Bahan-bahan Magnetik

BAHAN-BAHAN MAGNETIK

 A.    Parameter dan Satuan (Units) dalam kemagnetan

Dalam kemagnetan sering dipakai parameter fluks magnet atau magnetic flux (Ф), kuat medan magnet atau flux density (B), induksi kemagnetan (H) dan permeabilitas (µ).

Untuk mengenal satuan-satuan dengan diperhatikan ringkasan-ringkasan sebagai berikut;

 1

Tabel 1 Parameter dan Rumus Kemagnetan

Fluks adalah banyaknya garis gaya, sedangkan kuat medan adalah banyaknya gaya per satuan luas. Pada lilitan berarus juga dikenal parameter Magneto Motive Force dengan symbol F dengan satuan Ampere Lilit (A lilit). Selain F juga dkenal Magnetising Force atau kuat medan magnet dengan symbol H yang satuannya A lilit/meter.

µ adalah permeabilitas bahan yang merupakan hasil perkalian permeabilitas absolut (µo) dengan permeabilitas relative (µr). Besarnya µo = 4π.10-7 H/m.

Nilai yang diekspresikan (µr-1) disebut magnetisasi per unit dari intetitas medan magnet yang disebut susceptibilitas magnetisasi. Karena µr tidak bersatuan, maka demikian pula dengan µr-1. Besanya µ untuk bahan ferromagnetic tidak constant. Jika arus dialirkan melalui kumparan dengan inti kumparan yang terus bertambah secara bertahap dimulai dari nol maka medan magnet dan kerapatan fluks akan bertambah. Pertambahan keduanya adalah sepanjang garis OP. Pada gambar terlihat bahwa kurva OP mula-mula naik dengan tajam, kemudian setelah mencapai tahapan tertent kurvanya jadi mendatar. Hal ini setelah mencapai tahapan kejenuhan (saturasi). Hasil nilai B dengan H adalah harga yang besarnya tidak constant.

 2

Gb.1 Jerat Histerisis Bahan Ferro

Pada  gambar 2 setelah titik 6P dicapai, kemudian arus diturunkan secara bertahap, maka diperoleh kurva PQ, yaitu pada saat arus sama dengan nol, masih terdapat sisa kemagnetan (Br). Kemudian arah arus dibalik dengan cara sebelumnya. Besar H akan bertambah sehingga B menjadi nol dititik R, diperoleh Hc disebut Daya Koersip. Selanjutnya prosedur seperti diatas diulang, didapat tertutup PQRSCTP yang disebut kurva Histerisis magnetic yang dimagnetisasi. Kalau inti tersebut diberi arus bolak-balik maka akan menimbulkan Eddy Current yang sering disebut arus pusar atau arus facoult.

B.     Pengaruh Permeabilitas Bahan

Berdasarkan permeabilitas, bahan dapat digolongkan menjadi 5, yaitu diamagnetic, paramagnetic, ferromagnetic, anti ferromagnetic dan ferrimagnetik (ferrit). Bahan diamagnetic adalah bahan yang sukar menghantarkan garis gaya magnetic (ggm), permeabilitasnya sedikit lebih kecil dari 1 dan tidak mempunyao dwikutub yang permanen. Yang termasuk bahan diamagnetic antara lain Bi, Cu, Au, Al2O3 dan Ni SO4. Bahan paramagnetic adalah bahan yang dapat menyalurkan ggm tetpai tidak dwikutubnyatidak beraturan. Contoh bahan paramagnetic Al, Pb, Fe2 SO4, FeSO4, Mo, W, Ta, Pt dan Ag. Bahan ferromagnetic adalah bahan yang mudah menyalurkan ggm, pemeabilitasnya jauh lebih besar dari 1. Contohnya adalah Fe, Co, Ni, Gd dan Dy.

Teori anti ferromagnetic dikembangkan oleh Neel, seorang ilmuwan Prancis. Bahan anti ferromagnetic mempunyai suspensibilitas positif yang kecil pada segala suhu tetapi perubahan suspensibilitas karena suhu adalah keadaan yang sangat khusus. Susunan dwikutubnya sejajar tetapi berlawanan arah. Bahan anti ferromagnetic antara lain; MnO2, MnO, FeO dan CoO.

