KEMAGNETAN

1.    Pengertian Magnet

Magnet atau magnit adalah suatu obyek yang mempunyai suatu medan magnet. Kata magnet (magnit) berasal dari bahasa Yunani magnítis líthos yang berarti batu Magnesian. Magnesia adalah nama sebuah wilayah di Yunani pada masa lalu yang kini bernama Manisa (sekarang berada di wilayah Turki) di mana terkandung batu magnet yang ditemukan sejak zaman dulu di wilayah tersebut.

Magnet adalah suatu materi yang mempunyai suatu medan magnet. Medan magnet ini tidak terlihat tetapi bertanggung jawab untuk properti yang paling menonjol dari magnet, yaitu kekuatan yang menarik pada bahan feromagnetik, seperti zat besi, dan menarik atau mengusir magnet lainnya. Magnet bisa dalam wujud magnet tetap atau magnet tidak tetap. Magnet yang ada sekarang ini, hampir semuanya adalah magnet buatan. Magnet selalu memiliki dua kutub yaitu: kutub utara (north/ N) dan kutub selatan (south/ S). Walaupun magnet itu dipotong-potong, potongan magnet kecil tersebut akan tetap memiliki dua kutub.

Magnet dapat menarik benda lain. Beberapa benda bahkan tertarik lebih kuat dari yang lain, yaitu bahan logam. Namun tidak semua logam mempunyai daya tarik yang sama terhadap magnet. Besi dan baja adalah dua contoh materi yang mempunyai daya tarik yang tinggi oleh magnet. Sedangkan oksigen cair adalah contoh materi yang mempunyai daya tarik yang rendah oleh magnet. Satuan intensitas magnet menurut sistem metrik pada Satuan Internasional (SI) adalah Tesla dan SI unit untuk total fluks magnetik adalah weber. 1 weber/m^2  =  1 tesla, yang memengaruhi satu meter persegi.

Medan Magnet

Gejala kemagnetan dan kelistrikan berkaitan sangat erat. Sifat kemagnetan tidak hanya ditimbulkan oeh bahan magnetik, tetapi juga arus listrik. Dalam ilmu Fisika, medan magnet adalah suatu medan yang dibentuk dengan menggerakan muatan listrik (arus listrik) yang menyebabkan munculnya gaya di muatan listrik yang bergerak lainnya. (Putaran mekanika kuantum dari satu partikel membentuk medan magnet dan putaran itu dipengaruhi oleh dirinya sendiri seperti arus listrik. Inilah yang menyebabkan medan magnet dari ferromagnet “permanen”). Sebuah medan magnet adalah medan vector, yaitu berhubungan dengan setiap titik dalam ruang vektor yang dapat berubah menurut waktu. Arah dari medan ini adalah seimbang dengan arah jarum kompas yang diletakkan di dalam medan tersebut.

Pada tahun 1819 Oersted (Hans Christian Oersted, Denmark,1777 – 1851) menemukan bahwa disekitar arus listrik terdapat medan (induksi) magnet. Besarnya gaya magnet yang ditimbulkan sebanding dengan kuat arus dan berbanding terbalik dengan jarak magnet (kutub magnet) terhadap arus. Arah penyimpangan kutub Utara magnet jarum pada percobaan Oersted ditentukan dengan kaidah tangan kanan Ampere, Yaitu: Jika penghantar yang berarus listrik dibentangkan antara magnet jarum dan tangan kanan, sedangkan arus listrik mengalir dari pergelangan ke ujung jari maka kutub Utara magnet jarum menyimpang searah ibu jari.

Magnet dibagi menjadi 2 jenis, yaitu:

1. Magnet Alam

Kata magnet berasal dari magnesia. Magnesia adalah nama suatu daerah di Asia kecil. Di tempat itu orang pertama kali menemukan batuan yang dapat menarik besi. Kemudian, orang menamakan batuan itu magnet. Batuan alami yang dapat menarik benda dari besi disebut magnet alam.Pada zaman dulu orang-orang mencoba untuk memanfaatkan magnet alam. Magnet tersebut diikat dengan benang tepat di bagian tengah. Magnet tersebut kemudian digantung. Ternyata magnet selalu menunjuk kea rah yang sama, yaitu utara dan selatan. Selanjutya, magnet digunakan untuk membantu perjalan mereka, misalnya di padang pasir, lautan, dan hutan rimba.

