磁铁和磁场

磁体是一种物质（通常是金属），吸引或排斥其附近相似的金属。这种效应和磁体原子的成分亚原子相关。

当电子（通常是带负电）绕原子核旋转的时候，它们自旋并产生了一个小磁场。这些微小的原子磁体彼此以一定顺序排列，形成磁性区域叫作“畴”。在金属片如铁片或钢片中，有数百万个畴，它们之中有些畴指向一个方向，而另一些则指向了另一个方向，所以没有一个整体磁场。但是当这些金属被放置在一个外部磁场中时，畴便与磁场以及彼此间平行排列起来，它们各自的微小磁场便组合成为单个的大的磁场，于是这块金属变成了一块磁体。

依据电子的数目和它们自旋的方式分为三种磁性：铁磁性、顺磁性和逆磁性。一个铁磁性物质（如铁、钴或镍）中畴的原子中，在外部磁场的作用下，电子的自旋整齐排列。在特定的温度之下，当外部磁场被移去的时候它们依然保持磁性，于是它们变成了永磁体。铁氧体（是钴、锌、镍和铁氧化物的混合物）是烧制的铁磁性物质，可以用来制作极强大的永磁体。

顺磁性物质在顺着外界磁场方向的时候得到了磁性，因为此时它们的成分“原子磁”整齐排列。但是当外部磁场被移去的时候，它们的磁性随之消失。其他一些物质——逆磁性的——与外部磁场方向相反的时候才能得到暂时的磁性。

在条形磁体中，磁场从棒的一端的某点附近发出，在空间中延伸，并弯曲到达条形磁体的另一端某点附近。这些点被称为磁极——北极和南极，并且磁场可以用两极之间的连线来表示。磁极总是呈南北走向成对出现的。磁力线可以认为是单个磁极在磁力的作用下所经过的路线。

磁极的另一个特性是同极——如两个北极——相斥；异极相吸。在这种情况下，它们的磁场相互结合或相互推开。事实上，任何两个磁极彼此间的作用力与它们磁力的乘积和它们之间距离的平方比成正比。由于这个原因，磁场随着离磁体距离的增加迅速衰减。

指南针中的指针是一小块装在轴上的磁体。它的指北端（事实上是北极）总是指向我们称为北方的方向。为了做到这一点，在地球北极的附近必须有一个磁南极。这仿佛地球有一根顺着地轴的巨大的条形磁体，使全球任何地方的指南针指针都处于它的磁场中，并指向南极或北极。磁极与地理磁极并不是精确重合的，并且磁极每年都在缓慢移动。航海者在使用指南针的时候必须注意这一点。