BAHAN-BAHAN MAGNETIK TUGAS BAHAN LISTRIK PUTU RUSDI ARIAWAN NIM. 0804405050 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA JIMBARAN-BALI 2010 ABSTRAK Menurut sifatnya terhadap adanya pengaruh kemagnetan, bahan dapat digolongkan menjadi 5 yaitu diamagnetik, paramagnetik, feromagnetik, anti ferromagnetik, dan ferrimagnetik (ferri). Parameter–parameter dari bahan magnetik tersebut adalah permeabilitas dan susceptibilitas magneti, momen magnetik, dan magnetasi. Ada beberapa cara untuk mengubah bahan magnetik lunak untuk menjadi baja kelistrikan, namun cara yang paling praktis adalah dengan menambah silikon ke dalam komposisinya. Cara ini akan mengurangi rugi histeris dan arus pusar dengan tajam karena relativitasnya bertambah. Bahan magnetik lunak lain yang banyak digunakan adalah paduan anatara besi dan nikel. Pada saat sebuah bahan ferromagnetik diamagnetisasi, umumnya secara fisik akan terjadi perubahan dimensi. Hal atau gejala seperti ini disebut magnetostriksi. Namun pengaruh dari magnetostriksi sangatlah terbatas yaitu pada penggunaan bahan-bahan yang relatif tinggi magnetotriksinya harus rendah. PUTU RUSDI ARIAWAN ii KATA PENGANTAR Puji syukur kami panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat dan petunjuk-Nyalah Paper Bahan-bahan Magnetik ini dapat diselesaikan. Dengan karunia kesehatan dan kesempatan dari-Nya pula, laporan ini pun dapat rampung tepat pada waktunya. Ucapan terima kasih kami berikan kepada semua pihak yang telah banyak membantu kami dalam penyusunan laporan ini. Khususnya kepada Bapak Ir. Ketut Wijaya selaku dosen Mata Kuliah Bahan Listrik Jurusan Teknik Elektro dan juga berbagai pihak yang tidak dapat kami sebutkan satu persatu. Laporan ini bertujuan untuk memenuhi tugas mata kuliah Bahan Listrik. Disamping itu juga untuk memberikan informasi kepada para pembaca mengenai materi Bahan-bahan Magnetik. Kami menyadari sepenuhnya laporan ini masih jauh dari sempurna, sehingga kami sebagai penyusun mengharapkan berbagai saran dan kritik yang bersifat membangun, agar nantinya dapat dijadikan pedoman bagi kami dalam penyusunan laporan berikutnya. Denpasar, Juli 2010 Penyusun PUTU RUSDI ARIAWAN iii DAFTAR ISI JUDUL ....................................................................................................... i ABSTRAK .................................................................................................. ii KATA PENGANTAR ................................................................................ iii DAFTAR ISI .............................................................................................. iv DAFTAR GAMBAR .................................................................................. vi DAFTAR TABEL ...................................................................................... vii BAB I. PENDAHULUAN .......................................................................... 1 1.1 Latar Belakang ................................................................................ 1 1.2 Rumusan Masalah ........................................................................... 1 1.3 Tujuan Penulisan ............................................................................. 2 1.4 Manfaat Penulisan ........................................................................... 2 1.5 Batasan Masalah ............................................................................. 2 1.6 Sistematika Pembahasan .................................................................. 3 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ............................................................... 4 2.1 Bahan Magnetik .............................................................................. 4 2.2 Bahan-bahan Ferromagnetik............................................................ 5 BAB III. METODELOGI .......................................................................... 6 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ........................................................ 6 3.2 Data .............................................................................................. 