Apa Penyebab Kekuatan Magnet yang Berbeda?

Banyak orang yang akrab dengan magnet karena mereka sering memiliki magnet dekoratif di lemari es dapur mereka. Namun, magnet memiliki banyak tujuan praktis di luar dekorasi, dan banyak yang memengaruhi kehidupan kita sehari-hari tanpa kita sadari.

Ada banyak pertanyaan tentang cara kerja magnet, dan pertanyaan umum lainnya tentang magnet. Namun, untuk menjawab sebagian besar pertanyaan ini, dan untuk memahami bagaimana magnet yang berbeda dapat memiliki perbedaan kekuatan medan magnet, penting untuk memahami apa itu medan magnet dan bagaimana itu diproduksi.

Medan magnet adalah gaya yang bekerja pada partikel bermuatan, dan persamaan yang mengatur interaksi ini adalahhukum gaya Lorentz.Persamaan lengkap untuk gaya anMedan listrik​ ​Edanmedan magnet Bpada partikel bermuatanqdan kecepatanvdiberikan oleh:

Ingat itu karena kekuatannyaF, LapanganEdanB, dan kecepatanvadalah semua vektor,×operasi adalahproduk silang vektor, bukan perkalian.

Medan magnet dihasilkan oleh partikel bermuatan yang bergerak, sering disebutarus listrik. Sumber medan magnet yang umum dari arus listrik adalah elektromagnet, seperti kawat sederhana, kawat dalam loop, dan beberapa loop kawat dalam seri yang disebutsolenoida. Medan magnet bumi juga disebabkan oleh pergerakan partikel bermuatan di dalam inti.

Namun, magnet di lemari es Anda tampaknya tidak memiliki arus atau sumber listrik yang mengalir. Bagaimana cara kerjanya?

Magnet permanen adalah sepotongbahan feromagnetikyang memiliki sifat intrinsik yang menghasilkan medan magnet. Efek intrinsik yang menghasilkan medan magnet adalah putaran elektron, dan penyelarasan putaran ini menciptakan domain magnetik. Domain-domain ini menghasilkan medan magnet bersih.

Bahan feromagnetik cenderung memiliki tingkat pemesanan domain yang tinggi dalam bentuk alaminya, yang dapat dengan mudah disejajarkan seluruhnya oleh medan magnet eksternal. Dengan demikian magnet feromagnetik cenderung bersifat magnetis bila ditemukan di alam dan mudah mempertahankan sifat kemagnetannya.

​Bahan diamagnetikmirip dengan bahan feromagnetik dan dapat menghasilkan medan magnet ketika ditemukan di alam, tetapi merespons medan eksternal secara berbeda. Bahan diamagnetik akan menghasilkan medan magnet yang berorientasi berlawanan dengan adanya medan eksternal. Efek ini dapat membatasi kekuatan magnet yang diinginkan.

​Bahan paramagnetikhanya bersifat magnetis dengan adanya medan magnet luar yang sejajar, dan cenderung cukup lemah.

Seperti disebutkan, magnet permanen terdiri dari domain magnetik yang sejajar secara acak. Dalam setiap domain, ada beberapa tingkat pemesanan yang menciptakan medan magnet. Interaksi semua domain dalam satu bagian dari bahan feromagnetik menghasilkan medan magnet keseluruhan, atau bersih, untuk magnet.

Jika domain disejajarkan secara acak, kemungkinan ada medan magnet yang sangat kecil, atau secara efektif nol. Namun, jika medan magnet luar didekatkan dengan magnet yang tidak teratur, domain akan mulai sejajar. Jarak medan pelurus ke domain akan mempengaruhi keselarasan keseluruhan, dan karenanya medan magnet bersih yang dihasilkan.

Membiarkan bahan feromagnetik dalam medan magnet luar untuk waktu yang lama dapat membantu menyelesaikan pemesanan, dan meningkatkan medan magnet yang dihasilkan. Demikian pula, medan magnet bersih dari magnet permanen dapat dikurangi dengan membawa beberapa medan magnet acak atau mengganggu, yang dapat menyebabkan misalign domain dan mengurangi medan magnet bersih.

Apakah ukuran magnet mempengaruhi kekuatannya? Jawaban singkatnya adalah ya, tetapi hanya karena ukuran magnet berarti ada secara proporsional lebih banyak domain yang dapat menyelaraskan dan menghasilkan medan magnet yang lebih kuat daripada bagian yang lebih kecil dari yang sama bahan. Namun, jika panjang magnet sangat panjang, ada kemungkinan besar medan magnet yang menyimpang akan membuat domain tidak sejajar dan mengurangi medan magnet bersih.

