Di dalam kehidupan sehari-hari kata “magnet” sudah sering kita dengar. Namun sering juga berpikir bahwa jika mendengar kata magnet selalu berkonotasi menarik benda. Kita bisa mengambil suatu barang hanya dengan sebuah magnet, misalkan pada peralatan perbengkelan biasanya dilengkapi dengan sifat magnet sehingga memudahkan untuk mengambil benda yang jatuh di tempat yang sulit dijangkau oleh tangan secara langsung. Bahkan banyak peralatan yang sering kita gunakan, antara lain bel listrik, telepon, dinamo, alat-alat ukur listrik, kompas yang semuanya menggunakan magnet. Asal kata magnet diduga dari kata magnesia yaitu nama suatu daerah di Asia kecil. Menurut cerita di daerah itu + 4.000 tahun yang lalu telah ditemukan sejenis batu yang memiliki sifat dapat menarik besi atau baja atau campuran logam lainnya. Benda yang dapat menarik besi atau baja inilah yang disebut magnet.
A. PENGERTIAN MAGNET
Magnet atau magnit adalah suatu obyek yang mempunyai suatu medan magnet. Kata magnet (magnit) berasal dari bahasa Yunani magnítis líthos yang berarti batu Magnesian. Magnesia adalah nama sebuah wilayah di Yunani pada masa lalu yang kini bernama Manisa (sekarang berada di wilayah Turki) di mana terkandung batu magnet yang ditemukan sejak zaman dulu di wilayah tersebut. Pada saat ini, suatu magnet adalah suatu materi yang mempunyai suatu medan magnet. Materi tersebut bisa dalam berwujud magnet tetap atau magnet tidak tetap. Magnet yang sekarang ini ada hampir semuanya adalah magnet buatan.
Magnet selalu memiliki dua kutub yaitu: kutub utara (north/ N) dan kutub selatan (south/ S). Walaupun magnet itu dipotong-potong, potongan magnet kecil tersebut akan tetap memiliki dua kutub. Magnet dapat menarik benda lain. Beberapa benda bahkan tertarik lebih kuat dari yang lain, yaitu bahan logam. Namun tidak semua logam mempunyai daya tarik yang sama terhadap magnet. Besi dan baja adalah dua contoh materi yang mempunyai daya tarik yang tinggi oleh magnet. Sedangkan oksigen cair adalah contoh materi yang mempunyai daya tarik yang rendah oleh magnet.
A. SIFAT-SIFAT MAGNET
1. Kutub-kutub Magnet
Semua magnet memperlihatkan ciri-ciri tertentu. Magnet memiliki dua tempat yang gaya magnetnya paling kuat. Daerah ini disebut kutub magnet. Ada 2 kutub magnet, yaitu kutub utara (U) dan kutub selatan (S). Seringkali kita menjumpai magnet yang bertuliskan N dan S. N merupakan kutub utara magnet itu (singkatan dari north yang berarti utara) sedangkan S kutub selatannya (singkatan dari south yang berarti selatan).
Magnet dapat berada dalam berbagai bentuk dan ukuran. Bentuk yang paling sederhana berupa batang lurus. Bentuk lain yang sering kita jumpai misalnya bentuk tapal kuda (ladam) dan jarum. Pada bentuk-bentuk ini, kutub magnetnya berada pada ujung-ujung magnet itu. Gambar C1 memperlihatkan berbagai bentuk magnet yang sering kita jumpai.
Gambar 1. Berbagai bentuk magnet.
Jika dua buah magnet saling didekatkan, magnet pertama akan mengerjakan gaya pada magnet kedua, dan magnet kedua mengerjakan gaya kepada magnet pertama. Gaya magnet, seperti halnya gaya listrik, berupa tarikan dan tolakan. Jika dua kutub utara didekatkan, maka keduanya tolak-menolak. Dua kutub selatan juga saling menolak. Namun, jika kutub selatan didekatkan pada kutub utara, maka kedua kutub ini akan tarik-menarik. Sehingga kita dapat membuat aturan untuk kutub magnet: kutub senama tolak-menolak, dan kutub tak senama tarik-menarik.
Gambar 2 Kutub magnet yang berbeda saling menarik
Gambar 3. Kutub magnet yang sejenis saling menolak
Kutub-kutub magnet selalu berpasangan yaitu kutub utara dan kutub selatan. Selama bertahun-tahun para ilmuwan mencoba mendapatkan satu kutub saja yang ada pada sebuah magnet. Jika sebuah magnet dipotong menjadi dua, ternyata hasilnya berupa dua magnet yang lebih kecil dan masing-masing tetap memiliki kutub utara dan selatan. Seperti halnya Gambar C3.
