Magnetisme: Definisi, Jenis, Sifat & Cara Kerjanya (dengan Contoh)

Magnet. Anda memilikinya di lemari es Anda, Anda telah bermain dengan mereka sebagai seorang anak, Anda bahkan memegang kompas di tangan Anda saat jarum kompas menunjuk ke kutub utara magnet bumi. Tapi bagaimana mereka bekerja? Apa fenomena magnetisme ini?

Magnetisme adalah salah satu aspek dari gaya elektromagnetik fundamental. Ini menggambarkan fenomena dan kekuatan yang terkait dengan magnet atau benda magnetik.

Semua medan magnet dihasilkan dengan memindahkan muatan atau mengubah medan listrik. Inilah sebabnya mengapa fenomena listrik dan magnet secara kolektif disebut sebagai elektromagnetisme. Mereka benar-benar satu dan sama!

Dalam semua bahan, atom mengandung elektron, dan elektron tersebut membentuk awan di sekitar inti atom, dengan gerakan keseluruhannya menciptakan dipol magnet mini. Namun, pada sebagian besar bahan, distribusi acak dari orientasi magnet mini ini menyebabkan medan menjadi hilang. Bahan feromagnetik adalah pengecualian.

Banyak bahan menunjukkan fenomena magnet, termasuk besi, mangan, magnetit dan kobalt. Ini mungkin ada sebagai magnet permanen atau mungkin paramagnetik (yaitu, tertarik pada bahan magnetik tetapi tidak mempertahankan magnet permanen itu sendiri). Elektromagnet dibuat dengan melewatkan arus listrik melalui kawat yang dililitkan di sekitar bahan seperti besi (atau dengan situasi apa pun di mana ada muatan listrik yang bergerak).

Bahan magnetik dapat menarik satu sama lain atau menolak satu sama lain, tergantung pada bagian mana dari bahan tersebut disatukan.

Sama seperti gaya listrik dan gaya gravitasi, benda-benda yang mengerahkan gaya magnet satu sama lain menghasilkan medan di sekitar mereka. Magnet batang, misalnya, menciptakan medan magnet di ruang di sekitarnya, menyebabkan magnet atau bahan feromagnetik lain yang dibawa ke medan itu merasakan gaya sebagai hasilnya.

Salah satu cara untuk memvisualisasikan medan magnet adalah dengan menggunakan serbuk besi. Serbuk besi adalah potongan kecil besi yang, ketika ditaburkan di sekitar magnet, akan sejajar dengan garis medan magnet eksternal, memungkinkan Anda untuk memvisualisasikannya.

Satuan SI yang berhubungan dengan kuat medan magnet adalah tesla.

Satuan umum lain yang terkait dengan kekuatan medan magnet adalah gauss.

1 Gauss = 1 G = 10^-4 T

Ada banyak jenis magnet:

​Paramagnetismemenjelaskan bahan-bahan tertentu yang mungkin tertarik lemah pada magnet tetapi tidak mempertahankan medan magnet permanen itu sendiri. Di hadapan medan eksternal, mereka akan membentuk medan magnet induksi internal yang sejajar. Hal ini dapat mengakibatkan amplifikasi sementara medan magnet secara keseluruhan. Ada banyak jenis bahan paramagnetik, bahkan termasuk beberapa batu permata.

​Diamagnetismeadalah properti yang ditunjukkan oleh semua bahan, tetapi yang biasanya paling jelas dalam bahan yang kita anggap non-magnetik. Bahan diamagnetik sangat lemah ditolak oleh medan magnet. Dalam magnet permanen dan bahan paramagnetik, efek diamagnetisme dapat diabaikan.

​Elektromagnetismeterjadi ketika arus listrik dilewatkan melalui kawat. Kawat itu mungkin dililitkan di sekitar batang besi untuk memperkuat efeknya karena besi akan menciptakan medan magnetnya sendiri yang sejajar dengan medan luar. Bentuk magnetisme ini adalah akibat langsung dari fakta bahwa gerakan elektron menciptakan medan magnet. (Sekali lagi, listrik dan magnet adalah dua sisi dari sifat fisik dasar yang sama!)

​Ferromagnetismemenjelaskan bagaimana bahan tertentu – yang disebut bahan feromagnetik – membentuk magnet permanen, yang akan dibahas lebih rinci di bagian berikutnya.