6 3.2.1 Sumber data ....................................................................... 6 3.2.2 Jenis data ............................................................................ 6 3.2.3 Metode pengumpulan data ................................................. 6 3.3 Tahap-tahap Pengolahan Data ....................................................... 7 3.4 Aspek-Aspek yang Dikaji .............................................................. 7 BAB IV PEMBAHASAN............................................................................ 8 4.1 Penggolongan Bahan-bahan Magnetik...............................................8 4.1.1 Parameter-parameter Magnetik................................................. 10 4.1.2 Laminasi Baja Kelistrikan ........................................................ 12 4.2 Bahan Magnetik lunak Lain ........................................................... 14 PUTU RUSDI ARIAWAN iv 4.3 Bahan Magnet Permanen................................................................ 18 4.3 Magnetotriksi ................................................................................. 19 BAB V PENUTUP 5.1 Simpulan........................................................................................... 22 5.2 Saran-saran ....................................................................................... 22 DAFTAR PUSTAKA.................................................................................. 23 PUTU RUSDI ARIAWAN v DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Dwikutub bahan-bahan magnetik.............................................. 5 Gambar 4.1 Susunan dwikutub bahan-bahan magnetik................................. 9 Gambar 4.2 Jerat histeris bahan ferro ........................................................... 11 Gambar 4.3 Kurva B-H baja transformator ...................................................... 13 Gambar 4.4  = f (f) pada permaolly ........................................................ 14 Gambar 4.5 Jerat histeris ferrit ..................................................................... 17 Gambar 4.6  = f (T) beberapa ferrit ........................................................ 18 Gambar 4.4 Magnetotriksi joule sebagai fungsi dari medan magnet ............. 20 PUTU RUSDI ARIAWAN vi DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Campuran Si pengaruhnya thdp resistivitas & massa jenis Baja........ 12 Tabel 4.2 Bahan-bahan magnetik lunak....................................................... .....16 Tabel 4.2 Beberapa bahan magnet keras...................................................... .....19 PUTU RUSDI ARIAWAN vii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Magnet tentu saja bukan merupakan suatu kata yang baru untuk kita dengar, melainkan suatu kata yang sangat lumrah dan tak asing di telinga kita. Magnet bahkan telah sangat banyak berperan di dalam kehidupan manusia. Sebagai contoh penggunaan bahan magnetik adalah inti transformator, magnet pada pengeras suara dan masih banyak lagi contoh penggunaan ahan magnetik yang lain. Bahan listrik khususnya bahan magnetik sudah sering digunakan oleh masyarakat luas untuk berbagai macam aplikasi peralatan listrik seperti yang telah disebutkan di ats. Dan tentunya peralatan tersebut didukung oleh keamanan peralatan serta keamanan konsumen atau pengguna. Untuk itu pengguna harus mengetahui bahan magnetik yang ada dan diperhatikan dalam ketepatan pemilihan bahan oleh para pengguna. Bahan-bahan dibagi menjadi 5 berdasarkan sifatnya terhadap kemagnetannya, yaitu diamagnetik, paramagnetik, feromagnetik, anti ferromagnetik, dan ferrimagnetik (ferri). Untuk itu diperlukan suatu informasi bagi pengguna agar dapat menentukan bahan-bahan magnetik yang dapat digunakan pada peralatan listrik khususnya mengenai bahan-bahan magnetik. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang diatas dapat dirumuskan beberapa permasalahan yaitu: 1 Bagaimana penggolongan bahan-bahan magnetik dan parameter-parameter magnetik tersebut? PUTU RUSDI ARIAWAN 1 2 Apa saja bahan-bahan magnetik lunak yang lain dan bahan magnet permanen? 