Bagaimana Magnet Terbentuk?

Hampir semua orang akrab dengan magnet dasar dan apa yang dilakukannya, atau dapat dilakukan. Seorang anak kecil, jika diberikan beberapa saat permainan dan campuran bahan yang tepat, akan dengan cepat mengenali hal itu berbagai hal (yang nantinya akan diidentifikasi oleh anak sebagai logam) ditarik ke arah magnet sementara yang lain tidak terpengaruh oleh itu. Dan jika anak diberi lebih dari satu magnet untuk dimainkan, eksperimen akan menjadi lebih menarik dengan cepat.

Magnetisme adalah kata yang mencakup sejumlah interaksi yang dikenal di dunia fisik yang tidak terlihat oleh mata manusia tanpa bantuan. Dua jenis dasar magnet adalah feromagnet, yang menciptakan medan magnet permanen di sekitarnya, dan elektromagnet, yang merupakan bahan di mana magnet dapat diinduksi sementara ketika ditempatkan di medan listrik, seperti yang dihasilkan oleh kumparan kawat pembawa arus.

Jika seseorang bertanya kepada Anda Bahaya-gaya pertanyaan "Sebuah magnet terbuat dari bahan apa?" maka Anda dapat yakin bahwa tidak ada jawaban tunggal – dan dipersenjatai dengan informasi yang ada, Anda bahkan akan dapat menjelaskan kepada penanya Anda semua detail yang bermanfaat, termasuk bagaimana magnet itu terbentuk.

Seperti banyak hal dalam fisika – misalnya, gravitasi, suara, dan cahaya – magnet selalu "ada di sana", tetapi kemampuan manusia untuk menggambarkannya dan membuat prediksi tentangnya berdasarkan eksperimen dan model serta kerangka kerja yang dihasilkan telah berkembang di seluruh abad. Seluruh cabang fisika bermunculan di sekitar konsep terkait listrik dan magnet, biasanya disebut elektromagnetik.

Budaya kuno menyadari bahwa batu magnet, jenis langka dari magnetit mineral yang mengandung besi dan oksigen (rumus kimia: Fe₃HAI₄), dapat menarik potongan logam. Pada abad ke-11, orang Cina telah mengetahui bahwa batu seperti itu yang kebetulan panjang dan tipis akan mengorientasikan dirinya di sepanjang sumbu utara-selatan jika tergantung di udara, membuka jalan bagi kompas.

Pelancong Eropa yang menggunakan kompas memperhatikan bahwa arah yang menunjukkan utara sedikit bervariasi sepanjang perjalanan trans-Atlantik. Hal ini menyebabkan kesadaran bahwa Bumi itu sendiri pada dasarnya adalah magnet besar, dengan "utara magnetis" dan "utara sejati" menjadi sedikit berbeda, dan berbeda dengan jumlah yang bervariasi di seluruh dunia. (Hal yang sama berlaku untuk selatan sejati dan magnetis.)

Sejumlah bahan terbatas, termasuk besi, kobalt, nikel dan gadolinium, memanifestasikan efek magnet yang kuat dengan sendirinya. Semua medan magnet dihasilkan dari muatan listrik yang bergerak relatif satu sama lain. Induksi magnet dalam elektromagnet dengan menempatkannya di dekat kumparan kawat berarus telah disebutkan, tetapi bahkan feromagnet memiliki magnet hanya karena arus kecil yang dihasilkan pada atom tingkat.

Jika magnet permanen didekatkan dengan bahan feromagnetik, komponen atom individu dari besi, kobalt atau bahan apa pun menyelaraskan diri dengan garis imajiner pengaruh magnet yang menyebar dari kutub utara dan selatannya, yang disebut magnet bidang. Jika zat dipanaskan dan didinginkan, magnetisasi dapat dibuat permanen, meskipun dapat juga terjadi secara spontan; magnetisasi ini dapat dibalik dengan panas yang ekstrim atau gangguan fisik.

Tidak ada monopol magnetik; yaitu, tidak ada yang namanya "magnet titik", seperti yang terjadi pada muatan listrik titik. Sebaliknya, magnet memiliki dipol magnet, dan garis medan magnetnya berasal dari kutub magnet utara dan menyebar ke luar sebelum kembali ke kutub selatan. Ingat, "garis" ini hanyalah alat yang digunakan untuk menggambarkan perilaku atom dan partikel!

