Kenapa Magnet Bisa Melemah: Panas, Benturan, dan Teori Domain Magnet

Oleh Suhinar El · Seri Motor Academy: Listrik Dasar, Lesson 04: Kemagnetan (artikel 3 dari 7)

Magnet melemah karena susunan bagian-bagian kecil di dalamnya teracak, dan yang paling sering mengacaknya ada tiga: panas, benturan berulang, dan medan bolak-balik yang kuat. Di dalam magnet yang sehat, bagian-bagian itu berbaris searah sehingga efeknya saling menguatkan. Begitu barisannya berantakan, efeknya saling meniadakan dan magnet kehilangan kekuatannya. Ini bukan teori yang jauh dari bengkel, karena rotor motor magnet permanen dan alat ukur jarum sama-sama bergantung pada barisan itu.

Bahannya sama persis. Yang membedakan cuma apakah bagian kecil di dalamnya berbaris atau tidak.

Magnet Kecil di Dalam Magnet

Modul menjelaskannya dengan teori molekul. Setiap molekul di dalam bahan magnetik dianggap sebagai magnet kecil yang punya kutub utara dan selatan sendiri.

Pada besi biasa yang tidak bermagnet, magnet-magnet kecil itu menghadap ke segala arah. Karena arahnya acak, pengaruh satu magnet kecil dibatalkan oleh tetangganya, dan dari luar batang itu tidak terasa bermagnet sama sekali.

Pada besi yang sudah dimagnetisasi, magnet-magnet kecil itu berbaris menghadap arah yang sama. Sekarang pengaruhnya tidak saling membatalkan melainkan saling menjumlah, dan batang itu punya kutub utara di satu ujung serta kutub selatan di ujung lainnya.

Satu catatan soal istilah. Penjelasan modern tidak lagi memakai molekul tunggal melainkan domain magnet, yaitu kelompok atom yang arah magnetnya sudah seragam di dalam kelompok itu sendiri. Satu domain berisi sangat banyak atom, dan satu potong besi berisi sangat banyak domain. Istilahnya berbeda, tetapi gambaran dasarnya tetap sama: acak berarti lemah, sejajar berarti kuat.

Saya pakai istilah domain di artikel ini, dengan catatan bahwa kunci jawaban modul memakai kata molekul.

Dipotong Tetap Dua Kutub

Dari gambaran tadi muncul satu akibat yang sering ditanyakan.

Potong magnet batang jadi dua. Yang Anda dapatkan bukan sepotong kutub utara dan sepotong kutub selatan, melainkan dua magnet utuh yang masing-masing punya kutub utara dan selatan sendiri.

Alasannya jelas kalau diingat bahwa kemagnetan itu datang dari barisan bagian-bagian kecil di dalamnya, bukan dari ujung batangnya. Memotong batang tidak mengubah arah barisan itu, cuma memperpendek barisannya, jadi tiap potongan tetap punya ujung depan dan ujung belakang.

Potong lagi, hasilnya empat magnet. Potong terus sampai sekecil apa pun, hasilnya tetap magnet berkutub dua. Sampai hari ini belum pernah ditemukan magnet berkutub tunggal.

Tiga Hal yang Melemahkan Magnet

Semuanya bekerja dengan cara yang sama, yaitu mengacak barisan tadi.

Penyebab	Cara kerjanya	Contoh di lapangan
Panas	Menambah getaran atom sehingga domain lebih mudah keluar dari barisan	Rotor motor magnet permanen yang kelebihan beban, magnet dekat las
Benturan berulang	Guncangan mekanis mendorong domain berpindah arah	Alat ukur jarum yang sering jatuh, magnet yang dipukul palu
Medan bolak-balik kuat	Menarik domain bergantian ke dua arah sampai barisannya berantakan	Magnet yang diletakkan dekat kumparan AC atau alat demagnetisasi

Perhatikan bahwa yang ketiga justru dipakai dengan sengaja. Alat pelepas magnet pada perkakas bekerja persis begitu: memberi medan bolak-balik yang kekuatannya diturunkan perlahan sampai barisan domainnya benar-benar acak.

