Sebuah magnet mengandung jutaan partikel yang memiliki gaya magnet yang sangat kecil. Partikel-partikel ini, yang tersusun dalam urutan tertentu, menciptakan gaya searah yang dapat menarik atau menolak logam tertentu yang berada dalam jangkauan magnet atau medan magnet.
Hanya sedikit logam, seperti besi, yang mengandung partikel magnetik. Pada besi, partikel-partikel ini dapat dengan mudah tersusun dalam urutan yang benar, sehingga menciptakan magnet. Jika dipukul dengan palu, “struktur” partikel magnet akan terganggu, dan besi akan kehilangan gaya magnetnya, yaitu mengalami kerusakan magnet.
Partikel di dalam magnet besi
Partikel yang mengalami kerusakan magnetik
Kuku tertarik pada magnet
Bagaimana cara kerja magnet TPA?
Magnet kuat yang dapat dihidupkan dan dimatikan digunakan di tempat pembuangan sampah untuk membawa benda logam berat. Magnet ini, disebut elektromagnet, bekerja dengan arus listrik yang mengalir melalui kawat untuk menciptakan medan magnet. Fenomena ini disebut elektromagnetisme. Banyak mesin yang beroperasi di pabrik dan di rumah Anda beroperasi dengan prinsip yang sama.
Untuk membuat elektromagnet, cukup lilitkan kawat listrik pada balok logam yang mudah dimagnetisasi, seperti besi. Ketika arus listrik dilewatkan, magnet batang logam dan kawat yang melilitnya bergabung, menciptakan medan magnet yang kuat.
Jadi, ketika operator magnet TPA ingin mengambil sepotong logam dari tanah, dia menyalakan arusnya. Operator kemudian menggerakkan magnet raksasa yang ditangguhkan dan menggerakkan beban. Untuk menurunkan beban, operator mematikan arus, dan sepotong logam jatuh ke tanah.
Bagaimana cara kerja motor listrik?
Jika seutas kawat ditempatkan di dalam medan magnet dan melewatinya arus listrik, maka medan magnet yang mengelilingi kumparan akan menariknya sehingga menyebabkannya berputar. Gerakan rotasi kumparan kawat dapat disalurkan ke mesin, yaitu dapat dihidupkan. Alat seperti ini disebut motor listrik. Motor listrik digunakan di banyak perangkat, seperti kipas angin atau mixer listrik.
Apa yang menyebabkan beberapa logam tertarik pada magnet? Mengapa magnet tidak dapat menarik semua logam? Mengapa salah satu sisi magnet menarik dan sisi lainnya menolak logam? Dan apa yang membuat logam neodymium begitu kuat?
Untuk menjawab semua pertanyaan ini, pertama-tama Anda harus mendefinisikan magnet itu sendiri dan memahami prinsipnya. Magnet adalah benda yang mempunyai kemampuan untuk menarik benda besi dan baja serta menolak benda lain akibat aksi medan magnetnya. Garis-garis medan magnet lewat dari kutub selatan magnet dan keluar darinya Kutub Utara. Magnet permanen atau magnet keras secara konstan menciptakan medan magnetnya sendiri. Elektromagnet atau magnet lunak dapat menciptakan medan magnet hanya dengan adanya medan magnet dan hanya pada saat waktu singkat, ketika berada di zona aksi medan magnet tertentu. Elektromagnet menciptakan medan magnet hanya ketika listrik melewati kawat kumparan.
Sampai saat ini, semua magnet terbuat dari unsur atau paduan logam. Komposisi magnet menentukan kekuatannya. Misalnya:
Magnet keramik, serupa dengan yang digunakan dalam lemari es dan untuk melakukan eksperimen primitif, selain mengandung bahan komposit keramik, juga mengandung bijih besi. Kebanyakan magnet keramik, disebut juga magnet besi, tidak memilikinya kekuatan yang besar daya tarik.
"Magnet Alnico" terdiri dari paduan aluminium, nikel dan kobalt. Mereka lebih kuat daripada magnet keramik, tetapi jauh lebih lemah dibandingkan beberapa elemen langka.
Magnet neodymium tersusun dari besi, boron dan unsur neodymium yang jarang ditemukan di alam.
Magnet kobalt-samarium termasuk kobalt dan unsur samarium yang langka. Selama beberapa tahun terakhir, para ilmuwan juga telah menemukan polimer magnetik, atau disebut magnet plastik. Beberapa di antaranya sangat fleksibel dan plastik. Namun, beberapa hanya bekerja di bawah kondisi ekstrem suhu rendah, sementara yang lain hanya dapat mengangkat material yang sangat ringan, seperti serbuk logam. Namun untuk memiliki sifat magnet, masing-masing logam tersebut memerlukan gaya.
