Beberapa logam dan oksida logam memiliki kemampuan untuk menarik benda logam lainnya. Sifat inilah yang disebut magnetisme, dan material yang memiliki sifat tersebut disebut magnet. Sebagian magnet terbentuk secara alami di alam, sementara sebagian lainnya diproduksi secara khusus melalui proses rekayasa.

Dalam kajian teknik elektro, terdapat sejumlah istilah penting terkait konsep magnetisme, di antaranya:

1. Magnetic Flux (Fluks Magnetik)
   Jumlah total garis gaya magnet yang melewati suatu bidang tertentu. Fluks magnetik menggambarkan “kuat-lemahnya” pengaruh medan magnet.
2. Magnetic Flux Density (Kerapatan Fluks Magnetik)
   Fluks magnetik yang melewati tiap satuan luas permukaan. Besaran ini menunjukkan seberapa rapat garis gaya magnet dalam suatu area.
3. Weber (Wb)
   Satuan SI untuk fluks magnetik. Satu weber menyatakan fluks magnetik yang menghasilkan satu volt jika diputuskan dalam satu detik.
4. Permeability (Permeabilitas)
   Kemampuan suatu material untuk dilalui oleh garis gaya magnet. Semakin tinggi permeabilitas, semakin mudah medan magnet terbentuk di dalam material tersebut.
5. Magnetomotive Force (MMF)
   Gaya penggerak yang menyebabkan terbentuknya medan magnet, mirip dengan konsep gaya gerak listrik (ggl) pada kelistrikan.
6. Ampere-Turns
   Besaran yang menggambarkan hasil perkalian arus listrik (Ampere) dengan jumlah lilitan kawat. Semakin besar nilai ampere-turns, semakin kuat medan magnet yang dihasilkan.
7. Field Intensity (Intensitas Medan)
   Besaran yang menunjukkan seberapa kuat medan magnet pada suatu titik tertentu dalam ruang.
8. Reluctance (Reluktansi)
   Hambatan yang dialami oleh garis gaya magnet ketika melalui suatu material, mirip dengan resistansi pada arus listrik.

Magnetik vs. Permeabilitas Material

Permeabilitas (µ) menyatakan kemudahan garis gaya magnet “menembus” suatu material. Nilai yang sering dipakai adalah permeabilitas relatif (µᵣ), yaitu perbandingan µ material terhadap µ₀ (permeabilitas vakum).

• µᵣ > 1 → material memperkuat medan (paramagnetik/ferromagnetik)
• µᵣ ≈ 1 → efek sangat kecil (nyaris seperti ruang hampa)
• µᵣ < 1 → material melemahkan medan (diamagnetik)

a) Ferromagnetic materials (Ferromagnetik)

• Inti konsep: Memiliki domain magnetik yang mudah “sejajar” ketika diberi medan, sehingga medan total menguat sangat besar. Sering menunjukkan histeresis dan kejenuhan.
• Permeabilitas relatif (perkiraan): 10² hingga >10⁵ tergantung komposisi dan perlakuan panas.
• Contoh & kisaran µᵣ:
  • Besi murni: ~200–5.000
  • Baja silikon/lembar trafo: ~2.000–10.000 (tergantung grade)
  • Mu-metal (paduan Ni-Fe): bisa >50.000 (kondisi anneal optimal)
• Catatan aplikasi: Inti trafo, induktor, stator/rotor motor, pelindung medan magnet.

b) Paramagnetic materials (Paramagnetik)

• Inti konsep: Memiliki momen magnetik atomik yang sangat lemah dan ikut medan hanya sedikit; tidak mempertahankan magnetisasi setelah medan dihilangkan.
• Permeabilitas relatif (perkiraan): sedikit di atas 1 (mis. 1.00001–1.0003).
• Contoh & kisaran µᵣ:
  • Aluminium: ~1.00002
  • Magnesium: ~1.00001
  • Platina: ~1.00026
• Catatan aplikasi: Biasanya tidak digunakan untuk “memfokuskan” medan; efeknya terlalu kecil dibanding ferromagnetik.

c) Diamagnetic materials (Diamagnetik)