Soal panas, ada dua tingkatan yang perlu dibedakan dan ini bagian yang paling sering disalahpahami.

Tingkat pertama, pelemahan yang pulih. Saat magnet dipanaskan sedang-sedang saja, kekuatannya turun selama ia panas lalu kembali hampir seperti semula setelah dingin. Lembar data magnet mencantumkannya sebagai koefisien suhu, dan untuk magnet neodymium nilainya sekitar 0,11 persen penurunan per derajat celsius.

Tingkat kedua, pelemahan yang menetap. Di atas suhu kerja maksimum magnet tersebut, sebagian domain tidak kembali ke barisannya meski sudah didinginkan. Kekuatan yang hilang di tingkat ini tidak kembali tanpa dimagnetisasi ulang.

Dan di suhu yang jauh lebih tinggi lagi, yaitu titik Curie, bahan itu berhenti bersifat magnet sama sekali. Untuk neodymium, lembar data menyebut titik Curie di kisaran 310 sampai 340 derajat celsius. Angka itu jauh di atas suhu kerja normal motor, jadi yang membunuh magnet motor di lapangan hampir selalu tingkat kedua, bukan titik Curie.

Angka Suhu Magnet Neodymium

Bagian ini perluasan di luar modul, dan berguna bagi siapa pun yang menangani motor magnet permanen.

Magnet neodymium dijual dalam beberapa tingkatan yang dibedakan huruf di belakang kodenya, dan yang membedakan terutama suhu kerja maksimumnya.

Kode akhiran	Suhu kerja maksimum khas	Catatan pemakaian
Tanpa akhiran (N)	sekitar 80 °C	Tingkat paling umum dan paling murah
M	sekitar 100 °C	Naik satu tingkat
H	sekitar 120 °C	Mulai dipakai pada motor
SH	sekitar 150 °C	Umum pada motor servo dan traksi
UH	sekitar 180 °C	Beban berat dan suhu tinggi
EH	sekitar 200 °C	Pemakaian khusus

Dua peringatan penting soal tabel ini. Pertama, angka suhu kerja maksimum bukan sifat bahan semata melainkan juga bergantung pada bentuk magnetnya dan rangkaian magnet tempat ia dipasang, sehingga magnet tipis lebih rentan daripada magnet tebal pada tingkatan yang sama. Kedua, angkanya berbeda antar-pabrikan.

Jadi tabel di atas untuk gambaran urutan besarnya, bukan untuk dipakai sebagai acuan rancangan. Data yang mengikat selalu lembar data dari pabrikan magnet atau motornya.

Berapa kali pun dipotong, tidak pernah ada potongan yang cuma berisi satu kutub.

Dampaknya di Bengkel

Ada tiga tempat di mana pelemahan magnet benar-benar terasa.

Rotor motor magnet permanen. Motor jenis ini menyimpan magnetnya di rotor, dan rotor adalah bagian yang paling sulit didinginkan karena panasnya harus menyeberangi celah udara dulu sebelum sampai ke rumah motor. Beban berlebih yang berkepanjangan, pendinginan yang tersumbat debu, atau pengereman yang terlalu sering bisa membuat suhu magnet melewati batasnya. Gejalanya khas dan menipu: motor masih berputar, tetapi torsinya turun dan arus yang ditarik untuk beban yang sama jadi lebih besar daripada sebelumnya.

Alat ukur jarum. Jarum bergerak karena kumparan kecil berada di dalam medan magnet permanen. Kalau magnet itu melemah, seluruh skalanya ikut bergeser. Alat tetap terlihat normal dan jarumnya tetap bergerak halus, cuma angkanya tidak lagi benar. Ini jenis kerusakan yang paling berbahaya pada alat ukur, karena tidak menunjukkan gejala apa pun.