Membuat magnet
Banyak yang modern perangkat elektronik bekerja berdasarkan magnet. Penggunaan magnet untuk produksi perangkat dimulai relatif baru-baru ini, karena magnet yang ada di alam tidak memiliki kekuatan yang diperlukan untuk mengoperasikan peralatan, dan hanya ketika manusia berhasil membuatnya lebih kuat barulah magnet tersebut menjadi elemen yang sangat diperlukan dalam produksi. Ironstone, sejenis magnetit, dianggap sebagai magnet terkuat yang ditemukan di alam. Dia mampu menarik benda-benda kecil, seperti klip kertas dan staples.Di suatu tempat di abad ke-12, orang menemukan bahwa bijih besi dapat digunakan untuk membuat partikel besi menjadi magnet - begitulah cara orang menciptakan kompas. Mereka juga memperhatikan bahwa jika Anda terus-menerus menggerakkan magnet di sepanjang jarum besi, jarum tersebut menjadi termagnetisasi. Jarumnya sendiri ditarik ke arah utara-selatan. Belakangan, terkenal ilmuwan William Gilbert menjelaskan bahwa pergerakan jarum magnet ke arah utara-selatan terjadi karena planet bumi kita sangat mirip dengan magnet besar dengan dua kutub - kutub utara dan selatan. Jarum kompas tidak sekuat magnet permanen yang digunakan saat ini. Tetapi proses fisik, yang menarik jarum kompas dan potongan paduan neodymium, hampir sama. Ini semua tentang daerah mikroskopis yang disebut domain magnetik, yang merupakan bagian dari struktur bahan feromagnetik seperti besi, kobalt, dan nikel. Setiap domain adalah magnet kecil yang terpisah dengan kutub utara dan selatan. Pada bahan feromagnetik non-magnetik, masing-masing kutub utara menunjuk ke arah yang berbeda. Domain magnetik yang berlawanan arah saling meniadakan, sehingga material itu sendiri tidak menghasilkan medan magnet.
Sebaliknya, pada magnet, hampir semuanya, atau setidaknya paling domain magnet diarahkan ke satu arah. Alih-alih menghilangkan satu sama lain, medan magnet mikroskopis bergabung untuk menciptakan satu medan magnet besar. Semakin banyak domain yang menunjuk ke arah yang sama, semakin kuat medan magnetnya. Medan magnet setiap domain terbentang dari kutub utara hingga kutub selatan.
Ini menjelaskan mengapa, jika Anda memecah magnet menjadi dua, Anda mendapatkan dua magnet kecil dengan kutub utara dan selatan. Ini juga menjelaskan mengapa kutub yang berlawanan saling tarik menarik - saluran listrik keluar dari kutub utara salah satu magnet dan menembus ke dalamnya kutub selatan yang lain, menyebabkan logam menarik dan membentuk satu magnet yang lebih besar. Tolakan terjadi berdasarkan prinsip yang sama - garis gaya bergerak ke arah yang berlawanan, dan sebagai akibat dari tumbukan tersebut, magnet mulai saling tolak menolak.
Membuat Magnet
Untuk membuat magnet, Anda hanya perlu “mengarahkannya” domain magnetik logam dalam satu arah. Untuk melakukan ini, Anda perlu memagnetisasi logam itu sendiri. Mari kita pertimbangkan kembali kasus jarum: jika magnet terus-menerus digerakkan ke satu arah di sepanjang jarum, arah semua area (domain) sejajar. Namun, Anda dapat menyelaraskan domain magnetik dengan cara lain, misalnya:Tempatkan logam di medan magnet yang kuat dengan arah utara-selatan. -- Gerakkan magnet ke arah utara-selatan, terus-menerus memukulnya dengan palu, menyelaraskan domain magnetnya. -- Mengalirkan arus listrik melalui magnet.
Para ilmuwan berpendapat bahwa dua metode ini menjelaskan bagaimana magnet alami terbentuk di alam. Ilmuwan lain berpendapat bahwa bijih besi magnetis menjadi magnet hanya jika disambar petir. Yang lain lagi percaya bahwa bijih besi di alam berubah menjadi magnet pada saat bumi terbentuk dan bertahan hingga hari ini.
Metode pembuatan magnet yang paling umum saat ini adalah proses penempatan logam dalam medan magnet. Medan magnet berputar dari objek ini dan mulai menyelaraskan semua domainnya. Namun, pada titik ini mungkin ada kelambatan dalam salah satu proses terkait, yang disebut histeresis. Mungkin diperlukan waktu beberapa menit agar domain berubah arah ke satu arah. Inilah yang terjadi selama proses ini: Daerah magnet mulai berputar, berbaris di sepanjang garis medan magnet utara-selatan.
Wilayah yang sudah berorientasi utara-selatan menjadi lebih luas, sedangkan wilayah di sekitarnya menjadi lebih kecil. Dinding domain, batas antara domain tetangga, secara bertahap meluas, menyebabkan domain itu sendiri bertambah besar. Dalam medan magnet yang sangat kuat, beberapa dinding domain hilang sama sekali.
Ternyata kekuatan magnet bergantung pada besarnya gaya yang digunakan untuk mengubah arah domain. Kekuatan magnet bergantung pada seberapa sulitnya menyelaraskan domain tersebut. Bahan yang sulit dimagnetisasi akan mempertahankan kemagnetannya dalam jangka waktu yang lebih lama, sedangkan bahan yang mudah dimagnetisasi cenderung cepat mengalami kerusakan magnet.
Anda dapat mengurangi kekuatan magnet atau mendemagnetisasikannya sepenuhnya jika Anda mengarahkan medan magnet ke arah yang berlawanan. Anda juga dapat mendemagnetisasi suatu bahan jika Anda memanaskannya sampai titik Curie, yaitu. batas suhu keadaan feroelektrik di mana material mulai kehilangan kemagnetannya. Suhu tinggi mendemagnetisasi material dan merangsang partikel magnet, mengganggu keseimbangan domain magnet.