Seperti yang ditekankan sebelumnya, medan magnet dihasilkan oleh arus. Dalam magnet permanen, arus kecil dihasilkan oleh dua jenis gerakan elektron dalam atom magnet ini: Orbitnya di sekitar pusat proton atom, dan rotasinya, atau berputar.

Di sebagian besar bahan, yang kecil momen magnetik diciptakan oleh gerakan elektron individu dari atom tertentu membatalkan satu sama lain. Jika tidak, atom itu sendiri bertindak seperti magnet kecil. Dalam bahan feromagnetik, momen magnet tidak hanya tidak hilang, tetapi juga menyelaraskan diri dalam arah yang sama, dan bergeser sehingga sejajar dengan arah yang sama dengan garis-garis magnet eksternal yang diterapkan bidang.

Beberapa bahan memiliki atom yang berperilaku sedemikian rupa sehingga memungkinkan mereka untuk menjadi magnet untuk berbagai tingkat oleh medan magnet yang diterapkan. (Ingat, Anda tidak selalu membutuhkan magnet untuk menghadirkan medan magnet; arus listrik yang cukup besar akan berhasil.) Seperti yang akan Anda lihat, beberapa bahan ini tidak menginginkan bagian magnetisme yang bertahan lama, sedangkan yang lain berperilaku dengan cara yang lebih menyedihkan.

Daftar bahan-magnetik yang hanya menyebutkan nama-nama logam yang menunjukkan sifat kemagnetan tidak akan berguna seperti daftar bahan magnetik yang diurutkan berdasarkan perilaku medan magnetnya dan cara benda beroperasi pada mikroskopis tingkat. Sistem klasifikasi seperti itu ada, dan ini memisahkan perilaku magnetik menjadi lima jenis.

• Diamagnetisme: Sebagian besar bahan menunjukkan sifat ini, di mana momen magnetik atom yang ditempatkan dalam medan magnet eksternal menyelaraskan diri dalam arah yang berlawanan dengan medan yang diterapkan. Dengan demikian, medan magnet yang dihasilkan menentang medan yang diterapkan. Namun, bidang "reaktif" ini sangat lemah. Karena bahan dengan sifat ini tidak bersifat magnetis dalam arti apa pun, kekuatan magnet tidak bergantung pada suhu.
  
• Paramagnetisme: Bahan dengan sifat ini, seperti aluminium, memiliki atom individu dengan momen dipol bersih positif. Momen dipol atom tetangga, bagaimanapun, biasanya membatalkan satu sama lain, meninggalkan materi secara keseluruhan tidak termagnetisasi. Ketika medan magnet diterapkan, alih-alih menentang medan secara langsung, dipol magnet atom menyelaraskan diri tidak lengkap dengan medan yang diterapkan, menghasilkan magnet yang lemah bahan.
  
• Ferromagnetisme: Bahan seperti besi, nikel dan magnetit (batu magnet) memiliki sifat ampuh ini. Seperti yang sudah disinggung, momen dipol atom tetangga menyelaraskan diri bahkan tanpa adanya medan magnet. Interaksi mereka dapat menghasilkan medan magnet yang besarnya mencapai 1.000. tesla, atau T (satuan SI untuk kekuatan medan magnet; bukan kekuatan tetapi sesuatu seperti itu). Sebagai perbandingan, medan magnet Bumi sendiri 100 juta kali lebih lemah!
  
• Ferrimagnetisme: Perhatikan perbedaan satu vokal dari kelas materi sebelumnya. Bahan-bahan ini biasanya oksida, dan interaksi magnetisnya yang unik berasal dari fakta bahwa atom-atom dalam oksida ini tersusun dalam struktur "kisi" kristal. Perilaku bahan ferrimagnetik sangat mirip dengan bahan feromagnetik, tetapi urutannya elemen magnetik di ruang angkasa berbeda, yang mengarah ke berbagai tingkat sensitivitas suhu dan lainnya perbedaan.
  
• Antiferromagnetisme: Kelas bahan ini dicirikan oleh sensitivitas suhu yang khas. Di atas suhu tertentu, disebut suhu Neel atau T_tidak, bahan berperilaku seperti bahan paramagnetik. Salah satu contoh bahan tersebut adalah hematit. Bahan-bahan ini juga kristal, tetapi seperti namanya, kisi-kisi diatur sedemikian rupa bahwa interaksi dipol magnet benar-benar membatalkan ketika tidak ada medan magnet eksternal menyajikan.