3 Bagaimana pengertian dan jenis-jenis magnetostriksi? 1.3 Tujuan Penulisan Adapun tujuan dari penulisan laporan ini adalah : 1. Mengetahui penggolongan bahan-bahan magnetik dan parameter-parameter magnetik. 2. Mengetahui bahan-bahan magnetik lunak yang lain dan bahan magnet permanen. 3. Mengetahui pengertian dan jenis-jenis magnetostriksi 1.4 Manfaat Penulisan Manfaat dari pembuatan laporan ini adalah:. 1. Sebagai referensi dalam pengembangan lebih lanjut mengenai bahan magnetik. 2. Sebagai acuan ataupun menjadi pertimbangan bagi industri kelistrikan di dalam merencanakan pemakaian bahan magnetik sebagai bahan listrik atau bahan lain. 3. Menambah pengetahuan mengenai bahan magnetik sebagai bahan listrik baik bagi mahasiswa atau mahasiswi maupun bagi masyarakat umum. 1.5 Ruang lingkup dan Batasan Masalah Melihat luasnya permasalahan dalam penyusunan laporan ini, maka perlu dibatasi permasalahannya pada masalah penggolongan bahan berdasarkan sifat kemagnetan, parametet-parameternya,serta bahan-bahan magnet lunak lain. PUTU RUSDI ARIAWAN 2 1.6 Sistematika Pembahasan Adapun sistematika pembahasan yang digunakan dalam penulisan laporan ini adalah : BAB I : PENDAHULUAN Berisikan secara lengkap gambaran umum isi tulisan, mulai latar belakang, rumusan masalah, tujuan, manfaat, batasan masalah yang akan dibahas dan sistematika penulisan mengenai bahan magnetik. BAB II : TINJAUAN PUSTAKA Dalam bab ini memaparkan kepustakaan yang berisikan tentang konsep dan penggunaan bahan magnetik secara umum dan karakteristik bahan magnetik dalam bidang keteknikan. BAB III : METODE Dalam bab ini diuraikan tempat dan waktu penelitian, sumber data dan jenis data. BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN Dalam bab ini membahas hasil penelitian yang telah dilakukan guna mengetahui penggolongan bahan magnetik parametet-parameternya, serta mengetahui bahan-bahan magnet lunak lain. BAB V : PENUTUP Merupakan bab yang berisikan kesimpulan dari uraian pembahasan dan saran-saran yang menghubungkan dengan pembahasan sebelumnya. PUTU RUSDI ARIAWAN 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Bahan Magnetik Bahan magnetik adalah suatu bahan yang memiliki sifat kemagnetan dalam komponen pembentuknya. Menurut sifatnya terhadap adanya pengaruh kemagnetan, bahan dapat digolongkan menjadi 5 yaitu diamagnetik, paramagnetik, feromagnetik, anti ferromagnetik, dan ferrimagnetik (ferri). Bahan diamagnetik adalah bahan yang sulit menyalurkan garis gaya magnet (ggm). Bahan paramagnetik adalah bahan yang dapat menyalurkan ggm tetapi tidak banyak. Permeabilitasnya sedikit lebih besar dari 1, susunan dwikutubnya tidak beraturan. Bahan ferromagnetik mudah menyalurkan ggm. Permeabilitasnya jauh di atas 1. Bahan anti ferromagnetik mempunyai suscepbilitas positif yang kecil pada segala suhu, tetapi perubahan suscepbilitas karena suhu adalah keadaan yang sangat khusus. Susunan dwikutubnya adalah sejajar tetapi berlawanan arah. Bahan ferrimagnetik memiliki resisitivitas yang jauh lebih tinggi dibanding bahan ferromagnet. Resisitivitas bahan ferromagnet adalah rendah. Hal ini yang menyebabkan pemakaian ferromagnet terbatas pada frekuensi rendah. Sedangkan pada bahan ferrimagnetik resisitivitasnya jauh lebih tinggi dibanding bahan ferromagnet. Karena itu ferrimagnet (ferrit) layak digunakan pada peralatan yang menggunakan frekuensi tinggi disamping arus-eddy yang terjadi padanya kecil. Gambaran dwikutub bahan-bahan magnet seperti gambar 2.1. (a) PUTU RUSDI ARIAWAN (b) 4 (c) (d) Gambar 2.1. Susunan dwikutub bahan-bahan magnetik a. paramagnetik b. ferromagnetik c. antiferromagnetik d. ferrimagnetik 2.2 Bahan-bahan Ferromagnetik Bahan-bahan ferromagnetik dapat dikategorikan menjadi dua yaitu: 1. Bahan yang mudah dijadikan magnet yang lazim disebut bahan magnetik lunak. Bahan ini banyak digunakan untuk inti transformator, inti motor atau generator, rele, peralatan sonar atau radar. 