Resistivitas bahan ferromagnetic adalah sangat rendah. Hal ini yang menyebabkan pemakaian ferromagnetic terbatas pada frekuensi rendah. Sedangkan bahan ferrimagnetik resistivtasnya jauh lebih tinggi dibandingkan bahan ferromagnetic. Karena itu ferrimagnetik layak digunakan pada peralatan yang menggunakan frekuensi tinggi, disamping arus eddy yang terjadi padanya rendah. Rumus bahan ferrimagnetik adalah Mo, Fe2O3 (M adalah logam bervalensi 2 yaitu Mn, Mg, Ni,Cu, Co, Zn, Cd). Contoh: ferrit, seng, nikel.

3

Gb. 2 Susunan Dwikutub bahan-bahan Magnetik

Istilah bahan magnetic untuk umum yang digunakan hanyalah bahan ferromagnetic. Bahan-bahan ferromagnetic dapat dikategorikan menjadi 2 yaitu;

  1. Bahan yang mudah dijadikan magnet yang lazim disebut bahan magnetic lunak. Bahan ini banyak digunakan untuk inti transformator, inti motor atau generator, relai, peralatan sonar atau radar.
  2. Bahan ferromagnetic yang sulit dijadikan magnet tetapi setelah menjadi magnet tidak mudah kembali semula, disebut bahan magnet keras. Bahan ini digunkan untuk pabrikasi magnet permanen.

Sifat-sifat bahan magnetik mirip dengan sifat-sifat bahan dielektrik. Momen atom dan moleku-molekul yang menyebabkan adanya dwikutub yang sama dengan momen dwikutub pada bahan dielektrik. Magnetisasi pada bahan magnet seperti halnya polarisasi pada bahan dielektrik.

C.    Baja Listrik

Untuk mengubah bahan magnetic lunak menjadi baja listrik, agar rugi histerisis arus pusarnya turun, adalah dengan menambahkan silicon ke dalam komposisinya. Cara ini akan mengurangi rugi histerisis dengan tajam karena penambahan silicon mengakibatkan pertambahan resistivitas. Paduan baja dengan tambahan silicon sekarang ini merupakan bahan yang sangat penting untuk bahan magnetic lunak pada teknik listrik. Namun perlu diingat bahwa penambahan silicon akan menyebabkan bahan menjadi rapuh. Tabel dibawah ini memberikan data campuran silicon pada baja sehubungan dengan resistivitas dan masa jenisnya.

Kandungan Si (%)

Resistivitas ohm-mm2/m

Massa Jenis g/cm3

0,8 – 1,8

1,25

7,8

1,8 – 2,8

0,4

7,75

2,8 – 4,0

0,5

7,65

4,0 – 4,8

0,57

7,55

Tabel 2 Pengaruh Campuran Si terhadap Resistivitas dan Massa Jenis Baja

Laminasi untuk transformator umumnya mengandung Si sekitar 4%, sedangkan untuk jangkar motor listrik mengandung Si nya 1-2%. Namun hal ini dapat berubah-ubah berdasarkan sandart masing-masing Negara penghasil mesin-mesin tersebut.

Ketebalan laminasi baja transformator untuk inti peralatan listrik adalah 0,1 hingga 1 mm dan yang bias dipasarkan adalah 0,35 mm dan 0,5 mm dalam bentuk lembaran 2 x 1 m, 1,5 x 0,75m. Kurva magnetisasi baja transformator ditunjukkan pada gambar 3.

 4

Gb. 3 Kurva B-H pada baja

Baja jenis listrik lainnya adalah baja listrik dengan proses dingin. Kemampuan baja listrik sangat tinggi terutama jika fluks magnetnya searah dengan panjang laminasi. Karena kristal baja ini dibuat searah dengan proses pendingin dan aniling pada ruang yang diisi hydrogen. Baja ini digunakan pada pembuatan inti transformator dengan lilitan jenis ribbon (misalnya; transformator arus). Baja ini memungkinkan untuk mengurangi berat dan dimensi transformator 20-25% dan untuk transformator radio lakukan tersebut dapat mencapai 40%.

