Suseptibilitas magnetik

Suseptibilitas magnetik atau disebut pula kerentanan magnetik (Latin: susceptibilis, “reseptif”; disimbolkan dengan χ) merupakan tingkat kemagnetan suatu benda untuk termagnetisasi, yang pada umumnya erat kaitannya dengan kandungan mineral dan oksida besi. Semakin besar kandungan mineral magnetit di dalam batuan, akan semakin besar harga suseptibilitasnya.

Sifat kemagnetan ini cenderung dipengaruhi oleh keadaan suhu, dimana semakin besar suhu, maka nilai suseptibilitasnya pun akan semakin berkurang atau semakin lemah. Sifat kemagnetan tiap batuan yang khas melandasi digunakannya metode magnetik untuk kegiatan eksplorasi maupun kepentingan geodinamika. Metode ini sangat cocok untuk pendugaan struktur geologi bawah permukaan maupun mengetahui potensi mineral mineral ekonomis di bawah permukaan tanah.^[1]

Suseptibilitas magnetik adalah konstanta proporsionalitas berdimensi yang menunjukkan tingkat kemagnetan suatu bahan dalam respons terhadap medan magnet yang diterapkan. Suatu istilah terkait magnetisabilitas, perbandingan antara momen magnetik dan kerapatan fluks magnet.^[2] Parameter yang terkait erat adalah permeabilitas, yang menyatakan jumlah magnetisasi bahan dan volume.

Suseptibilitas volume magnetik , yang diwakili oleh simbol ${\displaystyle \chi _{v}}$ (terkadang secara sederhana disebut sebagai ${\displaystyle \chi }$, terkadang ${\displaystyle \chi _{m}}$ – magnetik, untuk membedakannya dari suseptibilitas listrik), dinyatakan dalam Sistem Satuan Internasional — dalam sistem lain mungkin terdapat konstanta tambahan - berdasarkan hubungan berikut:^[3]

${\displaystyle \mathbf {M} =\chi _{v}\mathbf {H} .}$

Di sini

M adalah kemagnetan bahan (momen dipol magnetik per satuan volume), terukur dalam ampere per meter, dan

H adalah kekuatan medan magnet, juga diukur dalam satuan ampere per meter.

${\displaystyle \chi _{v}}$ karenanya adalah kuantitas tak berdimensi.

Menggunakan Satuan SI, induksi magnetik B terkait erat dengan H berdasarkan hubungan

${\displaystyle \mathbf {B} \ =\ \mu _{0}(\mathbf {H} +\mathbf {M} )\ =\ \mu _{0}(1+\chi _{v})\mathbf {H} \ =\ \mu \mathbf {H} }$

di mana μ₀ adalah konstanta magnetik (lihat tabel konstanta fisika), dan ${\displaystyle (1+\chi _{v})}$ adalah permeabilitas relatif bahan. Karenanya suseptibilitas volume magnetik ${\displaystyle \chi _{v}}$ dan permeabilitas magnetik ${\displaystyle \mu }$ terkait melalui hubungan berikut:

${\displaystyle \mu =\mu _{0}(1+\chi _{v})\,}$ .

Terkadang^[4] suatu kuantitas tambahan yang disebut intensitas kemagnetan (juga merujuk pada polarisasi magnetik J) dan terukur dalam tesla, didefinisikan sebagai

${\displaystyle \mathbf {I} =\mu _{0}\mathbf {M} \,}$ .

Hal ini memungkinkan deskripsi alternatif dari semua fenomena magnetisasi dalam hal jumlah I dan B, yang bertentangan dengan yang umum digunakan M dan H.