Gambar 4. Magnet yang dipotong-potong
2. Medan Magnet
Walaupun gaya-gaya magnet yang terkuat terletak pada kutub-kutub magnet, gaya-gaya magnet tidak hanya berada pada kutub-kutubnya saja. Gaya-gaya magnet juga timbul di sekitar magnet. Daerah di sekitar magnet yang terdapat gaya-gaya magnet disebut medan magnet. Garis gaya magnet dapat digambarkan dengan cara menaburkan serbuk besi pada kertas yang diletakkan di atas magnet. Jika pada suatu tempat garis gaya magnetnya rapat, berarti gaya magnetnya kuat. Sebaliknya jika garis gaya magnetnya renggang, berarti gaya magnetnya lemah.
Gambar 5. Diagram garis gaya magnet dapat dibuat sesuai pola serbuk besi yang terjadi.
Gambar 6. Garis medan magnet Utara-Selatan.
Seperti halnya garis gaya listrik yang menggambarkan medan listrik, garis gaya magnet dapat menggambarkan medan magnet. Namun tidak seperti garis gaya listrik yang dapat berawal dan berakhir pada satu muatan listrik, garis gaya magnet tidak ada awal dan akhirnya. Garis gaya magnet membentuk lintasan tertutup dari kutub utara ke kutub selatan. Jadi, medan magnet adalah daerah di sekitar magnet yang masih bekerja gaya magnet, digambarkan oleh garis gaya magnet yang menyebar dari kutub-kutub magnet. (Sudibyo, Elok, dkk. 2008: 204-206)
3. Bahan Magnetik dan Bahan Nonmagnetik
Benda dapat digolongkan berdasarkan sifatnya. Kemampuan suatu benda menarik benda lain yang berada di dekatnya disebut kemagnetan. Berdasarkan kemampuan benda menarik benda lain dibedakan menjadi dua, yaitu benda magnet dan benda bukan magnet. Namun, tidak semua benda yang berada di dekat magnet dapat ditarik. Oleh karena itu sifat kemagnetan benda dapat digolongkan menjadi:
a. Bahan magnetik (feromagnetik), yaitu bahan yang dapat ditarik magnet dengan kuat. Contoh: besi, baja, besi silikon, nikel, kobalt.
b. Bahan non magnetik
1) Paramagnetik, yaitu bahan yang ditarik lemah oleh magnet.
Contoh: alumunium, magnesium, wolfram, platina dan kayu
2) Diamagnetik, yaitu bahan yang ditolak oleh magnet.
Contoh: Bismuth, tembaga, emas, perak, seng, garam dapur.
Benda-benda magnetik yang bukan magnet dapat dijadikan magnet. Benda itu ada yang mudah dan ada yang sulit dijadikan magnet. Baja sulit untuk dibuat magnet, tetapi setelah menjadi magnet sifat kemagnetannya tidak mudah hilang. Oleh karena itu, baja digunakan untuk membuat magnet tetap (magnet permanen). Besi mudah untuk dibuat magnet, tetapi jika setelah menjadi magnet sifat kemagnetannya mudah hilang. Oleh karena itu, besi digunakan untuk membuat magnet sementara.
Berdasarkan jenis bahan yang digunakan, magnet dapat dibedakan menjadi empat tipe:
a. Magnet Permanen Campuran
Sifat magnet tipe ini adalah keras dan memiliki gaya tarik sangat kuat. Magnet permanen campuran dibagi menjadi:
a. Magnet alcomax, dibuat dari campuran besi dengan almunium
b. Magnet alnico, dibuat dari campuran besi dengan nikel
c. Magnet ticonal, dibuat dari campuran besi dengan kobalt
b. Magnet Permanen Keramik
Tipe magnet ini disebut juga dengan magnadur, terbuat dari serbuk ferit dan bersifat keras serta memiliki gaya tarik kuat.
c. Magnet Besi Lunak
Tipe magnet besi lunak disebut juga stalloy, terbuat dari 96% besi dan 4% silicon. Sifat kemagnetannya tidak keras dan sementara.
d. Magnet Pelindung
Tipe magnet ini disebut juga mumetal, terbuat dari 74% nikel, 20% besi, 5% tembaga, dan 1% mangan. Magnet ini tidak keras dan bersifat sementara.