2. Bahan ferromagnetik yang sulit dijadikan magnet tetapi setelah menjadi magnet tidak mudah kembali seperti semula disebut bahan magnetik keras, bahan ini digunakan untuk pabrikasi magnet permanen. Sifat-sifat bahan magnetik adalah mirip dengan sifat-sifat bahan dielektrik. Momen atom dan molekul-molekul yang menyebabkan adanya dwikutub adalah sama dengan momen dwikutub pada bahan dielektrik. Magnetisasi pada bahan magnet seperti halnya polarisasi pada bahan dielektrik. Setiap bahan magnetik memiliki parameter-parameter magnetik di antaranya Permeabilitas dan susceptibilitas magnetik, momen magnetik, magnetisasi. Berdasarkan susceptibilitasnya dapat dibedakan sifat kemagnetan suatu bahan yaitu untuk Xm negatif 10-5 adalah diamagnetik, untuk Xm kecil dan positif 10-3 pada suhu kamar (karena Xm berbanding terbalik dengan suhu) adalah paramagnetik , untuk Xm yang besar adalah ferromagnetik . PUTU RUSDI ARIAWAN 5 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Pencarian Data Pencarian data dalam penyusunan laporan ini dilakukan di Kampus Bukit Jimbaran, pada bulan juli 2007. 3.2 Data 3.2.1 Sumber data Data yang digunakan pada proses penyusunan laporan Bahan-bahan Magnetik ini diperoleh dari literatur-literatur yang berupa konsep dan aplikasi dari bahan magnetik serta sumber online (internet). 3.2.2 Jenis data Data yang digunakan dalam menganalisis adalah data sekunder yang berasal dari kajian pustaka dengan data-data sebagai berikut : 1. Bahan-bahan listrik untuk Politeknik Oleh : Drs.Muhaimin 2. Media internet - www.elektroindonesia.com - Http://www.ugm.ac.id/index.php?page=rilis&artikel=120 - Http;//www. wikipedia.org/wiki.com 3.2.3 Metode pengumpulan data Metode yang digunakan dalam pengumpulan data laporan ini adalah metode studi literatur, yaitu mengumpulkan data dari buku-buku referensi, modul-modul yang relevan dengan objek permasalahan. PUTU RUSDI ARIAWAN 6 3.3 Tahap-Tahap Pengolahan Data Adapun tahap-tahap pengolahan data adalah sebagai berikut: 1 Mencari hal-hal penting yang berhubungan dengan penulisan dari buku-buku atau literatur lainnya. 2 Menentukan rumusan masalah yang akan dibahas. 3 Menyusun data yang diperoleh menurut sistematika laporan. 4 Menarik kesimpulan yang bisa menjawab rumusan masalah. 3.4 Aspek-Aspek yang Dikaji Adapun aspek-aspek ysng dikaji adalah sebagai berikut: 1. Penggolongan bahan berdasarkan sifat kemagnetannya dan parameterparameternya. 2. Bahan magnetic lunak dan bahan permanent lain. 3. Magnetotriksi. 3.5 Teknik Mengambil Kesimpulan Berbagai pertimbangan penulis dalam menarik kesimpulan adalah sebagai berikut. 1. Kesimpulan langsung berhubungan dengan rumusan masalah yang dibuat. 2. Kesimpulan diperoleh dari hasil pertimbangan yang tidak sepihak, tetapi berdasarkan berbagai referensi. 3. Kesimpulan merupakan jawaban dari masalah dan tujuan penulisan PUTU RUSDI ARIAWAN 7 BAB IV PEMBAHASAN Penggolongan Bahan-bahan Magnetik Menurut sifatnya terhadap adanya pengaruh kemagnetan, bahan dapat digolongkan menjadi 5 yaitu diamagnetik, paramagnetik, feromagnetik, anti ferromagnetik, dan ferrimagnetik (ferri). 1. Bahan diamagnetik adalah bahan yang sulit menyalurkan garis gaya magnet (ggm). Permeabilitasnya sedikit lebih kecil dari 1 dan tidak mempunyai dwikutub yang permanen. Bahan-bahan diamagnetik antara lain: Bi, Cu, Au, Al2O3, Ni SO4. 2. Bahan paramagnetik adalah bahan yang dapat menyalurkan ggm tetapi tidak banyak. Permeabilitasnya sedikit lebih besar dari 1, susunan dwikutubnya tidak beraturan. Bahan-bahan paramagnetik antara lain: Al, Pb, Fe2SO4, FeSO4, FeCl2, Mo, W, Ta, Pt, dan Ag. 3. Bahan ferromagnetik mudah menyalurkan ggm. Permeabilitasnya jauh di atas 1. Bahan ferromagnetik antara lain: Fe, Co, Ni, Gd, Dy. Resisitivitas bahan ferromagnet adalah rendah. Hal ini yang menyebabkan pemakaian ferromagnet terbatas pada frekuensi rendah. 