Perhatikan bahwa definisi ini sesuai dengan konvensi SI. Namun, banyak tabel suseptibilitas magnetik memberikan nilai-nilai CGS (lebih khusus emu-cgs, singkatan dari satuan elektromagnetik, atau Gaussian-cgs; keduanya sama dalam konteks ini). Satuan ini bergantung pada definisi yang berbeda dari permeabilitas ruang bebas:^[5]

${\displaystyle \mathbf {B} ^{\text{cgs}}\ =\ \mathbf {H} ^{\text{cgs}}+4\pi \mathbf {M} ^{\text{cgs}}\ =\ (1+4\pi \chi _{v}^{\text{cgs}})\mathbf {H} ^{\text{cgs}}}$

Nilai suseptibilitas volume CGS yang tak berdimensi dikalikan dengan 4π untuk memberikan nilai suseptibilitas volume SI berdimensi:^[5]

${\displaystyle \chi _{v}^{\text{SI}}=4\pi \chi _{v}^{\text{cgs}}}$

Misalnya suseptibilitas magnetik volume CGS dari air pada 20 °C sebesar −7.19×10⁻⁷ yaitu sebesar −9.04×10⁻⁶ dalam konvensi SI.

Dalam fisika adalah hal yang biasa (dalam literatur yang lebih tua) untuk melihat suseptibilitas massa CGS diberikan dalam satuan emu / g, sehingga untuk mengkonversi volume suseptibilitas SI dapat menggunakan konversi ^[6]

${\displaystyle \chi _{v}^{\text{SI}}=4\pi \,\rho ^{\text{cgs}}\,\chi _{m}^{\text{cgs}}}$

di mana ${\displaystyle \rho ^{\text{cgs}}}$ adalah massa jenis dalam g/cm³, atau

${\displaystyle \chi _{v}^{\text{SI}}=(4\pi \times 10^{-3})\,\rho ^{\text{SI}}\,\chi _{m}^{\text{cgs}}}$

di mana ${\displaystyle \rho ^{\text{SI}}}$ adalah massa jenis dalam kg/m³.

Terdapat dua ukuran lainnya dari suseptibilitas, yaitu suseptibilitas massa magnetik (χ_mass atau χ_g, terkadang χ_m), diukur dalam m³·kg⁻¹ (SI) atau dalam cm³·g⁻¹ (CGS) serta suseptibilitas molar magnetik (χ_mol) yang diukur dalam m³·mol⁻¹ (SI) atau cm³·mol⁻¹ (CGS) yang didefinisikan di bawah ini, di mana ρ adalah massa jenis dalam kg·m⁻³ (SI) atau g·cm⁻³ (CGS) dan M adalah massa molar dalam kg·mol⁻¹ (SI) atau g·mol⁻¹ (CGS).

${\displaystyle \chi _{\text{mass}}=\chi _{v}/\rho }$

${\displaystyle \chi _{\text{mol}}=M\chi _{\text{mass}}=M\chi _{v}/\rho }$

Berdasarkan sifat magnetik yang ditunjukkan oleh kerentanan magnetiknya, batuan dan mineral dapat diklasifikasikan dalam:

• Diamagnetik

mempunyai kerentanan magnetik (k) negatif dan kecil artinya bahwa orientasi orbital elektron zat ini selalu berlawanan arah dengan medan magnet luar. Contohnya: grafit, kuarsa dan garam.

• Paramagnetik

mempunyai harga kerentanan magnetik (k) positif dan kecil.

• Feromagnetik

mempunyai harga kerentanan magnetik (k) positif dan besar yaitu sekitar 106 kali dari diamagnetik/paramagnetik.

Jika χ positif, suatu material dapat bersifat paramagnetik. Dalam hal ini, medan magnet di dalam material diperkuat oleh magnetisasi yang diinduksi. Atau, jika χ negatif, material tersebut bersifat diamagnetik. Dalam hal ini, medan magnet di dalam material dilemahkan oleh magnetisasi yang diinduksi. Umumnya, bahan non-magnetik dikatakan sebagai para- atau diamagnetik karena mereka tidak memiliki magnetisasi permanen tanpa medan magnet dari luar. Material feromagnetik, ferimagnetik, atau antiferomagnetik memiliki suseptibilitas yang positif dan memiliki magnetisasi permanen bahkan tanpa medan magnet dari luar.