Mengangkut magnet
Magnet yang besar dan kuat digunakan di banyak bidang aktivitas manusia - mulai dari merekam data hingga mengalirkan arus melalui kabel. Namun kesulitan utama dalam menggunakannya dalam praktik adalah cara mengangkut magnet. Selama pengangkutan, magnet dapat merusak benda lain, atau benda lain dapat merusaknya, sehingga sulit atau praktis tidak mungkin digunakan. Selain itu, magnet terus-menerus menarik berbagai puing-puing feromagnetik, yang kemudian sangat sulit dan terkadang berbahaya untuk dihilangkan.Oleh karena itu, selama pengangkutan, magnet yang sangat besar ditempatkan dalam kotak khusus atau bahan feromagnetik diangkut secara sederhana, dari mana digunakan peralatan khusus membuat magnet. Intinya, peralatan tersebut adalah elektromagnet sederhana.
Mengapa magnet “menempel” satu sama lain?
Anda mungkin tahu dari pelajaran fisika bahwa ketika arus listrik melewati kawat, itu menciptakan medan magnet. Pada magnet permanen, medan magnet juga tercipta karena adanya pergerakan muatan listrik. Namun medan magnet pada magnet terbentuk bukan karena pergerakan arus melalui kabel, melainkan karena pergerakan elektron.
Banyak orang percaya bahwa elektron adalah partikel kecil yang mengorbit inti atom, seperti planet yang mengorbit matahari. Tapi bagaimana mereka menjelaskannya fisikawan kuantum, pergerakan elektron jauh lebih rumit dari ini. Pertama, elektron mengisi orbital atom yang berbentuk cangkang, tempat elektron berperilaku sebagai partikel dan gelombang. Elektron memiliki muatan dan massa serta dapat bergerak ke berbagai arah.
Meskipun elektron suatu atom tidak bergerak jarak jauh, gerakan seperti itu cukup untuk menciptakan medan magnet kecil. Dan karena pasangan elektron bergerak berlawanan arah, medan magnetnya saling menghilangkan. Sebaliknya, pada atom unsur feromagnetik, elektron tidak berpasangan dan bergerak dalam satu arah. Misalnya, besi memiliki sebanyak empat elektron tidak terikat yang bergerak dalam satu arah. Karena tidak mempunyai medan hambatan, elektron-elektron ini mempunyai orbital momen magnetik. Momen magnet merupakan suatu vektor yang mempunyai besar dan arah tersendiri.
Pada logam seperti besi, momen magnet orbital menyebabkan atom-atom di sekitarnya sejajar sepanjang garis gaya utara-selatan. Besi, seperti bahan feromagnetik lainnya, memiliki struktur kristal. Ketika mereka mendingin setelah proses pengecoran, kelompok atom dari orbit berputar paralel berbaris dalam struktur kristal. Ini adalah bagaimana domain magnetik terbentuk.
Anda mungkin telah memperhatikan bahwa bahan pembuat magnet yang baik juga mampu menarik magnet itu sendiri. Hal ini terjadi karena magnet menarik material dengan elektron tidak berpasangan yang berputar ke arah yang sama. Dengan kata lain, kualitas yang mengubah suatu logam menjadi magnet juga menarik logam tersebut ke magnet. Banyak unsur lain yang bersifat diamagnetik - tersusun dari atom-atom tidak berpasangan yang menciptakan medan magnet yang sedikit menolak magnet. Beberapa bahan tidak berinteraksi dengan magnet sama sekali.
Pengukuran medan magnet
Anda dapat mengukur medan magnet menggunakan instrumen khusus, seperti flux meter. Hal ini dapat dijelaskan dalam beberapa cara: -- Garis medan magnet diukur dalam webers (WB). DI DALAM sistem elektromagnetik aliran ini dibandingkan dengan arus.
Kekuatan medan, atau kerapatan fluks, diukur dalam Tesla (T) atau dalam satuan Gauss (G). Satu Tesla sama dengan 10.000 Gauss.
Kekuatan medan juga dapat diukur dalam weber per meter persegi. -- Besarnya medan magnet diukur dalam ampere per meter atau oersteds.
Mitos tentang magnet
Kami menemukan magnet sepanjang hari. Misalnya, di komputer: hard drive mencatat semua informasi menggunakan magnet, dan magnet juga digunakan di banyak monitor komputer. Magnet juga merupakan bagian integral dari televisi tabung sinar katoda, speaker, mikrofon, generator, trafo, motor listrik, kaset, kompas dan spedometer mobil. Magnet memiliki sifat yang luar biasa. Mereka dapat menginduksi arus pada kabel dan menyebabkan motor listrik berputar. Medan magnet yang cukup kuat dapat mengangkat benda kecil atau bahkan hewan kecil sekalipun. Kereta levitasi magnetik mengembangkan kecepatan tinggi hanya karena dorongan magnet. Menurut majalah Wired, beberapa orang bahkan memasukkan magnet neodymium kecil ke jari mereka untuk mendeteksi medan elektromagnetik.Perangkat tampilan resonansi magnetik, didukung oleh medan magnet, memungkinkan dokter untuk memeriksanya organ dalam pasien. Dokter juga menggunakan medan gelombang elektromagnetik untuk melihat apakah tulang yang patah dapat pulih dengan baik setelah terkena benturan. Medan elektromagnetik serupa digunakan oleh astronot yang untuk waktu yang lama berada dalam gravitasi nol untuk mencegah ketegangan otot dan patah tulang.