2. Magnet Buatan

Selain magnet alam, ada juga magnet buatan. Magnet buatan adalah magnet yang dibuat orang dari besi atau baja. Magnet buatan digunakan untuk berbagai kebutuhan. Magnet buatan ini dijual di toko-toko tertentu. Bentuk magnet buatan bermacam-macam. Ada yang berbentuk batang, jarum, tabung (silinder), dan ada yang berbentuk ladam (tapal kuda). Magnet buatan meliputi hampir seluruh magnet yang ada sekarang ini.

Bentuk magnet buatan antara lain:

·         Magnet U

·         Magnet ladam

·         Magnet batang

·         Magnet lingkaran

·         Magnet jarum (kompas)

2.    Ciri-Ciri Magnet

Setiap magnet mempunyai sifat (ciri) sebagai berikut :

1      Dapat menarik benda logam tertentu.

2      Gaya tarik terbesar berada di kutubnya.

3      Selalu menunjukkan arah utara dan selatan bila digantung bebas.

4       Memiliki dua kutub.

5      Tarik menarik bila tak sejenis.

6      Tolak menolak bila sejenis.

Berdasarkan sifat magnetnya benda dibagi menjadi 3 macam yaitu:

1. Ferromagnetik (benda yang dapat diterik kuat oleh magnet)

    Contoh ferromagnetik adalah besi, baja, nikel dan kobalt.

2. Parramagnetik (benda yang dapat ditarik magnet dengan lemah.

    Contoh parramagnetik adalah platina dan aluminium.

3. Diamagnetik (benda yang tidak dapat ditarik oleh magnet).
Contoh diamagnetik adalah seng, dan bismut.

3. Jenis-Jenis Magnet

1.    Magnet tetap

Magnet tetap (permanen) adalah magnet yang tidak memerlukan tenaga atau bantuan dari luar untuk menghasilkan daya magnet (berelektromagnetik).

Jenis magnet tetap selama ini yang diketahui terdapat pada:

a.       Magnet neodymium, merupakan magnet tetap yang paling kuat.

Magnet neodymium  (juga dikenal sebagai NdFeB, NIB, atau magnet Neo), merupakan sejenis magnet tanah jarang, terbuat dari campuran logam neodymium,

b.      Magnet Samarium-Cobalt

Salah satu dari dua jenis magnet bumi yang langka, merupakan magnet permanen yang kuat yang terbuat dari paduan samarium dan kobalt.

c.       Ceramic Magnets 

d.      Plastic Magnets

e.       Alnico Magnets

2. Magnet tidak tetap

Magnet tidak tetap (remanen) tergantung pada medan listrik untuk menghasilkan medan magnet.

Contoh magnet tidak tetap adalah elektromagnet.

3. Magnet buatan

Magnet buatan meliputi hampir seluruh magnet yang ada sekarang ini.

Bentuk magnet buatan antara lain:

a.       Magnet U

b.      Magnet ladam

c.       Magnet batang

d.       Magnet lingkaran

e.       Magnet jarum (kompas)

4. Cara Pembuatan Magnet Secara Sederhana

Logam yang digunakan untuk membuat magnet adalah besi dan baja. Besi dan baja dapat dibuat menjadi magnet karna besi dan baja bersifat feromagnetik (mempunyai sifat magnet yang kuat). Aluminium dan tembaga tidak dapat dibuat menjadi magnet karna bersifat diamagnetik (tidak mempunyai sifat magnet).

Ada perbedaan pembuatan magnet dari besi dengan pembuatan magnet dari baja. Besi lebih mudah dibuat menjadi magnet dibandingkan dengan baja. Akan tetapi, kemagnetan besi lebih cepat hilang, sedangkan kemagnetan baja lebih tahan lama.