D.    Bahan Magnet Lain

Bahan magnetic yang banyak digunakan adalah paduan besi nikel. Tabel 3 menunujukkan hubungan antara permeabilitas dengan komposisi antara besi dan nikel. Paduan yang terdiri dari bsi nikel dengan tambahan molybdenum, chromium atau tembaga, disebut permalloy.

No

% Fe (Besi)

% Ni (Nikel)

µ i

1

100

0

500

2

80

20

0

3

60

40

2

4

40

60

3

5

20

80

150

6

0

100

100

Tabel 3 Hubungan antara permeabilitas dengan komposisi antara besi dan nikel

Permalloy dapat dibedakan berdasarkan kandungan nikelnya, yaitu nikel rendah, yaitu permalloy yang mengandung nikel 40 sampai 50%. Permalloy yang mengandung nikel 72 hingga 80% disebut permalloy tinggi. Permeabilitas permalloy berbanding terbalik dengan frekuensi.

Permalloy yang mengandung Nikel sangat tinggi akan mempunyai permeabilitas yang tinggi (hingga 800.000) setelah diadakan treatmen termal. Daya koersip rendah, yaitu antara 0,32 hingga 0,4 mikron. Permalloy sensitive terhadap benturan tekanan mempengaruhi sifat kemagnetan.

Alsifer adalah bahan magnetic yang lebih murah dibanding permalloy, komposisinya 9,5% Si, 5,6% Al, 84,9% Fe. Permeabilitasnya berkisar antara 10.000 hingga 35.000, daya koersip 1,59 amper lilit/m dan resistivitas 0, 81 Ω mm2/m. Alsifer sudah dijadikan bubuk dengan cara menumbuknya untuk kemudian dibuat bahan magnetodielektrics pada kapasitor.

Camolloy termasuk bahan magnetic lunak yang komposisinya adalah 66,5% Ni, 30% Cu, 3,5% Fe. Sifat yang menarik adalah Curienya relative rendah. Bahan akan kehilangan sifat ferromagnet pada suhu 1000 C (titik Curie untuk Fe adalah 7680 C).

Gejala magnetostriksi adalah berubahnya ukuran bahan apabila bahan terleteak pada medan magnet. Gejala ini dialami antara lain oleh Ni murni, beberapa paduan antara Fe dengan Crom, Cobalt dan Aluminium. Gejala ini digunakan pada osilator frekuensi audio pada frekuensi suara dan ultrasonic. Bahan yang termasuk jenis dielekterikmagnet digunakan untuk inti pada peralatan-peralatan rangkaian magnetic yang bekerja pada frekuensi yang sangat tinggi dengan kerugian arus pusar yang rendah. Bahan ini misalnya dibuat dari bubuk carbonyl iron, alsiter, dan permalloy.

Bahan-bahan yang mempunyai jerat histerisis persegi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4 digunakan pada komposisi sebagai perangkat memori atau komponen operasi logic, sebagi alat switching dan penyimpan informasi

5

Gb.4 Jerat Histerisis Jerat

E.     Bahan Magnet Permanen

Magnet permanen digunakan pada instrumen penginderaan, relay, mesin-mesin listrik yang kecil dan banyak lagi. Baja karbon yaitu baja dengan komposisi karbon 0,4 hingga 1,7%, merupakan bahan dasar pembuatan magnet pemanen. Walaupun bahan ini tergolong murah harganya tetapi kualitas kemagnetannya tidak terlalu tinggi. Kemagnetan bahan ini relative lebih mudah untuk hilang terutama oleh pukulan atau vabrikasi. Untuk menaikkan mutu kemagnetannya, maka baja karbon ditambah wolfram, kromium atau kobal.

Magnet yang dibuat dari karbon murni, wolfram, kromium, dan baja kobal harus dikeraskan didalam air atau didalam minyak mineral sebelum dimagnetisasi. Bahan paduan alni terdiri dari aluminium, nikel dan besi. Jika bahan tersebut ditambah lagi dengan silicon, maka paduan tersebut disebut dengan alnisi. Sedangkan alnico adalah bahan paduan dengan aluminium, nikel dan kobal. Bahan-bahan tersebut mempunyai kemagnetan yang tinggi dan lebih murah dibanding baja kobal berkualitas tinggi.