Berdasarkan penggolongan magnet buatan diatas serta kemampuan bahan menyimpan sifat magnetnya, kita dapat menggolongkan bahan-bahan magnetic ke dalam magnet keras dan magnet lunak. Sebagai contoh bahan-bahan magnet keras ialah baja dan alcomax. Bahan ini sangat sulit untuk dijadikan magnet. Namun demikian, setelah bahan tersebut menjadi magnet, bahan-bahan magnet keras ini akan dapat menyimpan sifat magnetiknya relative sangat lama. Karena pertimbangan atau alas an itulah bahan-bahan magnet keras ini lebih banyak dipakai untuk membuat magnet tetap (permanen). Contoh pemakaiannya adalah pita kaset dan kompas. Bahan-bahan magnet lunak, misalnya besi dan mumetal, jauh lebih mudah untuk dijadikan magnet. Namun demikian, sifat kemagnetannya bersifat sementara atau mudah hilang. Itulah sebabnya, bahan-bahan magnet lunak ini banyak dipakai untuk membuat electromagnet (magnet listrik). (Budi Prasodjo, 2007: 242-243)
B. CARA MEMBUAT MAGNET
Pada dasarnya memagnetkan suatu bahan (besi, baja, nikel, kobalt, atau campuran) adalah mengatur posisi kutub magnet elementernya, misalnya batang besi digosok dengan magnet yang kuat. Posisi magnet elementer semula tidak teratur, saat digosok magnet yang kuat, magnet elementer akan berputar dan kutub-kutub magnet elementer yang senama akan menghadap kesatu arah. Akibatnya, batang besi atau baja tersebut akan menjadi magnet.
Beberapa cara membuat magnet antara lain:
1. Membuat Magnet dengan Cara Menggosok
Gambar 7. Ujung terakhir gosokan menjadi kutub selatan
Besi yang semula tidak bersifat magnet, dapat dijadikan magnet. Caranya besi digosok dengan salah satu ujung magnet tetap. Arah gosokan dibuat searah agar magnet elementer yang terdapat pada besi letaknya menjadi teratur dan mengarah ke satu arah.
Gambar 8. cara membuat magnet dengan induksi
Besi dan baja dapat dijadikan magnet dengan cara induksi magnet. Besi dan baja diletakkan di dekat magnet tetap. Magnet elementer yang terdapat pada besi dan baja akan terpengaruh atau terinduksi magnet tetap yang menyebabkan letaknya teratur dan mengarah ke satu arah. Besi atau baja akan menjadi magnet sehingga dapat menarik serbuk besi yang berada di dekatnya.
Ujung besi yang berdekatan dengan kutub magnet batang, akan terbentuk kutub yang selalu berlawanan dengan kutub magnet penginduksi. Apabila kutub utara magnet batang berdekatan dengan ujung A besi, maka ujung A besi menjadi kutub selatan dan ujung B besi menjadi kutub utara atau sebaliknya.
Gambar 9 Membuat magnet dengan arus listrik
Selain dengan cara induksi, besi dan baja dapat dijadikan magnet dengan arus listrik. Besi dan baja dililiti kawat yang dihu- bungkan dengan baterai. Magnet elementer yang terdapat pada besi dan baja akan terpengaruh aliran arus searah (DC) yang dihasilkan baterai. Hal ini menyebabkan magnet elementer letaknya teratur dan mengarah ke satu arah. Besi atau baja akan menjadi magnet dan dapat menarik serbuk besi yang berada di dekatnya. Magnet yang demikian disebut magnet listrik atau elektromagnet.
Besi yang berujung A dan B dililiti kawat berarus listrik. Kutub magnet yang terbentuk bergantung pada arah arus ujung kumparan. Jika arah arus berlawanan jarum jam maka ujung besi tersebut menjadi kutub utara. Sebaliknya, jika arah arus searah putaran jarum jam maka ujung besi tersebut terbentuk kutub selatan. Dengan demikian, ujung A kutub utara dan B kutub selatan atau sebaliknya.
C. CARA MENGHILANGKAN SIFAT KEMAGNETAN
1. Magnet dipanasakan hingga berpijar atau dibakar
Pemanasan pada magnet menyebabkan sifat kemagnetannya berkurang atau bahkan hilang. Hal ini terjadi karena tambahan energi akibat pemanasan menyebabkan partikel-partikel bahan bergerak lebih cepat dan lebih acak, maka sebagian magnet elementernya tidak lagi menunjuk arah yang sama seperti semula. Bahkan setiap benda di atas suhu tertentu sama sekali tidak dapat dibuat menjadi magnet.