4. Teori anti ferromagnetik dikembangkan oleh Neel seorang ilmuwan Perancis. Bahan anti ferromagnetik mempunyai suscepbilitas positif yang kecil pada segala suhu, tetapi perubahan suscepbilitas karena suhu adalah keadaan yang sangat khusus. Susunan dwikutubnya adalah sejajar tetapi berlawanan arah. Bahan anti ferromagnetik antara lain: MnO2, MnO, FeO, dan CoO. 5. Bahan ferrimagnetik memiliki resisitivitas yang jauh lebih tinggi dibanding bahan ferromagnet. Karena itu ferrimagnet (ferrit) layak digunakan pada peralatan yang menggunakan frekuensi tinggi disamping arus-eddy yang terjadi PUTU RUSDI ARIAWAN 8 padanya kecil. Rumus bahan ferrimagnetik adalah MO. Fe2O3 (M adalah logam bervalensi 2 yaitu Mn, Mg, Ni, Cu, Co, Zn, Cd). Contoh: ferrit, seng, nikel rumusnya adalah αNiO, βZnO, Fe2O3 dimana α+β =1. Gambaran dwikutub bahan-bahan magnet seperti gambar 4.1. (a) (b) (c) (d) Gambar 4.1. Susunan dwikutub bahan-bahan magnetik a. paramagnetik b. ferromagnetik c. antiferromagnetik d. ferrimagnetik Istilah bahan magnetik untuk umum yang digunakan hanyalah bahan ferromagnetik. Bahan-bahan ferromagnetik dapat dikategorikan menjadi dua yaitu: 3. Bahan yang mudah dijadikan magnet yang lazim disebut bahan magnetik lunak. Bahan ini banyak digunakan untuk inti transformator, inti motor atau generator, rele, peralatan sonar atau radar. 4. Bahan ferromagnetik yang sulit dijadikan magnet tetapi setelah menjadi magnet tidak mudah kembali seperti semula disebut bahan magnetik keras, bahan ini digunakan untuk pabrikasi magnet permanen. Sifat-sifat bahan magnetik adalah mirip dengan sifat-sifat bahan dielektrik. Momen atom dan molekul-molekul yang menyebabkan adanya dwikutub adalah sama dengan momen dwikutub pada bahan dielektrik. Magnetisasi pada bahan magnet seperti halnya polarisasi pada bahan dielektrik. PUTU RUSDI ARIAWAN 9 4.1.1 Parameter – Parameter Magnetik 1. Permeabilitas dan susceptibilitas magnetik Pada perhitungan – perhitungan tentang magnet, terdapat hubungan antara fluxi (B) dengan satuan Wb/m2 atau tesla dengan kuat medan (H) dengan satuan A lilit/ m sebagai berikut : B=μ H μ = μr . μo sehingga : B = μr . μo . H μ adalah permeabilitas bahan yang merupakan hasil perkalian permeabilitas absolut (μo) dengan permeabilitas relatif (μr) . Besarnya μo = 4. π . 10-7 H/m. Kuantitas yang diekspresikan (μr – 1) disebut magnetisasi per unit dari intensitas maka demikian pula dengan μr- 1. Besarnya μ untuk bahan ferromagnetik adalah tidak konstan. Jika arus I dialirkan melalui kumparan dengan inti adalah bertambah dari nol bertahap sehingga medan magnet dan rapat fluksi bertambah. Pada gambar 4.2 kurva OP mula – mula naik dengan tajam , kemudian setelah mencapai tahapan tertentu kurvanya mendatar, hal ini karena B telah mencapai kejenuhan (saturasi). Pada gambar 4.2 setelah titik P dicapai , kemudian I diturunkan secara bertahap, maka diperoleh kurva PQ yaitu pada saat I sama dengan nol, masih terdapat sisa kemagnetan (Br) . Daya Koersip (coersive force) yaitu apabila besar H akan bertambah sehingga B menjadi nol dititik R dan diperoleh Hc . Selanjutnya prosedur diatas diulang maka didapat kurva PQRSCTP yang disebut Jerat Histerisis magnetik yang luasnya sebanding dengan volume bahan magnetic yang dimagnetisasi , dan kalau inti diberi arus bolak – balik akan menimbulkan eddy current yang disebut arus pusar atau arus focoult. PUTU RUSDI ARIAWAN 10 +B P Q Br R -H T 0 +H He C q S -B Gambar.4.2 Jerat histerisis bahan ferro 2. Momen magnetik Jika sebuah yang dilewati arus (I) diletakan pada rapat fluksi yang merata akan menimbulkan torsi , besar torsi akan tergantung pada : Luas kumparan , arus dan rapat fluksi yang terpotong bidang kumparan. Momen dwikutub magnetik hubungan dengan torsi adalah : pm = I . A kumparan Pm dengan satuan A/m2 adalah merupakan vektor yang arahnya tegak lurus terhadap kumparan. Apabila batang magnet permanen diletakan didalam medan yang merata akan menyebabkan torsi . Jika magnet mendapatkan kutub – kutub bebas yang berlawanan, dikatakan sebagai momen dwikutub sebagai produk dari kuat kutub dan jarak antara kutub-kutub. 3 Magnetisasi Semua bahan adalah memungkinkan menghasilkan medan magnetik , dari itu secara eksperimental untuk menimbulkan momem magnetik. Besar momen ini per unit volume disebut magnetisasi dari madium (M) dengan satuan C/m.dt atau A/m . PUTU RUSDI ARIAWAN 11 Induksi magnetik (rapat fluksi) adalah penjumlahan dari effek pada keadaan fakem suatu bahan, besar rapat fluksi (B) menjadi : B = μo . H + μo . M M =( μ – 1) . H = Xm . H Xm adalah susceptifitas magnetik . Magnetisasi (M) dari bahan dapat diekspresikan sebagai momen dwikutub magnetik (pm) dengan satuan C. m2 / dt atau A/m2 dimana : M = N . pm N adalah jumlah dwikutub magnetic per unit volume. Berdasarkan susceptibilitasnya dapat dibedakan sifat kemagnetan suatu bahan yaitu untuk Xm negatif 10-5 adalah diamagnetik, untuk Xm kecil dan positif 10-3 pada suhu kamar (karena Xm berbanding terbalik dengan suhu) adalah paramagnetik , untuk Xm yang besar adalah ferromagnetik . 