk dalam kategori paramagnetik atau diamagnetik.

Faktanya, diamagnetisme adalah properti dari semua material, yang mengalami tolakan ringan dengan adanya medan magnet eksternal. Bismuth adalah elemen dengan diamagnetisme yang paling menonjol.

Di sisi lain, paramagnetisme terdiri dari respons magnetis yang kurang kuat daripada feromagnetisme tetapi sama-sama menarik. Zat paramagnetik antara lain aluminium, udara dan beberapa oksida besi seperti goetit.

Penggunaan energi magnet

Magnetisme adalah bagian dari gaya fundamental alam. Karena manusia juga merupakan bagian darinya, mereka beradaptasi dengan keberadaan fenomena magnet, serta kehidupan lainnya di planet ini. Misalnya, beberapa hewan menggunakan medan magnet bumi untuk menyesuaikan diri secara geografis.

Faktanya, diyakini bahwa burung melakukan migrasi panjang berkat fakta bahwa otak mereka memiliki semacam kompas organik yang memungkinkan mereka untuk melihat dan menggunakan medan geomagnetik.

Meskipun manusia tidak memiliki kompas seperti ini, mereka malah memiliki kemampuan untuk mengubah lingkungan dengan lebih banyak cara daripada bagian lain dari kerajaan hewan. Jadi, anggota spesies kita telah memanfaatkan magnet untuk keuntungan mereka sejak gembala Yunani pertama menemukan batu magnet.

Beberapa aplikasi energi magnet

Sejak itu ada banyak aplikasi kemagnetan. Berikut ini beberapa di antaranya:

- Kompas tersebut, yang memanfaatkan medan geomagnetik bumi untuk mengorientasikan dirinya secara geografis.

- Layar lama untuk televisi, komputer, dan osiloskop, berdasarkan tabung sinar katoda, yang menggunakan kumparan yang menghasilkan medan magnet. Ini bertanggung jawab untuk membelokkan berkas elektron sehingga menyentuh tempat tertentu di layar, sehingga membentuk gambar.

- Spektrometer massa, digunakan untuk mempelajari berbagai jenis molekul dan dengan banyak aplikasi dalam biokimia, kriminologi, antropologi, sejarah, dan disiplin ilmu lainnya. Mereka memanfaatkan medan listrik dan magnet untuk membelokkan partikel bermuatan dalam lintasan yang bergantung pada kecepatannya.

- Penggerak magnetohidrodinamik, di mana gaya magnet menggerakkan semburan air laut (konduktor yang baik) ke belakang, sehingga menurut hukum ketiga Newton, kendaraan atau perahu menerima dorongan ke depan.

- Pencitraan resonansi magnetik, metode non-invasif untuk mendapatkan gambar bagian dalam tubuh manusia. Pada dasarnya, ia menggunakan medan magnet yang sangat kuat dan menganalisis respons inti hidrogen (proton) yang ada di jaringan, yang memiliki sifat spin yang disebutkan di atas.

Aplikasi ini sudah ada, tetapi di masa depan diyakini bahwa magnet juga dapat memerangi penyakit seperti kanker payudara, melalui teknik hipertermik, yang menghasilkan panas yang diinduksi secara magnetis.

Idenya adalah untuk menyuntikkan cairan magnetit langsung ke tumor. Berkat panas yang dihasilkan oleh arus yang diinduksi secara magnetis, partikel besi akan menjadi cukup panas untuk menghancurkan sel-sel ganas.

Keuntungan dan kerugian

Ketika Anda berpikir tentang penggunaan jenis energi tertentu, hal itu memerlukan pengubahannya menjadi beberapa jenis gerakan seperti turbin, lift, atau kendaraan, misalnya; atau diubah menjadi energi listrik yang menghidupkan beberapa perangkat: telepon, televisi, ATM, dan sejenisnya.

Energi adalah besaran dengan banyak manifestasi yang dapat dimodifikasi dengan banyak cara. Dapatkah energi magnet kecil diperkuat sehingga terus bergerak lebih dari beberapa koin?

Agar dapat digunakan, energi harus memiliki jangkauan yang besar dan berasal dari sumber yang sangat melimpah.