2. Magnet dipukul atau ditempa hingga bentuknya berubah atau rusak
Magnet yang mengalami pemukulan akan menyebabkan perubahan susunan magnet elementernya. Akibat pemanasan dan pemukulan magnet elementer menjadi tidak teratur dan tidak searah. Magnet-magnet elementer yang tadinya segaris (searah) menjadi berarah sembarangan, sehingga benda kehilangan sifat magnetiknya.
3. Magnet diletakkan pada solenoida(kumparan kawat berbentuk tabung panjang dengan lilitan yang sangat rapat) dan dialiri arus listrik bolak-balik (AC).
Penggunaan arus AC menyebabkan arah arus listrik yang selalu berubah-ubah. Perubahan arah arus listrik memengaruhi letak dan arah magnet elementer. Apabila letak dan arah magnet elementer berubah, sifat kemagnetannya hilang.
Besi mudah kehilangan sifat kemagnetnnya, sedangkan baja sukar kehilangan kemagnetannya. Hal itu disebabkan magnet-magnet elementer dalam besi lebih mudah berputar dibandingkan dengan magnet elementer dalam baja. Baja lebih sukar dijadikan magnet. Kemagnetannya bersifat tetap. Kemagnetan besi bersifat sementara karena susunan magnet-magnetelementernya mudah menjadi ajak.
Contoh kasus hilangnya sifat kemagnetan yaitu pita kaset dibuat dari bahan magnet keras sehingga merupakan magnet permanen. Walaupun demikian selalu dianjurkan bagi pengendara mobil untuk mengeluarkan kaset dari tape mobil dan menyimpannya di tempat yang terlindung dari sengatan matahari. Intruksi ini adalah untuk menghhindari pita kaset kehilangan sifat-sifat magnetiknya karena sengatan matahari. Jika pita kaset kehilangan sifat magnetiknya, kaset tersebut akan rusak dan tidak dapat lagi menghasilkan musik yang merdu di telinga
Setelah kita dapat membuat magnet tentu saja ingin menyimpannya. Agar sifat kemagnetan sebuah magnet dapat tahan lama, maka dalam menyimpan magnet diperlukan angker (sepotong besi) yang dipasang pada kutub magnet. Pemasangan angker bertu- juan untuk mengarahkan magnet elementer hingga membentuk rantai tertutup. Untuk menyimpan dua buah magnet batang diperlukan dua angker yang dihubungkan dengan dua kutub magnet yang berlawanan. Jika berupa magnet U untuk menyimpan diperlukan satu angker yang dihubungkan pada kedua kutubnya. Kita sudah mengetahui benda magnetik dapat dijadikan magnet. Sebaliknya magnet juga dapat dihilangkan kemagnetannya. (Wariyono, 2009)
Sebuah magnet cenderung berkurang sifat magnetiknya karena kutub-kutub bebas di dekat ujung-ujung magnet tolak-menolak dan mengacaukan garis gaya dari magnet-magnet elementer. Untuk menyimpan magnet batang agar tidak kehilangan sifat kemagnetiknya, dapat dilakukan cara berikut:
1. Menyimpan magnet batang secara berpasangan dengan kutub-kutub tidak sejenis saling berseberangan. Tutup kedua ujung pasangan magnet dengan sepasang besi lunak, yang bertindak sebagai penyimpan. Magnet-magnet elementer dari magnet diarahkan hingga membentuk rangkaian tertutup.
2. Menjauhkan dari medan listrik.
3. Jangan memanaskan. (Kanginan, 2002)
D. TEORI MAGNET ELEMENTER
Setiap benda magnetik pada dasarnya terdiri magnet-magnet kecil yang disebut magnet elementer. Prinsip membuat magnet adalah mengubah susunan magnet elementer yang tidak beraturan menjadi searah dan teratur. Sebuah kapur jika dibagi menjadi bagian-bagian yang sangat kecil. setiap bagian itu masih mempunyai sifat kapur. Demikian pula magnet, jika dibagi-bagi, setiap bagian magnet masih mempunyai dua jenis kutub magnet, yaitu kutub utara magnet (U) dan kutub selatan magnet (S). Berdasarkan kenyataan itu, dikembangkanlah teori magnet yang disebut teori magnet elementer.