Suseptibilitas magnetik beberapa bahan

Bahan	Suhu	Tekanan	${\displaystyle \chi _{\text{mol}}}$ (sus. molar)		${\displaystyle \chi _{\text{mass}}}$ (sus. mass)		${\displaystyle \chi _{v}}$ (sus. volume)		M (massa molar)	${\displaystyle \rho }$ (massa jenis)
Satuan	(°C)	(atm)	SI (m3·mol−1)	CGS (cm3·mol−1)	SI (m3·kg−1)	CGS (cm3·g−1)	SI	CGS (emu)	(10−3 kg/mol) atau (g/mol)	(103 kg/m3) atau (g/cm3)
He [7]	20	1	−2.38×10−11	−1.89×10−6	−5.93×10−9	−4.72×10−7	−9.85×10−10	−7.84×10−11	4.0026	0.000166
Xe [7]	20	1	−5.71×10−10	−4.54×10−5	−4.35×10−9	−3.46×10−7	−2.37×10−8	−1.89×10−9	131.29	0.00546
O2 [7]	20	0.209	4.3×10−8	3.42×10−3	1.34×10−6	1.07×10−4	3.73×10−7	2.97×10−8	31.99	0.000278
N2 [7]	20	0.781	−1.56×10−10	−1.24×10−5	−5.56×10−9	−4.43×10−7	−5.06×10−9	−4.03×10−10	28.01	0.000910
Udara (NTP) [8]	20	1					3.6×10−7	2.9×10−8	28.97	0.00129
air [9]	20	1	−1.631×10−10	−1.298×10−5	−9.051×10−9	−7.203×10−7	−9.035×10−6	−7.190×10−7	18.015	0.9982
Minyak parafin, 220-260cts [10]	22	1			−10.1×10−9	−8.0×10−7	−8.8×10−6	−7.0×10−7		0.878
PMMA [10]	22	1			−7.61×10−9	−6.06×10−7	−9.06×10−6	−7.21×10−7		1.190
PVC [10]	22	1			−7.80×10−9	−6.21×10−7	−10.71×10−6	−8.52×10−7		1.372
Kaca silika terfusi [10]	22	1			−5.12×10−9	−4.07×10−7	−11.28×10−6	−8.98×10−7		2.20
Berlian [11]	R.T.	1	−7.4×10−11	−5.9×10−6	−6.2×10−9	−4.9×10−7	−2.2×10−5	−1.7×10−6	12.01	3.513
Grafit [12] ${\displaystyle \chi _{\perp }}$(hingga c-axis)	R.T.	1	−7.5×10−11	−6.0×10−6	−6.3×10−9	−5.0×10−7	−1.4×10−5	−1.1×10−6	12.01	2.267
Grafit [12] ${\displaystyle \chi _{||}}$	R.T.	1	−3.2×10−9	−2.6×10−4	−2.7×10−7	−2.2×10−5	−6.1×10−4	−4.9×10−5	12.01	2.267
Grafit [12] ${\displaystyle \chi _{||}}$	-173	1	−4.4×10−9	−3.5×10−4	−3.6×10−7	−2.9×10−5	−8.3×10−4	−6.6×10−5	12.01	2.267
Al [13]		1	2.2×10−10	1.7×10−5	7.9×10−9	6.3×10−7	2.2×10−5	1.75×10−6	26.98	2.70
Ag [14]	961	1					−2.31×10−5	−1.84×10−6	107.87
bismut [15]	20	1	−3.55×10−9	−2.82×10−4	−1.70×10−8	−1.35×10−6	−1.66×10−4	−1.32×10−5	208.98	9.78
Tembaga [8]	20	1					-9.63×10−6	7.66×10−7	63.546	8.92
Nikel [8]	20	1					600	48	58.69	8.9
Besi [8]	20	1					200,000	15,900	55.847	7.874

• Konstanta Curie
• Besi
• Konstanta magnetik
• Fluks magnetik
• Persamaan Maxwell

• Linear Response Functions in Eva Pavarini, Erik Koch, Dieter Vollhardt, and Alexander Lichtenstein (eds.): DMFT at 25: Infinite Dimensions, Verlag des Forschungszentrum Jülich, 2014 ISBN 978-3-89336-953-9