Vectolit adalah bahan paduan yang terdiri dari besi, kobal oksida dan barium. Bahan ini juga disebut barium ferrit dan di pasaran sering disebut dengan arnox, indox ata ferroba, dari bubuk bahan yang akan dipadukan pada suhu yang tinggi. Penggunaannya antara lain untuk magnet pada pengeras suara, perangkat penggandeng magnetic. Beberapa sifat kemagnetan dari bahan magnet permanen paduan terlihat pada tabel dibawah ini;

No

Klasifikasi

Komposisi

(sisanya % Fe)

Hc

A lilit / m

Br

Wb / m2

1

2

3

4

1

Baja murni untuk listrik

0, 01% C

6,32 – 31,6

2,1 – 2,15

2

Besi tuang

2 – 3,5% C

126,4

> 1,5

3

Dinamo dan Transformator

a. Baja trafo I

0,7% Si

158

2,1

b. Baja trafo II

1% Si

252,8

2

c. Baja trafo III

1,72% – 2,7% Si

63,2 – 79

1,95

d. Baja trafo IV

3,4% – 4,3% Si

23,7 – 47,4

1,9

4

Bahan yang mengandung Ni

Permenorm 3601 Kl

3,6% Si

7,9

1,3

Nikel murni

99% Ni ; 0,2% Cu

1,2

0,6

Hyperm

50% Ni

4,74 – 1,9

1,5

Memetal (II)

76% Ni ; 5% Mo

1,2

0,8

Supermalloy

79% Ni ; 5% Mo ;

0, 5 % Mn

0,47

0,78

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F.     Baja untuk Keperluan Magnet

Baja untuk keperluan magnet dijumapai pada pelat-pelat baja dynamo. Magnet-magnet arus bolak-balik, inti transformator, jangkar dari mesin DC, stator motor arus AC dibuat dari pelat-pelat baja dynamo. Arus pusar akan timbul pada inti pejal dan menimbulkan panas yang tinggi. Oleh karena itu inti dibuat dari inti yang berlapis-lapis dari baja dynamo atau kaleng transformator atau kaleng jangkar. Bahan ini adalah ikatan special dari baja, zat arang, silisum, mangaan dan fosfor; dan dalam perdagangan sering disebut dengan Stalloy. Lempengan-lempengan baja yang sangat mudah dijadikan magnet dan mempunyai magnet tinggal yang sangat sedikit. Penambahan Si mempertinggi tahanan listrik sehingga akan memperkecil arus pusar. Kadar Si tidak boleh lebih dari 2,5%. Pelat-pelat trafo dengan kadar Si yang tinggi tidak ditembus, tetapi hanya digunting. Antara pelat-pelat tersebut ditempelkan kertas atau diberi lapisan lak tipis.

Untuk inti magnet arus searah dapat dipakai inti dan jangkat yang pejal. Untuk itu dapat dipakai baja lunak, baja lunak, baja yang mudah sekali dijadikan magnet setelah mengalami proses pemanasan sampai pijar dan stelah itu didinginkan perlahan-lahan.

6

 G.    Baja Magnet

Baja magnet harus dibuat keras sekali, sehingga kemagnetannya tinggal lama. Untk keperluan ini dahulu orang hanya memakai baja wolfram. Kemudian dari baja yang dipadu dengan kobalt didapatkan magnet yang lebih kuat dari pada baja wolfram. Magnet baja kobalt mula-mula dipakai untuk pengeras suara elektrodinamis. Sekarang telah didapatkan magnet yang lebih kuat dari paduan-paduan baja, aluminium dan nikel. Baja kobalt aluminium nikel disebut alnico. Suatu than kobalt dan aluminium (Ticonical) merupakan paduan yang lebih unggul untuk magnet permanen.

7

DAFTAR RUJUKAN

Sumanto. ____. Pengetahuan Bahan Mesin dan Listrik. Yogyakarta: Andi Offset.

One thought on “Bahan-bahan Magnetik

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s