Ada beberapa cara membuat magnet, yaitu:

a.    Cara Induksi

Pembuatan magnet secara induksi sangat mudah dilakukan. Akan tetapi, sifat kemagnetan hasil induksi ini bersifat sementara. Caranya dengan menempelkan benda-benda yang terbuat dari logam (besi atau baja) dengan magnet. Benda yang terbuat dari logam ini akan menjadi bersifat magnet. Namun, jika magnet dilepaskan, sifat kemagnetan benda tersebut juga akan hilang.

b.    Cara Gosokan

Magnet yang digosokkan ke suatu batang besi atau baja dapat menyebabkan batang besi atau baja mempunyai sifat kemagnetan. Semakin lama waktu penggosokan, semakin lama pula sifat kemagnetan bertahan di dalam batang besi atau baja tersebut.

c.    Dialiri Arus Listrik

Magnet dapat dibuat dengan cara mengalirkan arus listrik searah ke dalam suatu penghantar. Magnet yang ditimbulkan disebut elektromagnet. Elektromagnet pertama kali ditemukan oleh Hans Christian Oersted pada tahun 1819. Elektromagnet bersifat sementara. Artinya, jika arus listrik diputus, sifat magnet itu akan hilang. Kita dapat membuat elektromagnet mempunyai kekuatan lebih besar dengan menambah jumlah baterai dan menambah jumlah lilitan.

5. Kegunaan Magnet dalam Kehidupan Sehari-hari

Magnet sangat bermanfaat bagi manusia dalam berbagai bidang, diantaranya :

1.    Bidang IPTEK

a.    Media perekaman magnetic VHS kaset berisi gulungan pita magnetik. Informasi yang membentuk video dan suara dikodekan pada lapisan magnetik pada pita. Kaset audio yang umum juga mengandalkan pita magnetik. Demikian pula, di komputer, floppy disk dan data rekam hard disk pada lapisan tipis magnetik.

b.    Kredit, debit, dan kartu ATM

Semua kartu ini memiliki strip magnetik di satu sisi. Strip ini mengkodekan informasi untuk menghubungi lembaga keuangan individu dan terhubung dengan akun mereka.

c.    Televisi umum dan monitor computer

TV dan layar komputer yang berisi tabung sinar katoda menggunakan elektromagnet untuk memandu elektron ke layar. Layar Plasma dan LCD menggunakan teknologi yang berbeda..

d.   Speaker dan mikrofon

Kebanyakan speaker menggunakan magnet permanen dan kumparan pembawa arus untuk mengkonversi energi listrik (sinyal) menjadi energi mekanik (gerakan yang menciptakan suara). Kumparan ini dibungkus sekitar gelendong melekat pada kerucut speaker dan membawa sinyal sebagai perubahan arus yang berinteraksi dengan bidang magnet permanen. Kumparan suara terasa kekuatan magnetik dan sebagai respons, bergerak ke kerucut dan tekanan udara tetangga, sehingga menghasilkan suara. Mikrofon dinamis menggunakan konsep yang sama, tetapi secara terbalik. Mikrofon memiliki diafragma atau membran yang melekat pada sebuah kumparan kawat. Kumparan terletak di dalam magnet berbentuk khusus. Bila suara bergetar membran, kumparan bergetar juga. Sebagai koil bergerak melalui medan magnet, tegangan induksi di koil. Tegangan ini mengarahkan arus dalam kawat ke karakteristik suara asli.

e.    Gitar listrik

Gitar listrik menggunakan pickup magnetik untuk mentransduksi getaran senar gitar menjadi arus listrik yang kemudian dapat diperkuat. Hal ini berbeda dengan prinsip belakang speaker dan mikrofon dinamis karena getaran dirasakan langsung oleh magnet, dan diafragma tidak bekerja.

f.     Motor listrik dan generator

Beberapa motor listrik mengandalkan kombinasi elektromagnet dan magnet permanen, dan seperti pengeras suara, mereka mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Sebuah generator adalah sebaliknya: ia mengubah energi mekanik menjadi energi listrik dengan memindahkan konduktor melalui medan magnet.

g.    Mainan

Mengingat kemampuan mereka untuk melawan gaya gravitasi dalam jarak dekat, magnet yang sering digunakan dalam mainan anak-anak, seperti roda Ruang Magnet dan Levitron, untuk efek lucu.

