Bagaimana magnet permanen mempertahankan magnetnya?

 

Magnet permanen , juga dikenal sebagai magnet keras, adalah bahan yang mempertahankan magnetnya dalam waktu yang lama tanpa perlu medan magnet eksternal. Kemampuan untuk mempertahankan magnet ini adalah hasil dari struktur internal yang unik dan prinsip -prinsip fisik yang mengatur bahan magnetik. Memahami bagaimana magnet permanen menjaga magnetnya membutuhkan eksplorasi perilaku atom dan tingkat domain mereka, serta ilmu material di balik desain mereka.

 

Magnetisme tingkat atom

 

Pada tingkat atom, magnetisme muncul dari pergerakan elektron. Elektron memiliki dua jenis gerak: gerakan orbital di sekitar nukleus dan memutar gerakan di sekitar sumbu mereka sendiri. Kedua gerakan menghasilkan medan magnet kecil, yang dikenal sebagai momen magnetik. Dalam sebagian besar bahan, momen -momen magnetik ini berorientasi secara acak, membatalkan satu sama lain dan tidak menghasilkan magnet net. Namun, dalam bahan feromagnetik (seperti besi, nikel, dan kobalt), momen magnetik atom tetangga yang sejajar dalam arah yang sama, menciptakan daerah dengan medan magnet bersih.

 

Domain magnetik

 

Dalam bahan feromagnetik, penyelarasan momen magnetik atom tidak seragam di seluruh bahan. Sebaliknya, bahan dibagi menjadi daerah kecil yang disebut domain magnetik. Dalam setiap domain, momen magnetik disejajarkan dalam arah yang sama, memberikan domain medan magnet bersih. Namun, dalam keadaan yang tidak disumbat, domain itu sendiri berorientasi secara acak, sehingga bahan secara keseluruhan tidak menunjukkan medan magnet bersih.

 

Ketika medan magnet eksternal diterapkan pada bahan feromagnetik, domain yang selaras dengan bidang tumbuh dalam ukuran, sedangkan yang tidak selaras menyusut. Proses ini dikenal sebagai gerakan dinding domain. Jika bidang eksternal cukup kuat, itu dapat menyebabkan semua domain menyelaraskan ke arah yang sama, menghasilkan medan magnet bersih untuk seluruh bahan. Setelah bidang eksternal dihilangkan, domain tetap selaras karena koersivitas material yang tinggi, yang merupakan resistensi untuk menjadi demagnetisasi. Penyelarasan inilah yang memberi magnet permanen kemampuan mereka untuk mempertahankan magnet.

 

Histeresis dan koersivitas

 

Kemampuan magnet permanen untuk mempertahankan magnetnya terkait erat dengan loop histeresisnya, yang merupakan grafik yang menunjukkan hubungan antara kekuatan medan magnet (H) dan kepadatan fluks magnet (B) dalam material. Loop histeresis menggambarkan bagaimana material merespons medan magnet eksternal dan bagaimana ia mempertahankan magnetisasi setelah medan dihilangkan.

 

Fitur utama dari loop histeresis adalah koersivitas, yang merupakan jumlah medan magnet terbalik yang diperlukan untuk mengurangi magnetisasi material menjadi nol. Magnet permanen memiliki koersivitas tinggi, artinya mereka membutuhkan bidang terbalik yang kuat untuk mendemagnetisasi mereka. Koersivitas tinggi ini adalah hasil dari struktur kristal material dan adanya cacat atau kotoran yang 'pin ' dinding domain di tempatnya, mencegahnya dari mudah diorientasikan.

 

Komposisi material dan struktur mikro

 

Kemampuan magnet permanen untuk mempertahankan magnetnya juga dipengaruhi oleh komposisi material dan struktur mikro. Bahan magnet permanen yang umum termasuk ferit, alnico (aluminium-nickel-cobalt), dan magnet langka-earth seperti neodymium-iron-boron (NDFEB) dan samarium-cobalt (SMCO). Bahan -bahan ini memiliki anisotropi magnetik tinggi, yang berarti momen magnetiknya lebih suka menyelaraskan sepanjang arah kristalografi tertentu. Anisotropi ini, dikombinasikan dengan struktur mikro berbutir halus, membantu mengunci domain di tempatnya, memastikan bahwa magnet mempertahankan magnetnya bahkan tanpa adanya medan eksternal.

 

Faktor lingkungan

 

Sementara magnet permanen dirancang untuk mempertahankan magnetnya, faktor lingkungan tertentu dapat mempengaruhi kinerjanya. Suhu tinggi, misalnya, dapat menyebabkan energi termal mengganggu penyelarasan domain magnetik, yang menyebabkan hilangnya magnet. Ambang suhu ini dikenal sebagai suhu Curie, di atasnya material kehilangan sifat feromagnetiknya. Guncangan mekanis, korosi, dan paparan medan magnet eksternal yang kuat juga dapat menurunkan kinerja magnet dari waktu ke waktu.

 

Kesimpulan

 

Magnet permanen mempertahankan magnetnya karena penyelarasan domain magnetik dalam strukturnya, koersivitas tinggi, dan sifat material yang mengunci domain ini di tempatnya. Interaksi momen magnetik tingkat atom, perilaku domain, dan ilmu material memastikan bahwa magnet permanen dapat mempertahankan medan magnetnya dalam waktu yang lama. Namun, kinerjanya dapat dipengaruhi oleh faktor lingkungan, menyoroti pentingnya memilih bahan dan desain yang tepat untuk aplikasi tertentu. Seiring kemajuan teknologi, pengembangan bahan magnetik baru dengan koersivitas yang lebih tinggi dan stabilitas termal terus memperluas kemungkinan magnet permanen di berbagai industri.