Dalam teori ini dikatakan bahwa sifat magnet suatu benda (besi atau baja) ditimbulkan oleh magnet-magnet kecil dalam benda tersebut yang disebut magnet elementer. Suatu benda akan bersifat magnet jika magnet-magnet elementernya mempunyai arah yang cenderung sama dan tidak mempunyai sifat magnet jika magnet-magnet elementernya mempunyai arah acak (sembarang). Pada besi magnet, elementernya menunjuk arah yang sama. Antar magnet elementer tersebut terdapat gaya tolak-menolak dan gaya tarik-menarik. Akan tetapi, di bagian ujung magnet hanya terdapat gaya tolak-menolak.
Itulah sebabnya pada ujung-ujung magnet terdapat gaya magnet paling kuat, sedangkan bagian tengahnya lemah. Pada besi bukan magnet, magnet-magnet elementernya mempunyai arah acak atau sembarang Karena arahnya acak, gaya tarik-menarik dan tolak-menolak antar magnet elementer saling meniadakan. Itulah sebabnya pada besi bukan magnet tidak terdapat gaya magnet (sifat magnet).
Benda-benda yang magnet elementernya mudah diatur arahnya dapat dibuat menjadi magnet. Namun, magnet ini kemagnetannya tidak awet. Magnet yang demikian disebut magnet lunak. Sebaliknya, ada benda yang sulit dijadikan magnet. Namun, setelah menjadi magnet. kemagnetannya awet. Magnet yang demikian disebut magnet keras. (http://www.addthis.com/bookmark.php)
E. KEMAGNETAN BUMI
1. Bumi Sebagai Medan Magnet
Telah diketahui bahwa sebuah magnet batang yan tergantung bebas akan menunjuk arah tertentu. Pada bagian ini, kita akan mengetahui mengapa magnet bersikap seperti itu. Pada umumnya sebuah magnet terbuat dari bahan besi dan nikel. Keduanya memiliki sifat kemagnetan karena tersusun oleh magnet- magnet elementer. Batuan-batuan pembentuk bumi juga mengandung magnet elementer. Bumi dipandang sebagai sebuah magnet batang yang besar yang membujur dari utara ke selatan bumi. Magnet bumi memiliki dua kutub, yaitu kutub utara dan selatan. Kutub utara magnet bumi terletak di sekitar kutub selatan bumi. Adapun kutub selatan magnet bumi terletak di sekitar kutub utara bumi. Magnet bumi memiliki medan magnet yang dapat memengaruhi jarum kompas dan magnet batang yang tergantung bebas.
Gambar G1. Letak magnet bumi menyimpang terhadap utara-selatan geografis.
Medan magnet bumi digambarkan dengan garis-garis leng- kung yang berasal dari kutub selatan bumi menuju kutub utara bumi. Magnet bumi tidak tepat menunjuk arah utara-selatan geografis. Penyimpangan magnet bumi ini akan menghasilkan garis-garis gaya magnet bumi yang menyimpang terhadap arah utara-selatan geografis.
2. Deklinasi dan Inklinasi
Jika kita perhatikan kutub utara jarum kompas dalam keadaan setimbang tidak tepat menunjuk arah utara dengan tepat. Penyim- pangan jarum kompas itu terjadi karena letak kutub-kutub magnet bumi tidak tepat berada di kutub-kutub bumi, tetapi menyimpang terhadap letak kutub bumi. Hal ini menyebabkan garis-garis gaya magnet bumi mengalami penyimpangan terhadap arah utara-selatan bumi. Akibatnya penyimpangan kutub utara jarum kompas akan membentuk sudut terhadap arah utara-selatan bumi (geografis). Sudut yang dibentuk oleh kutub utara jarum kompas dengan arah utara-selatan geografis disebut deklinasi (Gambar G2). Pernahkah kamu memerhatikan mengapa kedudukan jarum kompas tidak mendatar. Penyimpangan jarum kompas itu terjadi ka- rena garis-garis gaya magnet bumi tidak sejajar dengan permukaan bumi (bidang horizontal). Akibatnya, kutub utara jarum kompas me- nyimpang naik atau turun terhadap permukaan bumi. Penyimpangan kutub utara jarum kompas akan membentuk sudut terhadap bidang datar permukaan bumi. Sudut yang dibentuk oleh kutub utara jarum kompas dengan bidang datar disebut inklinasi (Gambar G3). Alat yang digunakan untuk menentukan besar inklinasi disebut inklinator. (Amrulloh, 2009)
Gambar10. Deklinasi dan Inklinasi