Faktor lain yang berkontribusi terhadap kekuatan magnet adalahsuhu. Pada tahun 1895, fisikawan Prancis Pierre Curie menetapkan bahwa bahan magnetik memiliki batas suhu di mana sifat magnetiknya dapat berubah. Secara khusus, domain tidak lagi sejajar, sehingga penjajaran domain minggu mengarah ke medan magnet bersih yang lemah.

Untuk besi, suhu Curie sekitar 1418 derajat Fahrenheit. Untuk magnetit, suhunya sekitar 1060 derajat Fahrenheit. Perhatikan bahwa suhu ini secara signifikan lebih rendah dari titik lelehnya. Dengan demikian, suhu magnet dapat mempengaruhi kekuatannya.

Kategori magnet yang berbeda adalahelektromagnet, yang pada dasarnya adalah magnet yang dapat dinyalakan dan dimatikan.

Elektromagnet yang paling umum digunakan dalam berbagai aplikasi industri adalah solenoida. Solenoida adalah serangkaian loop arus, yang menghasilkan medan seragam di tengah loop. Ini disebabkan oleh fakta bahwa setiap loop arus individu menciptakan medan magnet melingkar di sekitar kawat. Dengan menempatkan beberapa secara seri, superposisi medan magnet menciptakan medan yang lurus dan seragam melalui pusat loop.

Persamaan untuk besarnya medan magnet solenoida secara sederhana adalah:B =₀tidak ada, dimanaμ₀ adalah permeabilitas ruang bebas,tidakadalah jumlah loop arus per satuan panjang dansayaadalah arus yang mengalir melalui mereka. Arah medan magnet ditentukan oleh aturan tangan kanan dan arah aliran arus, dan karena itu dapat dibalik dengan membalik arah arus.

Sangat mudah untuk melihat bahwa kekuatan solenoida dapat disesuaikan dengan dua cara utama. Pertama, arus yang melalui solenoida dapat ditingkatkan. Meskipun sepertinya arus dapat dinaikkan secara sewenang-wenang, mungkin ada batasan pada catu daya atau hambatan rangkaian, yang dapat mengakibatkan kerusakan jika arus ditarik berlebih.

Oleh karena itu, cara yang lebih aman untuk meningkatkan kekuatan magnet solenoida adalah dengan meningkatkan jumlah loop arus. Medan magnet jelas meningkat secara proporsional. Satu-satunya batasan dalam hal ini mungkin jumlah kabel yang tersedia, atau batasan spasial jika solenoida terlalu panjang karena jumlah loop arus.

Ada banyak jenis elektromagnet selain solenoida, tetapi semuanya memiliki sifat umum yang sama: Kekuatannya sebanding dengan aliran arus.

Elektromagnet ada di mana-mana dan memiliki banyak kegunaan. Contoh umum dan sangat sederhana dari elektromagnet, khususnya solenoida, adalah speaker. Arus yang bervariasi melalui speaker menyebabkan kekuatan medan magnet solenoidal meningkat dan menurun.

Ketika ini terjadi, magnet lain, khususnya magnet permanen, ditempatkan di salah satu ujung solenoida dan melawan permukaan yang bergetar. Saat dua medan magnet menarik dan menolak karena perubahan medan solenoida, permukaan yang bergetar ditarik dan didorong sehingga menghasilkan suara.

Speaker berkualitas lebih baik menggunakan solenoida berkualitas tinggi, magnet permanen, dan permukaan bergetar untuk menghasilkan output suara berkualitas lebih tinggi.

Magnet ukuran terbesar di dunia adalah bumi itu sendiri! Seperti disebutkan, bumi memiliki medan magnet yang disebabkan oleh arus yang dibuat dengan inti bumi. Meskipun medan magnetnya tidak terlalu kuat dibandingkan dengan banyak magnet genggam kecil atau yang pernah digunakan dalam akselerator partikel, bumi sendiri merupakan salah satu magnet terbesar yang kita ketahui!

Bahan magnet lain yang menarik adalah magnetit. Magnetit adalah bijih besi yang tidak hanya sangat umum tetapi merupakan mineral dengan kandungan besi tertinggi. Kadang-kadang disebut lodestone, karena sifatnya yang unik karena memiliki medan magnet yang selalu sejajar dengan medan magnet bumi. Karena itu, kompas ini digunakan sebagai kompas magnetik sejak 300 SM.