Magnet juga digunakan dalam praktik kedokteran hewan untuk merawat hewan. Misalnya, sapi sering menderita retikuloperikarditis traumatis, penyakit kompleks yang berkembang pada hewan tersebut, yang sering menelan benda logam kecil beserta makanannya yang dapat merusak dinding perut, paru-paru, atau jantung hewan tersebut. Oleh karena itu, seringkali sebelum memberi makan sapi, para peternak berpengalaman menggunakan magnet untuk membersihkan makanannya dari bagian-bagian kecil yang tidak dapat dimakan. Namun jika sapi tersebut sudah terlanjur menelan logam berbahaya, maka magnet tersebut diberikan bersama makanannya. Magnet alnico yang panjang dan tipis, juga disebut "magnet sapi", menarik semua logam dan mencegahnya merusak perut sapi. Magnet semacam itu sangat membantu menyembuhkan hewan yang sakit, namun tetap lebih baik memastikan tidak ada unsur berbahaya yang masuk ke dalam makanan sapi. Sedangkan bagi manusia, dikontraindikasikan untuk menelan magnet, karena begitu masuk ke bagian tubuh yang berbeda, magnet tersebut akan tetap tertarik, yang dapat menyebabkan terhambatnya aliran darah dan rusaknya jaringan lunak. Oleh karena itu, ketika seseorang menelan magnet, ia memerlukan pembedahan.
Beberapa orang percaya bahwa terapi magnet adalah masa depan pengobatan karena merupakan salah satu cara paling sederhana namun metode yang efektif pengobatan banyak penyakit. Banyak orang telah yakin akan pengaruh medan magnet dalam praktiknya. Gelang magnet, kalung, bantal, dan banyak produk serupa lainnya lebih baik daripada pil dalam mengobati berbagai macam penyakit - mulai dari radang sendi hingga kanker. Beberapa dokter juga percaya bahwa segelas air bermagnet sebagai tindakan pencegahan dapat menghilangkan munculnya sebagian besar penyakit yang tidak menyenangkan. Di Amerika, sekitar $500 juta dihabiskan setiap tahunnya untuk terapi magnet, dan orang-orang di seluruh dunia menghabiskan rata-rata $5 miliar untuk pengobatan tersebut.
Para pendukung terapi magnet memiliki interpretasi berbeda mengenai kegunaan metode pengobatan ini. Ada yang mengatakan bahwa magnet mampu menarik zat besi yang terkandung dalam hemoglobin dalam darah sehingga memperlancar peredaran darah. Yang lain mengklaim bahwa medan magnet mengubah struktur sel di sekitarnya. Namun sekaligus dilaksanakan riset ilmiah belum memastikan bahwa penggunaan magnet statis dapat menghilangkan rasa sakit atau menyembuhkan penyakit.
Beberapa pendukung juga menyarankan agar semua orang menggunakan magnet untuk memurnikan air di rumah mereka. Seperti yang dikatakan oleh produsennya sendiri, magnet besar dapat memurnikan air sadah dengan menghilangkan semua paduan feromagnetik yang berbahaya dari dalamnya. Namun, para ilmuwan mengatakan bahwa bukan feromagnet yang membuat air menjadi keras. Apalagi, dua tahun penggunaan magnet dalam praktiknya tidak menunjukkan adanya perubahan komposisi air.
Meskipun magnet tidak memiliki efek penyembuhan, magnet tetap layak untuk dipelajari. Siapa tahu mungkin kedepannya akan kami ungkapkan sifat-sifat yang bermanfaat magnet.
Sulit untuk menemukan bidang di mana magnet tidak digunakan. Mainan edukatif, aksesoris berguna dan kompleks peralatan industri- ini hanya sebagian kecil dari sejumlah besar pilihan untuk penggunaannya. Pada saat yang sama, hanya sedikit orang yang mengetahui cara kerja magnet dan apa rahasia gaya tariknya. Untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan ini, Anda perlu mendalami dasar-dasar fisika, tapi jangan khawatir - penyelamannya akan singkat dan dangkal. Namun setelah mengenal teorinya, Anda akan mempelajari apa itu magnet, dan sifat gaya magnetnya akan menjadi lebih jelas bagi Anda.
Elektron adalah magnet terkecil dan paling sederhana
Zat apa pun terdiri dari atom, dan atom, pada gilirannya, terdiri dari inti tempat partikel bermuatan positif dan negatif - proton dan elektron - berputar. Subyek yang menarik perhatian kami justru elektron. Pergerakan mereka menciptakan arus listrik pada konduktor. Selain itu, setiap elektron adalah sumber mini medan magnet dan, pada kenyataannya, magnet paling sederhana. Hanya saja pada komposisi sebagian besar material, arah pergerakan partikel tersebut kacau. Akibatnya, muatan mereka seimbang satu sama lain. Dan kapan arah putarannya jumlah besar elektron pada orbitnya bertepatan, maka timbul gaya magnet yang konstan.
Perangkat magnet
Jadi, kita telah memilah elektronnya. Dan sekarang kita hampir menjawab pertanyaan tentang bagaimana struktur magnet. Agar suatu material dapat menarik bongkahan besi, arah elektron dalam strukturnya harus bertepatan. Dalam hal ini, atom membentuk daerah terurut yang disebut domain. Setiap domain memiliki sepasang kutub: utara dan selatan. Garis pergerakan konstan melewati mereka kekuatan magnet. Mereka memasuki kutub selatan dan keluar dari kutub utara. Susunan ini berarti kutub utara akan selalu menarik kutub selatan magnet lain, sedangkan kutub sejenis akan tolak menolak.