2.    Bidang Kesehatan

a.    Magnetic Resonance Imaging (MRI)

Penggunaan magnet yang paling umum untuk kesehatan  adalah scanner Magnetic Resonance Imaging (MRI) di rumah sakit. Perangkat raksasa ini membantu dokter mendapatkan tampilan struktur organ dalam pasien tanpa operasi invasive, hasilnya kompleks namun akurat. MRI menggunakan magnet untuk menciptakan secara rinci dan memungkinkan tampilan yang berbeda ketingginannya jika dokter ingin mengetahui detail lebih lanjut.

b.    Mengobati Epilepsi

Pengobatan magnetic dapat mengurangi gejala penyakit epilepsy kronis. Sebuah penelitian di Jerman pada tahun 1999 menemukan bahwa magnet dengan frekuensi rendah dapat mengurangi atau membatasi kejang dan efektif bagi pasien yang tidak mempan dengan pengobatan biasa. Kumparan magnet ditempatkan di samping kepala untuk mengarahkan gelombang magnet ke otak.penelitian mengklaim bahwa sebagian besar peserta penelitian berkurang kejangnya hingga setengah. Tapi, pengobatan magnetic ini hanya bertahan sekitar 6-8 minggu.

c.    Mengobati Radang Sendi

Dalam suatu penelitian yang dilakukan oleh Peninsula Medical School tahun 2004, peneliti menemukan bahwa magnet bisa meredakan rasa sakit akibat radang sendi di lutut dan pinggul. Namun, para peneliti mengakui bahwa hasil tersebut bisa disebabkan oleh efek placebo.

d.   Mengobati Alzheimer

Sebuah penelitian di Italia menemukan bahwa pengobatan magnetic dapat meningkatkan aktivitas kortikal otak pasien dan membantu memahami dunia di sekitarnya dengan lebih baik. Laporan yang dimuat dalam Jurnal of Neurology, Meurology and Psychiatry ini menemukan bahwa stimulasi magnetic yang berulang dapat bermanfaat bagi pasien penyakit saraf seperti alzheimer.

e.    Meringankan Depresi

Pasien depresi yang mendapat stimulasi magnetic mengakui lebih relaks dibandingkan jika tidak mendapat pengobatan tersebut. Sebuah tim di Universitas Kedokteran Carolina Selatan mensurvei 190 orang penderita depresi. Setengah diantaranya mendapatkan pengobatan magnetic. Hasilnya, 14% pasien melaporkan gejala depresinya menjadi lebih ringan. Sedangkan dalam kelompok paseblo, hanya 5% yang merasakan perbaikan.

f.     Membantu Operasi Jantung

Partikel magnetic juga telah digunakan dalam operasi jantung. Para ilmuwan menggunakan partikel kecil magnet yang melekat pada sel induk untuk membantu memperbaiki hati yang rusak. Laporan penelitiaan yang dimuat dalam Jounal of American College of Cardiology ini menemukan bahwa teknik ini efektif pada tikus dan akan diuji coba pada manusia untuk tahap berikutnya. Efektivitas sel-sel induk meningkat 5 kali karena partikel magnetmemandu sel-sel ke daerah sasaran.

g.    Mengurangi Pembengkakan

Sebuah penelitian oleh University of Virginia membuktikan bahwa magnet dapat mengurangi pembengkakan. Ilmuwan menemukan bahwa magnet statis mampu mengurangi pembengkakan kaki belakang tikus hingga 50%. Teorinya adalah daerah yang terkena kalsium dan sel otot menyebabkan pelebaran pembuluh darah arteri. Dengan memaparkan magnet, pelebaran tersebut dapat dikurangi.

h.    Memperbaiki Jaringan yang Luka

Pemanfaatan medan magnet pada bagian yang luka dapat membantu mengembalikan keseimbangan elektromagnet menjadi normal kembali, dimana medan magnet akan melancarkan peredaran darah (dinding kapiler) dan jaringan-jaringan otot sehingga aliran darah meningkat dengan membawa oksigen dan nutrisi begitu banyak ke bagian jaringan yang luka (hal ini dapat menghilangkan rasa nyeri dan pembengkakan pada jaringan luka dengan kata lain dpat mempercepat penyembuhan luka). Kenapa demikian? Karena fungsi dari fisik dan mental tubuh manusia dikendalikan oleh electromagnet yang diakibatkan dari pergerakan ion elektrokimiawi di dalam tubuh. Pada saat ada jaringan luka, ion energy postif bergerak kearah luka (daerah yang mengalami kerusakan) sehingga menimbulkan rasa sakit dan terjadi pembengkakan.