Energi primer dan sekunder

Energi semacam itu ditemukan di alam, dari mana jenis-jenis lainnya dihasilkan. Mereka dikenal sebagai energi primer:

- Energi matahari.

- Energi Atom.

- Energi panas bumi.

- Tenaga angin.

- Energi biomassa.

- Energi dari bahan bakar fosil dan mineral.

Energi sekunder, seperti listrik dan panas, dihasilkan dari ini. Dimana energi magnet disini?

Listrik dan magnet bukanlah dua fenomena yang terpisah. Faktanya, keduanya dikenal sebagai fenomena elektromagnetik. Selama salah satunya ada, yang lainnya akan ada.

Di mana ada energi listrik, akan ada energi magnet dalam beberapa bentuk. Tetapi ini adalah energi sekunder, yang membutuhkan transformasi sebelumnya dari beberapa energi primer.

Karakteristik energi primer dan sekunder

Keuntungan atau kerugian menggunakan suatu jenis energi ditetapkan menurut banyak kriteria. Ini termasuk seberapa mudah dan murah produksinya, dan juga seberapa besar proses tersebut mampu berdampak negatif terhadap lingkungan dan manusia.

Sesuatu yang penting untuk diingat adalah bahwa energi berubah berkali-kali sebelum dapat digunakan.

Berapa banyak transformasi yang terjadi untuk membuat magnet yang akan menempelkan daftar belanjaan ke pintu lemari es? Berapa banyak untuk membangun mobil listrik? Cukup pasti.

Dan seberapa bersihkah energi magnet atau elektromagnetik? Ada orang yang percaya bahwa paparan medan elektromagnetik asal manusia yang terus-menerus menyebabkan masalah kesehatan dan lingkungan.

Saat ini ada banyak jalur penelitian yang didedikasikan untuk mempelajari pengaruh bidang-bidang ini terhadap kesehatan dan lingkungan, tetapi menurut organisasi internasional bergengsi, sejauh ini tidak ada bukti yang meyakinkan bahwa mereka berbahaya.

Contoh energi magnet

Alat yang berfungsi untuk menampung energi magnet disebut sebagai induktor. Ini adalah kumparan yang dibentuk dengan menggulung kawat tembaga dengan jumlah putaran yang cukup, dan berguna di banyak rangkaian untuk membatasi arus dan mencegahnya berubah secara tiba-tiba.

Koil tembaga. Sumber: Pixabay.

Dengan mengedarkan arus melalui belitan kumparan, medan magnet dibuat di dalamnya.

Jika arus berubah, begitu juga dengan garis medan magnet. Perubahan ini menyebabkan arus pada belokan yang berlawanan dengannya, menurut hukum induksi Faraday-Lenz.

Ketika arus naik atau turun secara tiba-tiba, kumparan menentangnya, oleh karena itu ia dapat memiliki efek perlindungan pada rangkaian.

Energi magnet dari sebuah kumparan

Energi magnet disimpan dalam medan magnet yang dibuat dalam volume yang dibatasi oleh lilitan kumparan, yang akan dilambangkan sebagai U _B dan bergantung pada:

- Intensitas medan magnet B.

- Luas penampang kumparan A.

- Panjang kumparan l.

- Permeabilitas vakum μ _o.

Ini dihitung sebagai berikut:

Persamaan ini berlaku di setiap wilayah ruang di mana terdapat medan magnet. Jika volume V dari wilayah ini diketahui, permeabilitasnya dan intensitas medannya, dimungkinkan untuk menghitung berapa banyak energi magnet yang dimilikinya.

Latihan diselesaikan

Medan magnet di dalam kumparan berisi udara dengan diameter 2,0 cm dan panjang 26 cm adalah 0,70 T. Berapakah energi yang tersimpan dalam medan ini?

Larutan

Nilai numerik diganti dalam persamaan sebelumnya, berhati-hati untuk mengubah nilai menjadi unit Sistem Internasional.

1. Giancoli, D. 2006. Fisika: Prinsip dengan Aplikasi. Edisi keenam. Prentice Hall. 606-607.
2. Wilson, JD 2011. Fisika 12. Pearson. 135-146.