Benda yang ditarik magnet dengan kuat disebut feromagnetik. Besi adalah bahan yang paling umum dari jenis ini. (Tidak mengherankan karena awalan bahasa Latinbesi- berarti "besi.")

Bahan feromagnetik memiliki apa yang disebut domain magnetik; yaitu, daerah di dalamnya yang seperti magnet, tetapi berorientasi ke arah yang berbeda sehingga efek keseluruhannya hilang dan umumnya tidak bertindak seperti magnet. Namun, jika bahan-bahan ini ditempatkan di medan magnet, ini dapat menyebabkan penyelarasan domain sehingga bahwa mereka semua sejajar dalam arah yang sama, dan karenanya mereka menjadi (seringkali sementara) seperti magnet diri.

Bahan feromagnetik termasuk lodestone, besi, nikel, kobalt dan berbagai bahan tanah jarang termasuk neodymium.

Magnet batang adalah bahan magnet berbentuk persegi panjang atau silinder. Ujung magnet batang adalah kutub utara dan selatan. Ini adalah dua jenis kutub magnet, dan mereka berinteraksi satu sama lain melalui gaya magnet dengan cara yang mirip dengan bagaimana muatan positif dan negatif berinteraksi melalui gaya listrik.

Magnet batang adalah dipol magnet. Mereka memiliki kutub berlawanan yang dipisahkan oleh jarak, mirip dengan dipol listrik. Satu perbedaan utama, bagaimanapun, adalah bahwa dengan magnet, Anda tidak dapat memiliki monopole (kutub terisolasi) seperti yang dapat Anda miliki dengan muatan. Magnet selalu ada sebagai dipol dan tidak pernah sebagai kutub utara dengan sendirinya atau kutub selatan dengan sendirinya. (Jika Anda memotong magnet batang menjadi dua untuk mencoba memisahkan kutub, Anda hanya akan mendapatkan dua magnet dipolar yang lebih kecil!)

Seperti yang mungkin Anda ketahui, Bumi memiliki medan magnet. Hal ini memungkinkan orang untuk menggunakan kompas untuk menentukan arah mana yang mereka hadapi relatif terhadap kutub. Kompas magnet terdiri dari magnet kecil yang dapat bergerak bebas dan sejajar dengan medan eksternal apa pun. Ujung merah jarum kompas menunjuk ke utara. Medan magnet bumi bertindak seperti magnet batang raksasa. Magnet batang imajiner ini diorientasikan sehingga ujung utara magnet berada di kutub selatan bumi dan ujung selatan magnet berada di kutub utara bumi.

Medan magnet bumi juga tidak sejajar dengan permukaan bumi di sebagian besar tempat. Anda dapat menentukan deklinasi medan magnet bumi menggunakan jarum celup. Pertama-tama arahkan jarum secara horizontal dan sejajarkan dengan utara magnet bumi. Kemudian putar secara vertikal dan amati sudut kemiringannya. Sudutnya semakin besar semakin dekat Anda dengan kutub.

Medan magnet bumi menciptakan wilayah ruang yang mengelilingi planet yang disebut magnetosfer. Magnetosfer pada dasarnya terlihat seperti medan magnet dari magnet batang yang sangat besar yang disejajarkan dekat dengan sumbu bumi, meskipun magnetosfer dapat berubah bentuk saat berinteraksi dengan partikel bermuatan.

Magnetosfer melindungi kita dari angin matahari, yang mengandung partikel bermuatan. Interaksi antara partikel-partikel ini dan garis-garis medan magnet inilah yang memunculkan aurora.

Fenomena magnet digunakan dalam segala macam aplikasi sehari-hari.

Fenomena elektromagnetisme memungkinkan kita untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik pada generator listrik. Generator listrik menggunakan cara mekanis untuk memutar turbin (tiupan angin, atau air mengalir) yang mengubah medan magnet relatif terhadap gulungan kawat, menginduksi arus untuk mengalir.

Motor listrik pada dasarnya adalah kebalikan dari generator listrik, menggunakan elektromagnetisme untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik, baik itu untuk menjalankan bor listrik, mixer atau listrik kendaraan.

Elektromagnet industri adalah magnet raksasa dengan medan magnet yang sangat kuat yang memungkinkan mereka mengambil kendaraan tua di tempat pembuangan sampah.

Mesin MRI memanfaatkan medan magnet yang kuat untuk membuat gambar bagian dalam tubuh Anda dan memungkinkan dokter mendiagnosis berbagai kondisi medis.