• Inti konsep: Arus mikroskopik terinduksi menentang perubahan medan (hukum Lenz), sehingga medan di dalam material sedikit melemah.
• Permeabilitas relatif (perkiraan): sedikit di bawah 1 (mis. 0.9997–0.999999).
• Contoh & kisaran µᵣ:
  • Tembaga: ~0.99999–0.999994
  • Bismut: ~0.99983 (diamagnetik kuat di antara logam)
  • Air: ~0.99999
• Catatan aplikasi: Efeknya kecil; relevan pada eksperimen presisi atau pelindung arus eddy tertentu

Ringkasannya (muat di slide/caption teknis)

• Ferromagnetik: µᵣ ≫ 1 (ratusan–puluhan ribu). Contoh: besi, baja silikon, mu-metal.
• Paramagnetik: µᵣ ≳ 1 (lebih besar sedikit dari 1). Contoh: aluminium, magnesium, platina.
• Diamagnetik: µᵣ ≲ 1 (lebih kecil sedikit dari 1). Contoh: tembaga, bismut, air.

Magnetism: Magnetic Flux (Fluks Magnetik)

Definisi singkat
Sekelompok garis gaya medan magnet yang “menembus” suatu bidang disebut fluks magnetik dan diberi simbol Φ\PhiΦ (phi).
Satuan SI: weber (Wb). Dalam sistem lama, 1 weber setara dengan 10810^{8}108 “lines of force”.

Magnetic Flux Density (Kerapatan Fluks Magnetik)

Definisi singkat
Kerapatan fluks magnetik adalah banyaknya fluks magnetik per satuan luas bidang yang tegak lurus arah fluks. Besaran ini dilambangkan dengan BBB.

Rumus dasar (bidang tegak lurus & BBB seragam):

Contoh: Hitung Kerapatan Fluks

Bahan Magnetik (Magnetic Materials)

Bahan magnetik adalah material yang responsif terhadap medan magnet—baik berupa tarikan maupun tolakan—serta mampu menyimpan magnetisasi ketika diberi medan luar. Dalam praktik rekayasa, besi dan baja merupakan pilihan paling umum karena ketersediaan, kemudahan fabrikasi, dan sifat magnetiknya yang baik.

Untuk menghasilkan magnet permanen, digunakan bahan magnetik keras (high coercivity) seperti baja kobalt atau paduan nikel-besi tertentu. Karakter “keras” ini membuat domain magnet di dalam material stabil, sehingga arah magnetisasi tetap terjaga lama setelah proses pemagnetan berhenti. Kebalikannya adalah bahan magnetik lunak (low coercivity) seperti baja silikon untuk inti trafo—mudah dimagnetisasi tetapi tidak menyimpan magnetisasi permanen.

Bahan Magnetik Sementara dan Permeabilitas

Magnet sementara (temporary magnet)
Material yang termasuk magnet sementara adalah bahan yang tidak mampu mempertahankan sifat kemagnetannya setelah medan magnet luar dihilangkan. Begitu gaya luar dilepaskan, magnetisasi di dalam material hilang. Contoh umum adalah besi lunak yang sering digunakan pada inti transformator.

Permeabilitas (μ\muμ)
Permeabilitas adalah ukuran kemampuan suatu material untuk memusatkan garis-garis gaya magnet di dalamnya. Semakin tinggi permeabilitas, semakin mudah material tersebut dimagnetisasi.

• Permeabilitas tinggi → material sangat mudah dialiri garis gaya magnet (contoh: besi lunak, baja silikon).
• Permeabilitas rendah → material sulit dialiri garis gaya magnet.

Permeabilitas Relatif
Permeabilitas relatif adalah perbandingan antara permeabilitas suatu material dengan permeabilitas ruang hampa (μ₀). Nilai ini dilambangkan dengan μᵣ.

Klasifikasi Bahan Magnetik

Bahan magnetik dapat diklasifikasikan menjadi magnetik dan nonmagnetik, dengan dasar perbandingan terhadap sifat kemagnetan yang sangat kuat pada besi (iron).

