038) Animasi Excel untuk Fisika: Bahan Paramagnetik
Bagan paramagnetik adalah bahan yang mengandung momen magnetik bebas. Tidak ada interaksi antara satu momen dengan momen lainnya. Contoh bahan ini adalah gas di mana tiap atom atau molekul penyusunnya mengandung momen magnetik. Relaksasi paramagnetik dapat diterapkan untuk meningkatkan dan mempercepat karakterisasi protein dengan menggunakan NMR (Nuclear magnetic resonance). Salah satu paper terkait dengan kajian itu ditunjukkan pada Gambar 1.

Jika tidak ada medan magnetik luar yang diterapkan ke bahan tersebut, maka arah momen magnetik adalah acak. Dengan demikian, tidak dihasilkan momen magnetik total sehingga tidak ada kemagnetak yang diperlihatkan. Namun, jika medan magnetik luar diterapkan pada bahan tersebut maka sebagian momen menyearah mengikuti arah medan luar. Secara netto, jumlah momen magnetik yang seaarah medan luar lebih banyak daripada yang berlawanan dengan arah medan luar. Adanya momen magnetik netto menyebabkan bahan tersebut menunjukkan kemagnetan (dapat menarik benda magnetik di sekitarnya). Tetapi, ketika medan magnetik luar ditiadakan maka momen magnetik kembali acak dan kemagnetan kembali hilang.

Secara statistik bahan paramagnetik sering dimodelkan sebagai suatu sistem yang mengandung momen magnetik sejenis seperti diilustrasikan pada Gambar 2. Momen tersebut hanya boleh mengambil dua arah berlawanan. Namun, dalam realitas arah bisa acak ke mana-mana. Demi kemudahan kajian, hipotesis hanya dua arah yang boleh ada sering digunakan. Interaksi antara momen magnetik yang searah medan dengan medan magnetik menghasilkan energi

dengan
mu adalah momen magnetik
B adalah kuat medan magnetik
Sebaliknya, interaksi antara momen magnetik yang berlawanan medan dengan medan magnetik menghasilkan energi

Secara statistik, peluang momen magnetik mengambil arah sama dengan arah medan adalah

Peluang momen magnetik mengambil arah berlawanan dengan arah medan adalah

Jika jumlah total momen magnetik adalah N maka jumlah momen magnetik yang searah medan adalah

Jumlah momen magnetik yang berlawanan dengan arah medan adalah

Dengan demikian, magnetisasi bahan menjadi

di mana
V adalah volume bahan
Saya membuat program animasi untuk memvisualisasikan arah momen magnetik dalam bahan paramagnetik pada berbagai medan magnetik. Yang merupakan variabel input adalah suhu. File program dapat didownload dari link berikut.
Sumber gambar fitur: ‘https://phys.org/news/2019-09-paramagnetic-electrons-electricity.html’
46 thoughts on “038) Animasi Excel untuk Fisika: Bahan Paramagnetik”