Magnet pengangkat dan pemegang. Magnet pemegang di meja kerja yang sering jatuh atau sering dipakai dekat sumber panas akan berkurang daya pegangnya secara bertahap.

Sudut Pandang Workshop

Yang membuat pelemahan magnet berbahaya bukan besarnya kerusakan, melainkan sifatnya yang tidak kelihatan.

Belitan terbakar ketahuan dari baunya. Bearing rusak ketahuan dari bunyinya. Isolasi menurun ketahuan dari alat uji. Tetapi magnet yang kehilangan sebagian kekuatannya tidak berbau, tidak berbunyi, tidak berubah warna, dan tidak ada alat sederhana di bengkel kebanyakan yang bisa mengukurnya langsung.

Cara saya mendeteksinya tidak langsung, lewat catatan. Untuk motor magnet permanen, arus tanpa beban dan arus pada beban acuan dicatat sejak motor itu pertama kali masuk. Kalau pada servis berikutnya arus untuk beban yang sama naik sementara belitan, bearing, dan tegangan suplainya terbukti sehat, kemungkinan magnetnya yang melemah masuk daftar dugaan. Tanpa catatan awal, perbandingan itu tidak bisa dibuat sama sekali, dan di situlah banyak bengkel kehilangan jejak.

Aturan pencegahan di tempat saya ada empat, semuanya murah.

• Rotor magnet permanen tidak boleh dipanaskan untuk melepas bearing. Pakai penarik mekanis, dan kalau memang harus memakai panas, panasnya diarahkan ke bearing bukan ke badan rotor.
• Rotor tidak diletakkan sembarangan di lantai beton atau meja besi. Sekali terbentur keras di tepinya, yang rusak bukan cuma dudukan bearing.
• Pekerjaan las tidak dilakukan di dekat rotor magnet permanen yang sedang dibuka.
• Data suhu kerja maksimum magnetnya dicatat di berkas motor, diambil dari lembar data pabrikan, bukan ditebak dari bentuk fisiknya.

Soal alat ukur jarum, kebijakan saya lebih sederhana lagi. Alat ukur jarum yang pernah jatuh tidak langsung dipakai kembali, melainkan dibandingkan dulu dengan alat lain pada satu titik ukur yang sama. Butuh dua menit, dan dua menit itu yang membedakan antara data yang bisa dipakai dan data yang menyesatkan seluruh laporan.

Cek Pemahaman

1. Pada teori molekul, tiap apa di dalam magnet dianggap magnet kecil?
   Jawaban kunci modul: molekul. Catatan: penjelasan modern memakai domain magnet, yaitu kelompok atom.
2. Apa yang terjadi kalau magnet dipotong dua?
   Jawaban: menjadi dua magnet utuh yang masing-masing tetap punya dua kutub.
3. Sebutkan tiga hal yang melemahkan magnet.
   Jawaban: panas, benturan berulang, dan medan bolak-balik yang kuat.
4. Apa beda pelemahan yang pulih dan yang menetap?
   Jawaban: yang pulih kembali setelah magnet dingin, sedangkan yang menetap tidak kembali tanpa dimagnetisasi ulang.
5. Kenapa alat ukur jarum bisa jadi tidak akurat?
   Jawaban: karena magnet permanen di dalamnya melemah sehingga seluruh skalanya bergeser.