Bagaimana magnet menarik logam
Gaya magnet tidak mempengaruhi semua zat. Hanya material tertentu yang dapat tertarik: besi, nikel, kobalt, dan logam tanah jarang. Sepotong besi bukanlah magnet alami, tetapi bila terkena medan magnet, strukturnya akan tersusun ulang menjadi domain dengan kutub utara dan selatan. Dengan demikian, baja dapat menjadi magnet dan mempertahankan strukturnya yang berubah untuk waktu yang lama.
Bagaimana magnet dibuat?
Kita sudah mengetahui apa itu magnet. Ini adalah materi yang orientasi domainnya bertepatan. Medan magnet atau arus listrik yang kuat dapat digunakan untuk memberikan sifat-sifat ini pada batuan. DI DALAM saat ini orang telah belajar membuat magnet yang sangat kuat, yang gaya tariknya puluhan kali lebih besar dari beratnya sendiri dan bertahan selama ratusan tahun. Ini tentang tentang supermagnet tanah jarang berdasarkan paduan neodymium. Produk tersebut dengan berat 2-3 kg dapat menampung benda dengan berat 300 kg atau lebih. Terdiri dari apa? magnet neodimium dan apa yang menyebabkan sifat luar biasa tersebut?
Baja sederhana tidak cocok untuk berhasil menghasilkan produk dengan daya tarik yang kuat. Hal ini memerlukan komposisi khusus yang memungkinkan domain diurutkan seefisien mungkin dan menjaga stabilitas. struktur baru. Untuk memahami apa yang dimaksud dengan magnet neodymium, bayangkan bubuk logam neodymium, besi dan boron, yang akan dimagnetisasi menggunakan instalasi industri bidang yang kuat dan disinter menjadi struktur yang kaku. Untuk melindungi bahan ini, bahan ini dilapisi dengan lapisan galvanis yang tahan lama. Teknologi produksi ini memungkinkan kami menghasilkan produk dengan berbagai ukuran dan bentuk. Di berbagai toko online World of Magnets Anda akan menemukan berbagai macam produk magnet untuk bekerja, hiburan, dan kehidupan sehari-hari.
Ketika magnet menarik benda logam ke dirinya sendiri, hal itu tampak seperti sihir, tetapi kenyataannya sifat "magis" magnet hanya dikaitkan dengan organisasi khusus dari struktur elektroniknya. Karena elektron yang mengorbit atom menciptakan medan magnet, semua atom adalah magnet kecil; namun, pada sebagian besar zat, efek magnetis atom yang tidak teratur saling meniadakan.
Situasinya berbeda pada magnet, yang medan magnet atomnya tersusun dalam wilayah teratur yang disebut domain. Masing-masing wilayah tersebut memiliki kutub utara dan selatan. Arah dan intensitas medan magnet dicirikan oleh apa yang disebut garis gaya (gambar menunjukkan hijau), yang keluar dari kutub utara magnet dan masuk ke selatan. Semakin padat garis gayanya, semakin besar konsentrasi magnetismenya. Kutub utara suatu magnet menarik kutub selatan magnet lainnya, sedangkan dua kutub sejenis saling tolak menolak. Magnet hanya menarik logam tertentu, terutama besi, nikel, dan kobalt, yang disebut feromagnet. Meskipun bahan feromagnetik bukanlah magnet alami, atom-atomnya mengatur ulang dirinya sendiri di hadapan magnet sedemikian rupa sehingga benda feromagnetik mengembangkan kutub magnet.
Rantai magnetik
Menyentuh ujung magnet ke klip kertas logam akan menciptakan kutub utara dan selatan untuk setiap klip kertas. Kutub-kutub ini berorientasi pada arah yang sama dengan magnet. Setiap klip kertas menjadi magnet.
Magnet kecil yang tak terhitung jumlahnya
Beberapa logam memiliki struktur kristal yang terdiri dari atom-atom yang dikelompokkan ke dalam domain magnetik. Kutub magnet domain biasanya memiliki arah berbeda (panah merah) dan tidak memiliki efek magnet bersih.
Pembentukan magnet permanen
- Biasanya, domain magnet besi berorientasi acak (panah merah muda), dan magnet alami logam tidak muncul.
- Jika Anda mendekatkan magnet (batang merah muda) ke besi, domain magnet besi mulai sejajar di sepanjang medan magnet (garis hijau).
- Sebagian besar domain magnet besi dengan cepat sejajar di sepanjang garis medan magnet. Akibatnya besi itu sendiri menjadi magnet permanen.
Apa yang menyebabkan beberapa logam tertarik pada magnet? Mengapa magnet tidak dapat menarik semua logam? Mengapa salah satu sisi magnet menarik dan sisi lainnya menolak logam? Dan apa yang membuat logam neodymium begitu kuat?
Untuk menjawab semua pertanyaan ini, pertama-tama Anda harus mendefinisikan magnet itu sendiri dan memahami prinsipnya. Magnet adalah benda yang mempunyai kemampuan untuk menarik benda besi dan baja serta menolak benda lain akibat aksi medan magnetnya. Garis-garis medan magnet keluar dari kutub selatan magnet dan keluar dari kutub utara. Magnet permanen atau magnet keras secara konstan menciptakan medan magnetnya sendiri. Elektromagnet atau magnet lunak dapat menimbulkan medan magnet hanya dengan adanya medan magnet dan hanya dalam waktu singkat ketika berada dalam zona aksi medan magnet tertentu. Elektromagnet menciptakan medan magnet hanya ketika listrik melewati kawat kumparan.