3.    Bidang Kesenian

a.    Seni Rupa

          Vinil lembaran magnet dapat disertakan pada lukisan, foto, dan barang pajangan lainnya, yang memungkinkan mereka untuk melekat pada lemari es dan permukaan logam lainnya. Obyek dan cat dapat diterapkan secara langsung ke permukaan magnet untuk membuat potongan-potongan kolase seni. Seni magnetik portabel, murah dan mudah untuk membuat. Vinil seni magnetik bukan untuk kulkas lagi. Papan logam berwarna-warni magnetik, strip, pintu, oven microwave, mesin pencuci piring, mobil, saya balok logam, dan setiap permukaan logam dapat menerima seni vinil magnetik. Menjadi media yang relatif baru untuk seni, penggunaan kreatif untuk bahan ini baru saja dimulai.

6. Cara Menghilangkan Magnet

Penghilangan sifat magnet dapat dilakukan dengan mengacak arah oreantasi domain-domain magnetik dalam bahan. Berikut beberapa cara diantaranya

1. Pemanasan

                        Jika bahan dipanaskan maka atom-atom akan bergerak lebih keras. Akibat arah orientasi kemagnetan atom-atom berubah dan akibatnya mengubah arah kutub kemagnetan domain. Arah kutub domain menjadi acak sehingga sifat kemagnetan bahan menjadi hilang.

2. Pemukulan

                        Pemukulan yang terus menerus pada bahan magnetik dapat pula mengubah arah kutub domain menjadi acak. Akibatnya sifat kemagnetan bahan juga dapat hilang.

3. Dililiti kumparan yang dialiri arus bolak-balik (AC).

                        Jika sebuah batang magnet ditempatkan dalam kumparan yang dialiri arus bolak-balik, maka magnet batas tersebut berada dibawah pengaruh magnet lain (magnet kumparan) yang memiliki arah kutub berubah-ubah. Hal ini dapat mengganggu arah orientasi domain magnetik dalam bahan sehingga arah orientasi domain menjadi acak. Akibatnya sifat kemagnetan bahan menjadi hilang. Contoh : pita kaset terbuat dari bahan magnet. Pita kaset yang terkena panas, misalnya sengatan matahari dapat rusak karena kehilangan sifat magnetiknya. Akibatnya, tidak dapat menghasilkan musik yang enak didengar.  

7. Hukum Bio Savart

7.1 Medan Magnet di Sekitar Kawat Berarus

Medan  magnet  di  sekitar  kawat  berarus  listrik  ditemukan secara tidak sengaja oleh  Hans Christian Oersted (1770-1851), ke- tika akan memberikan kuliah bagi mahasiswa. Oersted menemukan bahwa di sekitar kawat berarus listrik magnet jarum kompas akan bergerak (menyimpang). Penyimpangan magnet jarum kompas akan makin  besar  jika  kuat  arus  listrik  yang  mengalir  melalui  kawat diperbesar. Arah penyimpangan jarum kompas bergantung arah arus listrik yang mengalir dalam kawat.

Gejala itu terjadi jika kawat dialiri arus listrik. Jika kawat tidak dialiri arus listrik, medan magnet tidak terjadi sehingga magnet jarum kompas tidak bereaksi. Perubahan   arah   arus   listrik   ternyata   juga   memengaruhi perubahan  arah  penyimpangan  jarum  kompas.  Perubahan  jarum kompas menunjukkan perubahan arah medan magnet.

Bagaimanakah  menentukan  arah  medan  magnet  di  sekitar penghantar berarus listrik? Jika arah arus listrik mengalir sejajar dengan jarum kompas dari kutub selatan menuju kutub utara, kutub utara jarum kompas menyimpang berlawanan dengan arah putaran jarum jam.

Jika arah arus listrik mengalir sejajar dengan jarum kompas dari kutub utara menuju kutub selatan, kutub utara jarum kompas menyimpang searah dengan arah putaran jarum jam.

Sebuah kawat apabila dialiri oleh arus listrik akan menghasilkan medan magnet yang garis-garis gayanya berupa lingkaran-lingkaran yang berada di sekitar kawat tersebut. Arah dari garis-garis gaya magnet ditentukan dengan kaidah tangan kanan (apabila kita menggenggam tangan kanan ibu jari sebagai arah arus listrik sedang keempat jari yang lain merupakan arah medan magnet)