Namun, dalam praktik rekayasa, bahkan material dengan sifat magnetik yang lemah sekalipun masih bisa bermanfaat untuk aplikasi tertentu. Karena itu, sistem klasifikasi bahan magnetik diperluas menjadi tiga kelompok utama:

1.Ferromagnetik

• Material dengan sifat kemagnetan yang sangat kuat.
• Mudah dimagnetisasi dan dapat menyimpan magnetisasi.
• Contoh: besi, baja, nikel, kobalt.

2.Paramagnetik

• Memiliki sifat magnetik yang lemah.
• Ditandai dengan permeabilitas relatif sedikit lebih besar dari 1.
• Contoh: aluminium, magnesium, platina.

3.Diamagnetik

• Tidak memiliki momen magnetik permanen; saat diberi medan, material justru melemahkan medan magnet.
• Permeabilitas relatif sedikit lebih kecil dari 1.
• Contoh: tembaga, bismut, air.

Elektromagnetisme (Electromagnetism)

Hubungan antara magnetisme dan arus listrik pertama kali ditemukan oleh ilmuwan asal Denmark, Hans Christian Ørsted pada tahun 1819.

Dalam eksperimennya, Ørsted mengamati bahwa arus listrik yang mengalir melalui suatu penghantar ternyata menimbulkan medan magnet di sekitar penghantar tersebut.

Temuan ini menjadi tonggak penting dalam sejarah ilmu pengetahuan, karena menunjukkan bahwa listrik dan magnetisme saling berkaitan—dua fenomena yang sebelumnya dianggap terpisah. Penemuan ini pula yang kemudian melandasi perkembangan teori elektromagnetisme dan aplikasi modern, mulai dari motor listrik, transformator, hingga sistem tenaga listrik.

Polaritas pada Satu Konduktor (Polarity of a Single Conductor)

Cara yang ringkas untuk menentukan hubungan antara arah arus yang mengalir dalam sebuah konduktor dan arah garis gaya magnet yang mengelilinginya adalah menggunakan aturan tangan kiri (left-hand rule) untuk konduktor berarus, sebagaimana diilustrasikan pada Figure 22.
Mahasiswa disarankan untuk menguji kebenaran aturan tangan kiri ini pada contoh-contoh di Figure 21.

Medan Magnet & Polaritas pada Kumparan (Coil)

Inti konsep (terjemahan & parafrase):

• Jika kawat lurus dibengkokkan menjadi satu loop, terjadi dua hal:
  1. Garis-garis medan magnet menjadi lebih rapat (lebih kuat) di bagian dalam loop.
  2. Semua garis medan di dalam loop searah dan saling menguatkan.
• Jika kawat dibentuk menjadi beberapa loop, kita menyebutnya kumparan (coil/solenoida).
• Untuk menentukan polaritas (ujung utara/N dan selatan/S) pada kumparan, gunakan aturan tangan kiri untuk kumparan (left-hand rule) sebagaimana pada Figure 23.

Inti Besi pada Kumparan: Dampak pada Fluks & Polaritas

• Menambahkan inti besi di dalam kumparan akan meningkatkan kerapatan fluks magnetik BBB. Hal ini terjadi karena besi memiliki permeabilitas relatif μR\mu_RμR​ yang jauh lebih besar daripada udara, sehingga garis-garis gaya magnet lebih mudah “terkonsentrasi” di dalam inti.
• Polaritas inti besi akan sama dengan polaritas kumparan yang membungkusnya (ujung N dan S inti searah dengan N dan S kumparan).
• Arah aliran arus pada uraian gambar (Figure 24) diambil sebagai dari terminal negatif sumber → melalui kumparan → kembali ke terminal positif (ini adalah konvensi aliran elektron). Dengan konvensi ini, gunakan aturan tangan kiri untuk kumparan: arah lilit jari mengikuti aliran elektron, ibu jari menunjuk ke kutub Utara (N).