Sampai saat ini, semua magnet terbuat dari unsur atau paduan logam. Komposisi magnet menentukan kekuatannya. Misalnya:
Magnet keramik, seperti yang digunakan dalam lemari es dan untuk melakukan eksperimen primitif, mengandung bijih besi selain material komposit keramik. Kebanyakan magnet keramik, juga disebut magnet besi, tidak memiliki gaya tarik menarik yang besar.
"Magnet Alnico" terdiri dari paduan aluminium, nikel dan kobalt. Mereka lebih kuat daripada magnet keramik, tetapi jauh lebih lemah dibandingkan beberapa elemen langka.
Magnet neodymium tersusun dari besi, boron dan unsur neodymium yang jarang ditemukan di alam.
Magnet kobalt-samarium termasuk kobalt dan unsur samarium yang langka. Selama beberapa tahun terakhir, para ilmuwan juga telah menemukan polimer magnetik, atau disebut magnet plastik. Beberapa di antaranya sangat fleksibel dan plastik. Namun, beberapa hanya bekerja pada suhu yang sangat rendah, sementara yang lain hanya dapat mengangkat material yang sangat ringan, seperti serbuk logam. Namun untuk memiliki sifat magnet, masing-masing logam tersebut memerlukan gaya.
Membuat magnet
Banyak perangkat elektronik modern berbahan dasar magnet. Penggunaan magnet untuk produksi perangkat dimulai relatif baru-baru ini, karena magnet yang ada di alam tidak memiliki kekuatan yang diperlukan untuk mengoperasikan peralatan, dan hanya ketika manusia berhasil membuatnya lebih kuat barulah magnet tersebut menjadi elemen yang sangat diperlukan dalam produksi. Ironstone, sejenis magnetit, dianggap sebagai magnet terkuat yang ditemukan di alam. Ia mampu menarik benda-benda kecil ke dirinya sendiri, seperti klip kertas dan staples.Di suatu tempat di abad ke-12, orang menemukan bahwa bijih besi dapat digunakan untuk membuat partikel besi menjadi magnet - begitulah cara orang menciptakan kompas. Mereka juga memperhatikan bahwa jika Anda terus-menerus menggerakkan magnet di sepanjang jarum besi, jarum tersebut menjadi termagnetisasi. Jarumnya sendiri ditarik ke arah utara-selatan. Belakangan, ilmuwan terkenal William Gilbert menjelaskan bahwa pergerakan jarum magnet ke arah utara-selatan terjadi karena planet Bumi kita sangat mirip dengan magnet besar dengan dua kutub - kutub utara dan selatan. Jarum kompas tidak sekuat magnet permanen yang digunakan saat ini. Namun proses fisik magnetisasi jarum kompas dan potongan paduan neodymium hampir sama. Ini semua tentang daerah mikroskopis yang disebut domain magnetik, yang merupakan bagian dari struktur bahan feromagnetik seperti besi, kobalt, dan nikel. Setiap domain adalah magnet kecil yang terpisah dengan kutub utara dan selatan. Pada bahan feromagnetik non-magnetik, masing-masing kutub utara menunjuk ke arah yang berbeda. Domain magnetik yang berlawanan arah saling meniadakan, sehingga material itu sendiri tidak menghasilkan medan magnet.
Sebaliknya, pada magnet, hampir semua, atau setidaknya sebagian besar, domain magnet mengarah ke satu arah. Alih-alih menghilangkan satu sama lain, medan magnet mikroskopis bergabung untuk menciptakan satu medan magnet besar. Semakin banyak domain yang menunjuk ke arah yang sama, semakin kuat medan magnetnya. Medan magnet setiap domain terbentang dari kutub utara hingga kutub selatan.
Ini menjelaskan mengapa, jika Anda memecah magnet menjadi dua, Anda mendapatkan dua magnet kecil dengan kutub utara dan selatan. Hal ini juga menjelaskan mengapa kutub-kutub yang berlawanan saling tarik-menarik - garis-garis gaya keluar dari kutub utara salah satu magnet dan masuk ke kutub selatan magnet lainnya, menyebabkan logam-logam saling tarik-menarik dan menciptakan satu magnet yang lebih besar. Tolakan terjadi berdasarkan prinsip yang sama - garis gaya bergerak ke arah yang berlawanan, dan sebagai akibat dari tumbukan tersebut, magnet mulai saling tolak menolak.
Membuat Magnet
Untuk membuat magnet, Anda hanya perlu “mengarahkan” domain magnet logam ke satu arah. Untuk melakukan ini, Anda perlu memagnetisasi logam itu sendiri. Mari kita pertimbangkan kembali kasus jarum: jika magnet terus-menerus digerakkan ke satu arah di sepanjang jarum, arah semua area (domain) sejajar. Namun, Anda dapat menyelaraskan domain magnetik dengan cara lain, misalnya:Tempatkan logam di medan magnet yang kuat dengan arah utara-selatan. -- Gerakkan magnet ke arah utara-selatan, terus-menerus memukulnya dengan palu, menyelaraskan domain magnetnya. -- Mengalirkan arus listrik melalui magnet.
Para ilmuwan berpendapat bahwa dua metode ini menjelaskan bagaimana magnet alami terbentuk di alam. Ilmuwan lain berpendapat bahwa bijih besi magnetis menjadi magnet hanya jika disambar petir. Yang lain lagi percaya bahwa bijih besi di alam berubah menjadi magnet pada saat bumi terbentuk dan bertahan hingga hari ini.