4.1.2 Laminasi Baja Kelistrikan Cara yang paling praktis untuk mengubah bahan magnetik lunak untuk menjadi baja kelistrikan adalah dengan menambah silikon ke dalam komposisinya. Cara ini akan mengurangi rugi histeris dan arus pusar dengan tajam karena relativitasnya bertambah. Paduan baja dengan tambahan silikon sekarang ini merupakan bahan yang sangat penting untuk bahan megnetik lunak pada teknik listrik. Namun perlu diingat bahwa penambahan silikon akan menyebabkan bahan menjadi rapuh. Tabel 4.1 memberikan data campuran silikon pada baja sehubungan dengan relativitas dan massa jenisnya. PUTU RUSDI ARIAWAN 12 Tabel 4.1 Campuran Si pengaruhnya terhadap relativitas & masa jenis Baja. Kandungan Si (%) Resistivitas ohm.mm2/m Masa 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 0,75 7,75 Laminasi untuk transformator umumnya mengandung Si sekitar 4%, sedangkan untuk jangkar motor listrik kandungan Si-nya 1 – 2 %. Namun hal ini dapat diubah-ubah berdasarkan standar masing-masing negara penghasil mesin-mesin tersebut. Selanjutnya periksa Tabel 10.2. Ketebalan laminasi baja transformator untuk inti peralatan listrik adalah 0,1 hingga 1 mm dan yang bisa dipasarkan adalah 0,35 mm dan 0,5 mm dalam bentuk lembaran 2 x 1 m; 1,5 x 0,75 m. Kurva magnetisasi baja transformator seperti ditunjukan pada Gambar. 4.3. B (tesla) 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 H (A/m) Gambar. 4.3 Kurva B – H baja transformator Baja listrik jenis lain adalah baja listrik dengan proses dingin. Kemampuan baja listrik sangat tinggi terutama jika fluksi magnetiknya searah dengan panjang laminasi. Karena kristal baja ini dibuat searah dengan proses dingin dan aniling pada ruang yang diisi PUTU RUSDI ARIAWAN hidrogen. Baja ini digunakan pada pembuatan inti 13 transformatordengan lilitan jenis ribbon (misalnya : transformator arus). Baja ini memungkinkan mengurangi berat dan dimensi transformator 20 hingga 25% dan untuk transformator radio, hal tersebut dapat mencapai 40%. 4.2. Bahan Magnetik Lunak Lain Bahan magnetik lunak yang banyak digunakan adalah paduan besi-nikel. Kurva pada Gambar.4.4 menunjukkan hubungan permeabilitas dengan komposisi antara besi dan nikel. Pada komposisi nikel 20% paduan menjadi non-magnetis dan permeabilitas maksimum dicapai pada komposisi nikel 21,5% . Paduan yang terdiri dari besi-nikel dengan tambahan molybdenum, chromium atau tembaga dinamakan permalloy. Permalloy dibedakan berdasarkan kandungan nikelnya, permalloy nikel rendah yaitu permalloy yang mengandung nikel 40-50% dan permalloy nikel tinggi yaitu permalloy yang mengandung nikel 72-80 %. mempunyai permeabilitas yang lebih rendah dibanding Permalloy nikel rendah permalloy nikel tinggi, namun induksinya lebih tinggi pada keadaan jenuh. Permeabillitas permalloy berbanding terbalik dengan frekuensinya, seperti yang ditunjukkan Gambar.4.4. Permalloy yang mengandung Ni sangat tinggi akan mempunyai permeabilitas yang tinggi (hingga 800.000) setelah diadakan tritmen termal. Daya koersipnya rendah yaitu 0,32 hingga 0,4 ampere lilit/m. Permalloy difabrikasi pada lembaran tipis hingga sampai 3 mikron. Permalloy sensitif terhadap benturan dan kemagnetannya sangat dipengaruhi tekanan. PUTU RUSDI ARIAWAN 14 20000 µo 15000 10000 5000 0 6 +0 1E 00 00 10 0 00 10 00 10 0 10 10 Hz frekuensi Gambar.4.4 µµo = f (f) pada permalloy Permeabilitas absolut dari paduan alfiser yang komposisinya 9.5% Si, 5,6% Al dan sisanya besi, berkisar antara 10.000 hingga 35.000, daya koersip 1,59 Ampere lilit/m dan resitivitasnya 0,81 Ohm mm2/m Alfiser sangat regas, sehingga sangat mudah dijadikan bubuk untuk dibuat bahan dielektrikmagnet. Harganya lebih murah daripada permalloy karena kompsisinya tidak tergantung Ni. Camalloy termasuk bahan