Kappaleiden ja aineiden magneettisuus

Magneettien välillä havaitaan vuorovaikutus. Ne vetävät toisiaan puoleensa tai hylkivät toisiaan. Magneeteilla on kaksi erityyppistä päätä. Keskenään samanlaiset päät hylkivät kaikki toisiaan ja erilaiset vetävät toisiaan puoleensa. Magneetin päitä kutsutaan etelä- ja pohjoiskohtioiksi, joiden lyhenteet ovat S (south) ja N (north).

Kompassin neula on herkkäliikkeinen magneetti. Kun kompassi tuodaan magneettisen kappaleen tai virtajohtimen lähelle, kohdistuu kompassineulaan magneettinen vuorovaikutus ja se kääntyy. Magneetin pohjoiskohtio vetää puoleensa kompassineulan eteläkohtiota ja päinvastoin. Kompassin neulan pohjoiskohtioon kohdistuu voima, joka kääntää neulan magneettikentän suuntaiseksi. Kompassineulan liikkeestä voidaan päätellä myös vuorovaikutuksen heikkenevän siirryttäessä kauemmas magneetista. Alla olevalla videolla havainnoidaan magneettikentän suuntaa sauvamagneetin ympäristössä.

Magneettikentän voimakkuutta ilmentää suure magneettivuon tiheys. Sen tunnus on [[$ B $]]​ ja yksikkö tesla (T​). Magneettivuon tiheydellä on suunta, joten se on vektorisuure.

Magneettisen vuorovaikutuksen yhteydessä vektorisuureita esitetään usein kolmessa ulottuvuudessa. Tällöin esim. magneettivuon tiheydelle käytetään piirrosmerkintöjä, jotka ilmaisevat sen suuntautuvan piirroksesta ulospäin ([[$ \bullet $]]​, piste) tai piirroksen sisään ([[$\times$]], rasti). Vastaavia merkintöjä voidaan käyttää myös muille vektorisuureille. Kuvassa vasemmanpuoleinen magneettikenttä suuntautuu tasosta ulos ja oikealla tasoon sisälle. Magneettikentät ovat homogeenisia, koska pisteet ja rastit sijaitsevat yhtä kaukana vierekkäisistä merkeistä.

Magneetit vetävät puoleensa toisten magneettien lisäksi tietyistä aineista, erityisesti raudasta, koostuvia kappaleita. Raudan ja magneetin välisessä vuorovaikutuksessa rauta magnetoituu, kun rautakappaletta ympäröivä ulkoinen magneettikenttä tekee raudasta magneettisen. Vaikutus voi säilyä jonkin aikaa. Pysyvä magnetoituminen eli kestomagneetti saadaan aikaiseksi esim. magnetoimalla rautaa sulana.

Kappaleen magneettisuus perustuu sen rakenneosien ominaisuuksiin. Näitä ovat sähköisesti varattujen hiukkasten liike ja alkeishiukkasten spiniksi kutsuttu ominaisuus. Magneettisissa kappaleissa aineen atomit ryhmittyvät magneettisiksi alkeisalueiksi, jotka ovat ei-magneettisessa kappaleessa sekalaisessa järjestyksessä kumoten toistensa vaikutukset. Aineen magnetoituessa alkeisalueet järjestäytyvät samansuuntaisiksi, ja aineesta tulee kokonaisuudessaan magneettinen. Useimmat materiaalit eivät magnetoidu. Esimerkiksi puun molekyylirakenne on sellainen, ettei magneettinen järjestäytyminen ole mahdollista.

 

Rauta on esimerkki ferromagneettisesta aineesta. Raudan lisäksi ferromagneettisia aineita ovat koboltti, nikkeli ja muutamat näiden seokset ja yhdisteet. Ferromagneettiset aineet vahvistavat ulkoista magneettikenttää ja magnetoituvat voimakkaasti. Arkielämästä tutut magneetit ovat ferromagneettisia aineita. Paramagneettisten tai diamagneettisten aineiden magnetoituminen on sen sijaan huomattavasti heikompaa. Paramagneettiset aineet voimistavat ulkoista magneettikenttää vain vähän, jolloin syntyy heikko vetovuorovaikutus. Diamagneettiset heikentävät magneettikenttää, ja vuorovaikutus on hylkivä.