Metode pembuatan magnet yang paling umum saat ini adalah proses penempatan logam dalam medan magnet. Medan magnet berputar di sekitar objek tertentu dan mulai menyelaraskan semua domainnya. Namun, pada titik ini mungkin ada kelambatan dalam salah satu proses terkait, yang disebut histeresis. Mungkin diperlukan waktu beberapa menit agar domain berubah arah ke satu arah. Inilah yang terjadi selama proses ini: Daerah magnet mulai berputar, berbaris di sepanjang garis medan magnet utara-selatan.
Wilayah yang sudah berorientasi utara-selatan menjadi lebih luas, sedangkan wilayah di sekitarnya menjadi lebih kecil. Dinding domain, batas antara domain tetangga, secara bertahap meluas, menyebabkan domain itu sendiri bertambah besar. Dalam medan magnet yang sangat kuat, beberapa dinding domain hilang sama sekali.
Ternyata kekuatan magnet bergantung pada besarnya gaya yang digunakan untuk mengubah arah domain. Kekuatan magnet bergantung pada seberapa sulitnya menyelaraskan domain tersebut. Bahan yang sulit dimagnetisasi akan mempertahankan kemagnetannya dalam jangka waktu yang lebih lama, sedangkan bahan yang mudah dimagnetisasi cenderung cepat mengalami kerusakan magnet.
Anda dapat mengurangi kekuatan magnet atau mendemagnetisasikannya sepenuhnya jika Anda mengarahkan medan magnet ke arah yang berlawanan. Anda juga dapat mendemagnetisasi suatu bahan jika Anda memanaskannya sampai titik Curie, yaitu. batas suhu keadaan feroelektrik di mana material mulai kehilangan kemagnetannya. Suhu tinggi mendemagnetisasi material dan merangsang partikel magnet, mengganggu keseimbangan domain magnet.
Mengangkut magnet
Magnet yang besar dan kuat digunakan di banyak bidang aktivitas manusia - mulai dari merekam data hingga mengalirkan arus melalui kabel. Namun kesulitan utama dalam menggunakannya dalam praktik adalah cara mengangkut magnet. Selama pengangkutan, magnet dapat merusak benda lain, atau benda lain dapat merusaknya, sehingga sulit atau praktis tidak mungkin digunakan. Selain itu, magnet terus-menerus menarik berbagai puing-puing feromagnetik, yang kemudian sangat sulit dan terkadang berbahaya untuk dihilangkan.Oleh karena itu, selama pengangkutan, magnet yang sangat besar ditempatkan dalam kotak khusus atau bahan feromagnetik diangkut secara sederhana, dari mana magnet dibuat dengan menggunakan peralatan khusus. Intinya, peralatan tersebut adalah elektromagnet sederhana.
Mengapa magnet “menempel” satu sama lain?
Anda mungkin tahu dari pelajaran fisika bahwa ketika arus listrik melewati kawat, itu menciptakan medan magnet. Pada magnet permanen, medan magnet juga diciptakan oleh pergerakan muatan listrik. Namun medan magnet pada magnet terbentuk bukan karena pergerakan arus melalui kabel, melainkan karena pergerakan elektron.
Banyak orang percaya bahwa elektron adalah partikel kecil yang mengorbit inti atom, seperti planet yang mengorbit matahari. Namun seperti yang dijelaskan oleh fisikawan kuantum, pergerakan elektron jauh lebih kompleks dari ini. Pertama, elektron mengisi orbital atom yang berbentuk cangkang, tempat elektron berperilaku sebagai partikel dan gelombang. Elektron memiliki muatan dan massa serta dapat bergerak ke berbagai arah.
Meskipun elektron suatu atom tidak bergerak dalam jarak yang jauh, gerakan tersebut cukup untuk menciptakan medan magnet yang sangat kecil. Dan karena pasangan elektron bergerak berlawanan arah, medan magnetnya saling menghilangkan. Sebaliknya, pada atom unsur feromagnetik, elektron tidak berpasangan dan bergerak dalam satu arah. Misalnya, besi memiliki sebanyak empat elektron tidak terikat yang bergerak dalam satu arah. Karena tidak mempunyai medan penahan, elektron-elektron ini mempunyai momen magnet orbital. Momen magnet merupakan suatu vektor yang mempunyai besar dan arah tersendiri.
Pada logam seperti besi, momen magnet orbital menyebabkan atom-atom di sekitarnya sejajar sepanjang garis gaya utara-selatan. Besi, seperti bahan feromagnetik lainnya, memiliki struktur kristal. Ketika mereka mendingin setelah proses pengecoran, kelompok atom dari orbit berputar paralel berbaris dalam struktur kristal. Ini adalah bagaimana domain magnetik terbentuk.
Anda mungkin telah memperhatikan bahwa bahan pembuat magnet yang baik juga mampu menarik magnet itu sendiri. Hal ini terjadi karena magnet menarik material dengan elektron tidak berpasangan yang berputar ke arah yang sama. Dengan kata lain, kualitas yang mengubah suatu logam menjadi magnet juga menarik logam tersebut ke magnet. Banyak unsur lain yang bersifat diamagnetik - tersusun dari atom-atom tidak berpasangan yang menciptakan medan magnet yang sedikit menolak magnet. Beberapa bahan tidak berinteraksi dengan magnet sama sekali.