Baca Juga

• Elektromagnet: Lilitan, Inti Besi, dan Kuat Medan
• Pengertian Magnet: Kutub dan Hukum Tarik-Tolak
• Cara Menggunakan Multimeter untuk Pemula
• Elektromagnetisme: Kenapa Arus Bisa Memutar Motor

Ringkasan

• Magnet kuat karena bagian-bagian kecil di dalamnya berbaris searah.
• Besi biasa tidak bermagnet karena arah bagian-bagian itu acak dan saling membatalkan.
• Modul menyebutnya molekul, penjelasan modern menyebutnya domain magnet.
• Magnet yang dipotong tetap menghasilkan potongan berkutub dua.
• Tiga pelemah magnet adalah panas, benturan berulang, dan medan bolak-balik kuat.
• Medan bolak-balik justru dipakai sengaja pada alat pelepas magnet.
• Pelemahan karena panas sedang bersifat pulih setelah magnet dingin.
• Di atas suhu kerja maksimum, sebagian kehilangan kekuatan itu menetap.
• Titik Curie neodymium ada di kisaran 310 sampai 340 derajat celsius.
• Magnet yang melemah tidak berbau, tidak berbunyi, dan hanya terbaca lewat catatan arus.

Pertanyaan yang Sering Muncul

Kenapa magnet bisa kehilangan kekuatan?

Karena kekuatan magnet berasal dari bagian-bagian kecil di dalamnya yang berbaris searah, dan apa pun yang mengacak barisan itu akan melemahkannya. Tiga penyebab yang paling umum adalah panas yang menambah getaran atom, benturan berulang yang mendorong bagian-bagian itu berpindah arah, dan medan bolak-balik kuat yang menariknya bergantian ke dua arah sampai susunannya berantakan.

Apa yang terjadi bila magnet dipotong?

Magnet yang dipotong menjadi dua tidak menghasilkan sepotong kutub utara dan sepotong kutub selatan, melainkan dua magnet utuh yang masing-masing punya kutub utara dan selatan sendiri. Penyebabnya adalah kemagnetan berasal dari barisan bagian kecil di dalam bahan, bukan dari ujung batangnya, sehingga memotong batang hanya memperpendek barisan tanpa mengubah arahnya.

Apakah panas melemahkan magnet?

Ya, dan pengaruhnya ada dua tingkat yang perlu dibedakan. Pada panas sedang, kekuatan magnet turun selama ia panas lalu kembali hampir seperti semula setelah dingin, sedangkan di atas suhu kerja maksimumnya sebagian kekuatan itu hilang menetap dan tidak kembali tanpa dimagnetisasi ulang, dan pada titik Curie yang jauh lebih tinggi bahan itu berhenti bersifat magnet sama sekali.

Kenapa alat ukur jarum jadi tidak akurat?

Karena jarum pada alat ukur jenis ini bergerak akibat kumparan kecil yang berada di dalam medan magnet permanen, sehingga melemahnya magnet itu menggeser seluruh skalanya. Yang membuatnya berbahaya adalah alat tersebut tetap terlihat normal dan jarumnya tetap bergerak halus, jadi tidak ada gejala apa pun yang menandakan angkanya sudah tidak bisa dipercaya.

Berapa suhu maksimum magnet motor magnet permanen?

Tergantung tingkatan magnetnya, dan untuk magnet neodymium suhu kerja maksimumnya berkisar dari sekitar 80 derajat celsius pada tingkatan paling umum sampai sekitar 200 derajat celsius pada tingkatan khusus. Angka itu juga dipengaruhi bentuk magnet dan rangkaian magnet tempat ia dipasang serta berbeda antar-pabrikan, jadi acuan yang mengikat selalu lembar data dari pabrikan magnet atau motornya.

Sumber

• TPC Training, Basic Electricity and Electronics, Course 201, Lesson 4, bagian Molecular Theory of Magnetism (modul internal Motor Academy).
• Teori domain magnet dicantumkan sebagai penyempurnaan istilah di luar modul.
• Eclipse Magnetics, lembar data tingkatan magnet neodymium, untuk suhu kerja maksimum tiap akhiran kode, titik Curie 310 sampai 340 derajat celsius, dan catatan bahwa suhu kerja bergantung pada rangkaian magnetnya.
• Praktik penanganan rotor magnet permanen dan alat ukur jarum di bengkel servis motor listrik.