magnetik lunak yang komposisinya 66,5% Ni, 30% Cu, 3,5% Fe. Yang menarik dari bahan ini adalah bahan akan kehilangan sifat ferromagntiknya (titik Curie) pada suhu yang relative rendah yaitu 100 C (titik Curie untuk Fe adalah 768 C). Bahan-bahan ferromagnetik yang berubah ukurannya pada medan magnet diantaranya Ni, beberapa paduan antara Fe, Cr, Co dengan Al. Gejala perubahan ukuran tersebut dinamakan magnetostriksi. Dielektrikmagnet digunakan untuk inti peralatan rangkaian rangkaian magnetik yang bekerja pada frekuensi yang sangat tinggi dengan kerugian arus pusar yang rendah. Sekarang banyak digunakan Ferrit pada peralatan yang bekerja pada frekuensi tinggi. Bahan ini adalah kompon keramik yang mempunyai rumus umum MOFeO3. M adalah logam diantara Fe, Cu, Mn, Zn, danNi. Ferrit dibuat dengan campuran PUTU RUSDI ARIAWAN 15 senyawa-senyawa Oksidanya dengan perbandingan yang tepat dalam bentuk bubuk, dengan tambahan sebikit bahan-bahan organik untuk mengikat atau merekatkan, ditekan dan dipanasi 1100 – 1400o C di ruang yang berisi oksida. Ferrit adalah semikonduktor yang mempunyai resitifitas antara 102 hingga 107 Ω cm. Karena Resitivitas yang tinggi tersebut, maka sangat tepat digunakan pada frekuensi tinggi karena rugi daya yang disebabkan arus pusar adalah kecil. Ferrit mempunyai massa jenis 3 - 5 g/cm3 kapasitas termal 0,17 kalori/g oC, konduktivitas panas 5.10 W/cm oC, muai panjang 105 / oC. Tabel 4.2 Bahan-bahan magnetik lunak Klasifikasi Komposisi Hc Br (sisanya % Fe) Ampere lilit/m Wb/m^2 2 3 4 listrik 0,01 % C 6,32 - 31,6 2,1 - 2,15 II. Besi tuang 2 – 3,5 %C 126,4 >1,5 Baja trafo II 0,7 % Si 158 2,1 Baja trafo III 1% Si 252,8 2 Baja trafo IV 1,7 - 2,7 % Si 63,2 - 79 1,95 3,4 - 4,3 % Si 23,7 - 47,7 1,9 36 %Si 7,9 1,3 Hyperm 99% Ni; 0,2 % Cu 1,2 0,6 Memetal 50% Ni 4,74 - 1,9 1,5 1 I. Besi murni untuk baja III. Dinamo dan Transformator Baja trafo I IV. Bahan-bahan yang mengandung Ni Permenorm 3601K1 (it) Nikkel murni Supermalloy V Bahan-bahan yang 76 % Ni; 5 % Cu 1,2 0,8 79 % Ni; 55 Mo; 0,5% 0,47 0,78 1,74 1,1 Mn mengandung Al Sendust Vacadur PUTU RUSDI ARIAWAN 5.4 %Al; 9,6 % Si 16 16 Al 3,95 0,9 49% C0; 1,8 V 110,6 2,35 99 % Co 790 7,8 VI Bahan-bahan yang mengandung Co Vacaflux 50 Cobal murni 30 Ni induksinya sangat tergantung pada suku, misalnya : H = 7900 Ampere lilit/m VII.Paduan Termo Termofluks 65/1000 Keterangan : t = 0o C t = 20o C t = 60o C B = 0,41 B = 0,3 B = 0,065 it adalah inti toroida 1 A lilit /m = 0,0126 Oersted 1Wb/m2 = 104 Gauss Bahan-bahan yang mempunyai jerat histerisis persegi seperti yang ditunjukkan pada gambar digunakkan pada komputer sebagai perangkat memory atau komponen opersi logic, sebagai alat switching dan penyimpan informasi. +B -H +H -B Gambar 4.5 Jerat histerisis ferrit. PUTU RUSDI ARIAWAN 17 4.3 Bahan Magnet Permanen Magnet permanen digunakan pada instrumen pengindraan, rele, mesin-mesin listrik yang kecil dan banyak lagi. Baja karbon yaitu baja dengan komposisikarbon 0,4 hingga 1,7 % merupakan bahan dasar pembuatan magnet permanen. Walaupun bahan ini tergolong harganya murah tetapi kualitas kemagnetannya tidak terlalu tinggi. Kemagnetan bahan ini relatif lebih mudah untuk hilang terutama disebabkan oleh pukulan atau vibrasi. Untuk menaikkan mutu kemagnetannya, mka baja karbon ditambah wolfram, kromium atau kobal. Magnet yang dibuat dari karbon murni, wolfram, kromium, dan baja kobal harus dikeraskan di dalam air atau minyak mineral sebelum dimagnetisasi. 4000 μ0 3000 2000 1000 0 50 100 150 200 T(0C) Gambar 4.6 μ0 = f(T) beberapa ferrit Bahan paduan alni terdiri dari aluminium, nikel dan besi . Jika bahan tersebut ditambah lagi dengan Si, maka paduan disebut alnisi. Sedangkan alnico adalah bahan paduan yang terdiri dari aluminium, nikel dan kobal. Bahan-bahan tersebut mempunyai sifat kemagnetan yang tinggi dan lebih murah dibanding baja kobal kualitas tinggi. PUTU RUSDI ARIAWAN 18 Vectolit adalah bahan paduan yang terdiri dari besi, kobal oksida sedangkan ferroxdure adalah bahan paduan yang terdiri dari besi oksida dan barium, bahan ini juga disebut barium ferrit dan di pasaran dengan nama arnox, indox atau ferroba, pembuatannya