Pengukuran medan magnet
Anda dapat mengukur medan magnet menggunakan instrumen khusus, seperti flux meter. Hal ini dapat dijelaskan dalam beberapa cara: -- Garis medan magnet diukur dalam webers (WB). Dalam sistem elektromagnetik, fluks ini dibandingkan dengan arus.
Kekuatan medan, atau kerapatan fluks, diukur dalam Tesla (T) atau dalam satuan Gauss (G). Satu Tesla sama dengan 10.000 Gauss.
Kekuatan medan juga dapat diukur dalam weber per meter persegi. -- Besarnya medan magnet diukur dalam ampere per meter atau oersteds.
Mitos tentang magnet
Kami menemukan magnet sepanjang hari. Misalnya, di komputer: hard drive mencatat semua informasi menggunakan magnet, dan magnet juga digunakan di banyak monitor komputer. Magnet juga merupakan bagian integral dari televisi tabung sinar katoda, speaker, mikrofon, generator, trafo, motor listrik, kaset, kompas dan spedometer mobil. Magnet memiliki sifat yang luar biasa. Mereka dapat menginduksi arus pada kabel dan menyebabkan motor listrik berputar. Medan magnet yang cukup kuat dapat mengangkat benda kecil atau bahkan hewan kecil sekalipun. Kereta levitasi magnetik mengembangkan kecepatan tinggi hanya karena dorongan magnet. Menurut majalah Wired, beberapa orang bahkan memasukkan magnet neodymium kecil ke jari mereka untuk mendeteksi medan elektromagnetik.Perangkat pencitraan resonansi magnetik, yang beroperasi menggunakan medan magnet, memungkinkan dokter memeriksa organ dalam pasien. Dokter juga menggunakan medan gelombang elektromagnetik untuk melihat apakah tulang yang patah dapat pulih dengan baik setelah terkena benturan. Medan elektromagnetik serupa digunakan oleh astronot yang berada dalam gravitasi nol dalam waktu lama untuk mencegah ketegangan otot dan patah tulang.
Magnet juga digunakan dalam praktik kedokteran hewan untuk merawat hewan. Misalnya, sapi sering menderita retikuloperikarditis traumatis, penyakit kompleks yang berkembang pada hewan tersebut, yang sering menelan benda logam kecil beserta makanannya yang dapat merusak dinding perut, paru-paru, atau jantung hewan tersebut. Oleh karena itu, seringkali sebelum memberi makan sapi, para peternak berpengalaman menggunakan magnet untuk membersihkan makanannya dari bagian-bagian kecil yang tidak dapat dimakan. Namun jika sapi tersebut sudah terlanjur menelan logam berbahaya, maka magnet tersebut diberikan bersama makanannya. Magnet alnico yang panjang dan tipis, juga disebut "magnet sapi", menarik semua logam dan mencegahnya merusak perut sapi. Magnet semacam itu sangat membantu menyembuhkan hewan yang sakit, namun tetap lebih baik memastikan tidak ada unsur berbahaya yang masuk ke dalam makanan sapi. Sedangkan bagi manusia, dikontraindikasikan untuk menelan magnet, karena begitu masuk ke bagian tubuh yang berbeda, magnet tersebut akan tetap tertarik, yang dapat menyebabkan terhambatnya aliran darah dan rusaknya jaringan lunak. Oleh karena itu, ketika seseorang menelan magnet, ia memerlukan pembedahan.
Beberapa orang percaya bahwa terapi magnet adalah masa depan pengobatan karena merupakan salah satu pengobatan paling sederhana namun efektif untuk banyak penyakit. Banyak orang telah yakin akan pengaruh medan magnet dalam praktiknya. Gelang magnet, kalung, bantal, dan banyak produk serupa lainnya lebih baik daripada pil dalam mengobati berbagai macam penyakit - mulai dari radang sendi hingga kanker. Beberapa dokter juga percaya bahwa segelas air bermagnet sebagai tindakan pencegahan dapat menghilangkan munculnya sebagian besar penyakit yang tidak menyenangkan. Di Amerika, sekitar $500 juta dihabiskan setiap tahunnya untuk terapi magnet, dan orang-orang di seluruh dunia menghabiskan rata-rata $5 miliar untuk pengobatan tersebut.
Para pendukung terapi magnet memiliki interpretasi berbeda mengenai kegunaan metode pengobatan ini. Ada yang mengatakan bahwa magnet mampu menarik zat besi yang terkandung dalam hemoglobin dalam darah sehingga memperlancar peredaran darah. Yang lain mengklaim bahwa medan magnet mengubah struktur sel di sekitarnya. Namun pada saat yang sama, penelitian ilmiah belum memastikan bahwa penggunaan magnet statis dapat menghilangkan rasa sakit atau menyembuhkan penyakit.
Beberapa pendukung juga menyarankan agar semua orang menggunakan magnet untuk memurnikan air di rumah mereka. Seperti yang dikatakan oleh produsennya sendiri, magnet besar dapat memurnikan air sadah dengan menghilangkan semua paduan feromagnetik yang berbahaya dari dalamnya. Namun, para ilmuwan mengatakan bahwa bukan feromagnet yang membuat air menjadi keras. Apalagi, dua tahun penggunaan magnet dalam praktiknya tidak menunjukkan adanya perubahan komposisi air.
Meskipun magnet tidak memiliki efek penyembuhan, magnet tetap layak untuk dipelajari. Siapa tahu di kemudian hari kita akan menemukan khasiat magnet yang bermanfaat.
