Magnetisme: sifat magnetik bahan, kegunaan

Magnetisme 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 ada interaksi yang menghasilkan adanya medan magnet, yang memberikan pengaruhnya pada potongan-potongan kecil besi atau nikel, misalnya.

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

Medan magnet magnet menjadi terlihat ketika ditempatkan di bawah kertas di mana serbuk besi tersebar. Pengajuan segera diorientasikan di sepanjang garis bidang, menciptakan gambar dua dimensi bidang.

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

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

Perhitungan berapa banyak energi magnet yang disimpan di lapangan tergantung pada ini dan pada geometri perangkat atau wilayah tempat ia dibuat.

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

Kegunaan lama

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

Alasan daya tarik magnet tetap tersembunyi selama ratusan tahun. Paling-paling itu dikaitkan dengan peristiwa supernatural. Meskipun tidak berhenti menemukan kegunaan menarik untuk itu, seperti kompas.

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

Studi ilmiah pertama

Studi tentang fenomena magnet memiliki kemajuan besar berkat William Gilbert (1544 – 1603). Ini ilmuwan Inggris dari era Elizabethan mempelajari medan magnet dari magnet bola dan menyimpulkan bahwa bumi harus memiliki medan magnet sendiri.

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

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

Hans Christian Oersted (1777 – 1851), lahir di Denmark, memiliki ide pada tahun 1820 untuk melewatkan arus listrik melalui konduktor dan mengamati efeknya pada kompas. Kompas akan melayang, dan ketika arus berhenti mengalir, kompas akan menunjuk ke utara seperti biasa.

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

Pada saat menutup rangkaian jarum harus mengalami defleksi yang dapat diamati, karena baterai mobil dapat memasok arus yang cukup tinggi sehingga kompas menyimpang.

Dengan cara ini, menjadi jelas bahwa muatan yang bergeraklah yang menimbulkan magnetisme.

Investigasi Oersted

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

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

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

Sifat magnetik bahan

Mengapa beberapa bahan menunjukkan sifat magnetik atau memperoleh sifat magnet dengan mudah? Kita tahu bahwa medan magnet disebabkan oleh muatan yang bergerak, oleh karena itu di dalam magnet pasti ada arus listrik tak kasat mata yang menimbulkan magnet.

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

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

Ini adalah putaran elektron yang memberikan kontribusi paling besar terhadap medan magnet atom. Dalam atom dengan banyak elektron, mereka dikelompokkan berpasangan dan dengan spin yang berlawanan. Dengan demikian, 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 bersih tidak nol. Ini menciptakan momen magnet , vektor yang besarnya adalah produk dari arus dan luas rangkaian.

Momen magnetik yang berdekatan berinteraksi satu sama lain dan membentuk daerah yang disebut domain magnetik , di mana banyak putaran sejajar dalam 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 magnetik yang nyata ini. Mereka termasuk dalam kategori paramagnetik atau diamagnetik .

Faktanya, diamagnetisme adalah sifat dari semua bahan, yang mengalami sedikit tolakan dengan adanya medan magnet eksternal. Bismut adalah unsur dengan diamagnetisme yang paling menonjol.

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

Kegunaan energi magnet

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

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

Sementara manusia tidak memiliki kompas seperti ini, mereka malah memiliki kemampuan untuk memodifikasi lingkungan dengan lebih banyak cara daripada kerajaan hewan lainnya. Jadi, anggota spesies kita telah menggunakan magnet untuk keuntungan mereka sejak gembala Yunani pertama menemukan batu magnet.

Beberapa kegunaan energi magnet

Sejak itu ada banyak kegunaan magnetisme. Berikut adalah beberapa:

– Kompas yang disebutkan di atas, 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 mengenai tempat-tempat tertentu di layar, sehingga membentuk gambar.

– Spektrometer massa, digunakan untuk mempelajari berbagai jenis molekul dan dengan banyak kegunaan 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.

– Propulsi magnetohidrodinamik, di mana gaya magnet mendorong pancaran air laut (penghantar yang baik) ke belakang, sehingga menurut hukum ketiga Newton, kendaraan atau perahu menerima impuls 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 dalam jaringan, yang memiliki sifat putaran yang disebutkan di atas.

Kegunaan 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, itu membutuhkan konversi ke dalam beberapa jenis gerakan seperti turbin, lift atau kendaraan, misalnya; atau diubah menjadi energi listrik yang menghidupkan beberapa alat: telepon, televisi, ATM, dan sejenisnya.

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

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

Energi primer dan energi sekunder

Energi seperti itu ditemukan di alam, dari mana jenis lain 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. Di mana energi magnet di sini?

Listrik dan magnet bukanlah dua fenomena yang terpisah. Bahkan, keduanya bersama-sama dikenal sebagai fenomena elektromagnetik. Selama salah satu dari mereka ada, yang lain akan ada.

Dimana ada energi listrik, akan ada energi magnet dalam beberapa bentuk. Tetapi ini adalah energi sekunder, yang memerlukan transformasi sebelumnya dari beberapa energi primer.

Ciri-ciri energi primer dan sekunder

Keuntungan atau kerugian menggunakan beberapa jenis energi ditentukan menurut banyak kriteria. Ini termasuk seberapa mudah dan murah produksinya, dan juga seberapa besar prosesnya mampu mempengaruhi lingkungan dan manusia secara negatif.

Sesuatu yang penting untuk diperhitungkan adalah bahwa energi diubah berkali-kali sebelum dapat digunakan.

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

Dan seberapa bersih energi magnet atau elektromagnetik? Ada orang yang percaya bahwa paparan konstan medan elektromagnetik buatan manusia menyebabkan masalah kesehatan dan lingkungan.

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

Contoh energi magnet

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

kumparan tembaga. Sumber: Pixabay.

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

Jika arus berubah, begitu juga garis-garis medan magnet. Perubahan ini menginduksi arus pada belitan yang melawannya, menurut hukum induksi Faraday-Lenz.

Ketika arus meningkat atau menurun secara tiba-tiba, kumparan menentangnya, oleh karena itu dapat memiliki efek protektif pada rangkaian.

Energi magnet sebuah kumparan

Dalam medan magnet yang dibuat dalam volume yang dibatasi oleh lilitan kumparan, energi magnet disimpan, yang akan dilambangkan sebagai U B dan yang tergantung pada:

– Intensitas medan magnetB .

– Luas penampang kumparan A.

– Panjang kumparan l.

– Permeabilitas vakum o.

Ini dihitung sebagai berikut:

Persamaan ini berlaku di setiap wilayah ruang di mana ada medan magnet. Jika volume V daerah ini diketahui, permeabilitasnya, dan intensitas medannya, maka 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. Berapa energi yang tersimpan dalam medan ini?

Fakta : permeabilitas ruang hampa adalah o = 4π. 10 -7 Tm / A

Penyelesaian

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

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

Related Posts