adalah dari bubuk bahan yang akan dipadukan pada suhu yang tinggi. Penggunaanya antara lain : magnet pada pengeras suara,perangkat penggandeng magnetik. Beberapa sifat kemagnetan dari bahan magnet permanen paduan seperti terlihat pada tabel berikut: Tabel 4.3 Beberapa Bahan Magnet Keras Komposisi Hc A-lilit/m Br Wb/m2 93,3% Fe, 0,7%C, 6%W 96%Fe, 1%C, 3%Cr 59%Fe, 1%C, 5%Cr, 5%W, 30%Co 57%Fe, 4%Cu, 25%Ni, 14%Al 51%Fe, 1%Si, 34%Ni, 14%Al 55%Fe, 17%Ni, 12%Co, 10%Al 51%Fe, 24%Co, 14%Ni, 8%Al 44%Fe3O4, 30%Fe2O3, 26%Co2O3 77%Pt, 23%Co 4.800 4.800 17.500 1,05 0,9 0,9 (BH) Maks J/m3 2.400 2.200 7.440 43.800 0,55 4.400 63.700 0,4 50.000 0,7 50.000 1,2 70.000 0,6 11.20 0 17.00 0 45.00 0 4.000 200.000 0,45 Nama Baja wolfram Baja chrom Baja kobal Alni Alnisi Alnico II Alnico V Vektolit Platina kobal 4.4 16.00 0 Magnetostriksi Pada saat sebuah bahan ferromagnetik diamagnetisasi, umumnya secara fisik akan terjadi perubahan dimensi. Hal atau gejala seperti ini disebut magnetostriksi. Terdapat tiga jenis magnetostriksi, yaitu : a. Magnetostriksi longitudinal, yaitu perubahan panjang searah dengan magnetisasi. Perubahan ini dapat bertambah panjang atau berkurang. PUTU RUSDI ARIAWAN 19 b. Magnetostriksi transversal, yaitu perubahan dimensi tegak lurus dengan arah magnetisasi. c. Magnetostriksi volume, yaitu perubahan volume sebagai akibat dari kedua efek diatas. Perubahan panjang atau ( ∆ℓl) searah induksi magnetisasi disebut Efek joule. Magnetostriksi joule (τ ) adalah perbandingan antara perubahan panjang (∆ℓ) dengan panjang semula (ℓ). Umumnya harga tidak lebih dari 30.10-6. magnetostriksi beberapa bahan ditunjukan pada gambar.4.7 +Ve 36% Ni + 64% Fe H 0 Fe Co Ni -Ve Gambar.4.7 Magnetostriksi joule sebagai fungsi dari medan magnet (H) Perubahan searah panjang juga menyebabkan perubahan permeabilitas kearah perubahan panjang tersebut. Hal ini disebut Efek Villari. Secara umum dapat dikatakan bahwa permeabilitas akan naik karena penurunan perubahan atau kenaikan tegangan tarik. Sebaliknya untuk bahan dengan τ negatif, tekanan yang digunakan akan mengurangi permeabilitas. PUTU RUSDI ARIAWAN 20 Secara praktis pengaruh dari penggunaan magnetostriksi adalah sangat terbatas. Beberapa pemakaian yang memperhatikan magnetostriksi antara lain : Oscilator frekuensi tinggi dan Generator super sound, Proyektor suara bawah air, Detektor-detektor suara. Karena permeabilitas adalah berhubungan dengan magnetostriksi, maka untuk penggunaan bahan-bahan yang permeabilitasnya tinggi harus diusahakan megnetostriksinya serendah mungkin. PUTU RUSDI ARIAWAN 21 BAB V SIMPULAN 5.1 Simpulan Dari pemabahasan materi bahan-bahan magnetik di atas dapat ditarik kesimpulan antara lain: 1. Bahan magnetik dapat digolongkan menjadi 5 yaitu diamagnetik, paramagnetik, feromagnetik, anti ferromagnetik, dan ferrimagnetik (ferri). 2. Parameter – Parameter magnetik antara lain : Permeabilitas dan susceptibilitas magnetik, momen magnetik, magnetisasi 3. Bahan magnetik lunak yang banyak digunakan adalah paduan besi-nikel yang digunakan dibidang kelistrikan misalnya ferrit digunakan sebagai bahan semikonduktor. 4. Magnetostriksi adalah gejala perubahan ukuran secara fisik dari bahan-bahan magetik. Ada 3 jenis magnetostriksi yaitu : magnetostriksi longitudinal, magnetostriksi transversal, magnetostriksi volume. 5.2 Saran Bahan magnetik merupakan salah satu bahan listrik yang sering digunakan oleh masyarakat. Yang perlu dilakukan oleh pemerintah dan masyarakat mulai sekarang ini adalah meningkatkan pengetahuan mengenai bahan magnetik dan melestarikan bahan-bahan anorganik maupun organik sebagai bahan dasar pembuat bahan magnetik ini. PUTU RUSDI ARIAWAN 22 DAFTAR PUSTAKA Muhaimin. 1993. Bahan-Bahan Listrik Untuk Politeknik. Jakarta : PT Pradnya Paramita. Sumanto, MA.Drs. 1944. Pengetahuan Bahan Untuk Mesin Dan Listrik. Yogyakarta: Andi Offset. _ _ _ . 2007. Http;//www. wikipedia.org/wiki.com PUTU RUSDI ARIAWAN 23 BIODATA PENULIS Nama : Putu Rusdi Ariawan TTL : Denpasar. 19 April 1990 Agama : Hindu Mahasiswa Teknik Elektro Unv. Udayana Email : turusdi.info@gmail.com www.facebook.com/turusdi PUTU RUSDI ARIAWAN 24