Virtajohtimen magneettikenttä
Kestomagneettien lisäksi sähkövirta synnyttää magneettikentän. Ensimmäiset havainnot sähkövirran synnyttämästä magneettikentästä teki tanskalainen fyysikko Hans Christian Ørsted v. 1820. Havainto oli perusta nykyiselle sähkömagnetismin teorialle, jossa sähköiset ja magneettiset ilmiöt nähdään saman perusvuorovaikutuksen ilmentyminä.
Paikallaan oleva (staattinen) sähkövaraus ei luo ympärilleen magneettikenttää. Varatun hiukkasen liike, kuten sähkövirta johtimessa, sen sijaan synnyttää magneettikentän. Oheisessa videossa havainnoidaan magneettikenttää virtajohtimen ympäristössä kompassia käyttäen.
Videolla havaittiin, että virtajohtimen magneettikenttä osoittaa päinvastaisiin suuntiin eri puolilla johdinta. Kenttäviivat ovat johdinta kiertäviä ympyröitä. Kauempana johtimesta kompassi reagoi heikommin sähkövirtaan, joten kenttä heikkenee siirryttäessä johtimesta poispäin. Virtajohtimen kentän suunta voidaan päätellä johtimen oikean käden säännöllä. Peukalo ilmaisee sähkövirran suunnan johtimessa ja sormien kiertosuunta magneettikentän suunnan.
Kentän voimakkuuteen virtajohtimen läheisyydessä vaikuttavat sähkövirran suuruus sekä etäisyys johtimesta. Tarkoissa mittauksissa magneettivuon tiheyden ja sähkövirran välille löydetään suoraan verrannollisuus ([[$ B \backsim I $]]). Etäisyyden ja magneettivuon tiheyden välillä on puolestaan käänteinen riippuvuus ([[$ B \backsim 1/r $]]). Nämä riippuvuudet pätevät, kun johdin jatkuu kauas molempiin suuntiin tarkastelukohdasta. Malli antaa oikeanlaisia ennusteita pitkille virtajohtimille.
Koulutöissä tai arkielämässä syntyvien sähkövirtojen luomat magneettikentät ovat hyvin heikkoja, mutta sähkönsiirtolinjoissa kulkee suuria sähkövirtoja. Vaikka sähkövirta voi olla varsin suuri, on magneettivuon tiheys linjan alla maanpinnan tasolla tyypillisesti heikompi kuin Maan magneettikenttä johtuen käänteisestä etäisyysriippuvuudesta.
Magneettikenttä riippuu myös väliaineesta, jossa johdin sijaitsee. Eri väliaineiden kykyä välittää magneettista vuorovaikutusta kutsutaan permeabiliteetiksi, jota merkitään tunnuksella [[$ \mu $]] . Tyhjiön permeabiliteettia, luonnonvakiota, merkitään tunnuksella [[$ \mu_0 $]], ja sen suuruus on [[$ \mu_0=4\pi \cdot 10^{-7} \frac{\text{T}\cdot \text{m}}{\text{A}} $]]. Ilma ei vaikuta magneettikenttään merkittävästi eri tavalla kuin tyhjiö. Tilanteet, jossa väliaineena on ilma, mallinnetaan tyhjiön permeabiliteettia käyttäen.
Virtajohtimen magneettikenttä
Virtajohdin synnyttää ympärilleen magneettikentän. Kenttäviivat ovat johdinta kiertäviä ympyröitä. Kentän suunta voidaan päätellä oikean käden säännön mukaisesti.
Magneettivuon tiheys tietyssä pisteessä pitkän suoran johtimen lähellä riippuu sähkövirrasta ([[$ I $]]) sekä siitä, kuinka etäällä piste on johtimesta ([[$ r $]]).
[[$ \quad B=\dfrac {\mu_0}{2\pi}\dfrac {I}{r} $]]
[[$ \mu_0 $]] on tyhjiön permeabiliteetti, jonka arvo on [[$ \mu_0=4\pi \cdot 10^{-7} \frac{\text{T}\cdot \text{m}}{\text{A}} $]].