Gaya Gerak Magnet (Magnetomotive Force / MMF)

Definisi:
Magnetomotive force (MMF) adalah ukuran kekuatan medan magnet yang dihasilkan oleh sebuah kumparan kawat berarus listrik. Besarnya MMF bergantung pada:

1. Arus listrik (I) yang mengalir dalam lilitan, dan
2. Jumlah lilitan (N) kawat dalam kumparan.

Semakin besar arus atau semakin banyak lilitan kawat, semakin kuat pula medan magnet yang dihasilkan, dan semakin rapat garis gaya magnet yang terbentuk.

Besaran MMF dinyatakan dalam satuan ampere-turn (At), yang juga dikenal sebagai gaya gerak magnet (MMF). Berikut Contoh Perhitungan dari gaya gerak magnet.

Field Intensity (Intensitas Medan Magnet), HHH

Inti konsep (terjemahan & parafrase):
Jika sebuah kumparan dengan ampere-turns tertentu (NIN INI) ditarik hingga dua kali lebih panjang, maka intensitas medan magnet (kepadatan garis gaya per panjang) akan menjadi setengahnya. Artinya, HHH bergantung pada panjang kumparan: makin panjang jalur magnetisasi, makin kecil intensitas untuk MMF yang sama.

Reluctance (Reluktansi)

Reluktansi adalah “hambatan magnetik” suatu rangkaian/material terhadap pembentukan fluks magnetik. Besarannya dilambangkan RRR dan satuannya ampere–turn per weber (At/Wb).
Semakin besar reluktansi, semakin sulit fluks terbentuk.

Hubungan dengan permeabilitas

Hubungan Reluktansi dengan Permeabilitas

Reluktansi (reluctance) adalah ukuran hambatan suatu material terhadap terbentuknya fluks magnetik. Besarnya reluktansi dipengaruhi langsung oleh sifat material, yaitu permeabilitas (μ).

Secara matematis, reluktansi dinyatakan sebagai: R=lμAR = \frac{l}{\mu A}R=μAl​

Dengan:

• R = reluktansi
• l = panjang jalur fluks
• A = luas penampang
• μ = permeabilitas material

Hubungan utamanya:

Reluktansi berbanding terbalik dengan permeabilitas

Artinya:

• Semakin besar permeabilitas (μ) suatu material,
  → semakin mudah fluks magnetik mengalir,
  → reluktansi semakin kecil.
• Semakin kecil permeabilitas (μ),
  → semakin sulit fluks terbentuk,
  → reluktansi semakin besar.

Contoh material:

• Inti besi memiliki permeabilitas tinggi
  → reluktansi sangat rendah
  → cocok untuk transformator dan motor.
• Udara memiliki permeabilitas sangat rendah
  → reluktansi tinggi
  → menyebabkan celah udara (air gap) meningkatkan reluktansi sistem magnetik.

Intinya

Permeabilitas menentukan “kemampuan” material menyalurkan medan magnet. Reluktansi adalah “penolakan” material terhadap fluks.
Karena itu, material dengan permeabilitas tinggi selalu memiliki reluktansi rendah, dan sebaliknya.

Summary — Inti materi bab ini:

• Permeabilitas (μ) — kemampuan suatu material untuk memusatkan garis-garis gaya magnet di dalamnya.
• Material ferromagnetik — mis. besi, baja, nikel, kobalt, serta paduan komersial; memiliki μᵣ tinggi umumnya sekitar 50–200.
• Material paramagnetik — mis. aluminium, platina, mangan, krom; μᵣ sedikit lebih besar dari 1 (efek penguatan lemah).
• Material diamagnetik — mis. bismut, antimoni, tembaga, seng, raksa, emas, perak; μᵣ sedikit lebih kecil dari 1 (cenderung melemahkan medan).
• Magnetomotive force (MMF) — ukuran kekuatan medan magnet yang dihasilkan kumparan; bergantung pada arus yang mengalir dalam lilitan.
• Ampere-turns (At) — hasil kali arus pada kumparan dengan jumlah lilitan; satuan praktis untuk MMF.
• Field intensity (H) — menyatakan kekuatan medan per satuan panjang kumparan (berkaitan dengan kerapatan fluks di sepanjang kumparan).
• Reluktansi (R) — hambatan pembentukan fluks pada material/rangkaian magnetik.

Temukan Artikel Menarik Lainnya di akademielektro.com