BAHAN-BAHAN MAGNETIK PDF

Preview

Summary

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, ant...

Description

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 d...