Magnetisme

Magnetisme er en kraft som virker på avstand og skyldes elektriske ladninger i bevegelse. Dens virkning kan beskrives ved et magnetisk felt.  Materialer som er magnetiske, kalles magneter. Jorden er en magnet som omgir seg med et jordmagnetisk felt som brukes ved navigasjon. Magnetisme opptrer i de minste atomer og 
i de største galakser og har mange anvendelser i moderne teknologi.
Alle stoffer kan gjøres mer eller mindre magnetiske under påvirkning av magneter eller elektriske strømmer. Dette benyttes i elektromagneter.  Virkningen til elektriske motorer skyldes magnetiske krefter. Denne sammenhengen mellom elektrisitet og magnetisme blir omtalt som elektromagnetisme. 
Einstein viste i den spesielle relativitetsteori at elektriske og magnetiske krefter er to aspekt av samme fenomen, avhengig av hvordan de observeres. Magnetisme kan dermed forklares ved Coulombs lov brukt  på ladninger som beveger seg. Derfor inngår magnetisme som en sentral del av elektrodynamikk og opptrer i all elektromagnetisk stråling som dagens telekommunikasjon er basert på.

Historie

Det har vært flyktig kjennskap til magneter og deres virkning i mange hundre år, omspunnet av en rekke myter. De gamle grekerne hadde mange filosofiske tanker om emnet uten at de nødvendigvis var basert på så mye praktisk erfaring. Kineserne var sannsynligvis de første til å oppdage at en magnet som svinger i et vannrett plan, alltid pekte i retningene nord og sør. De oppfant med andre ord kompasset. De oppdaget at magneter har to poler og at begge polene tiltrekker jern. To magnetpoler kan tiltrekke eller frastøte hverandre.
Kompasset kom til Europa på 1200-tallet. Den første som tok tak i dette var legen og forskeren William Gilbert. Han arbeidet i 18 år med boka De Magnete Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure (Om magneten og magnetiske legemer, og om den store magneten Jorden) som kom ut i 1600. Den er bedre kjent som De Magnete og var det første arbeidet i fysikk, av betydning, som hadde blitt produsert i England.
I Gilberts arbeid avkreftet han en rekke myter om magnetismen samtidig som han oppdaget nye fenomener, som at man kan magnetisere metallbiter ved å gni dem mot en magnet. Han oppdaget lovene om magnetisk tiltrekning og frastøting og foreslo at Jorden fungerer som en stor magnet med to poler. De ga han navnet  den magnetiske nordpol og den magnetiske sydpol. Denne beskrivelsen av Jordens magnetisme har vist seg gyldig frem til våre dager.

Ørsteds elektromagnetisme

Arbeidet til Gilbert var så grundig at etter han ble det ikke tilført noen nye kunnskaper om magnetisme før Hans Christian Ørsted oppdaget elektromagnetisme i 1820. Frem til da trodde man at magnetisme kunne forklares analogt til elektrisitet ved at det fantes to væsker som transporterte ladninger tilsvarende magnetiske nord- og sydpoler.
Denne forklaringen ble grunnleggende forandret ved eksperimentet til Ørsted hvor han viste at en magnetnål ble påvirket av en elektrisk strøm.  Den vil slå ut til den ene eller den andre siden avhengig av om nålen er plassert over eller under ledningen som fører strømmen. Videre undersøkelser fikk han til å konkludere med at den skapte en «elektrisk konflikt» som er konstant i en sirkel med akse langs strømmen og en styrke som avtar med avstanden til kompassnålen.  Denne «konflikten» ble snart omtalt som det magnetiske feltet som blir skapt av strømmen. Hans observasjoner kan sammenfattes i det som ofte kalles for Ørsteds lover. Han selv foreslo å kalle denne sammenhengen mellom elektriske og magnetiske fenomen for elektromagnetisme.
Ørsted fulgte ikke opp sine oppdagelser med videre undersøkelser. Men de skapte med en gang stor oppsikt i utlandet. Spesielt i Frankrike ble de mottatt med begeistring og ble raskt fulgt opp av mer presise eksperiment og teoretiske betraktninger.

Indusert magnetisering

Da atomer og molekyler består av ladete partikler, vil alle materialer påvirkes av magnetiske felt selv om de ikke har noen permanent magnetisering. Men plasseres et slikt umagnetisk materiale i et magnetfelt, vil  den magnetiske fluksen som går gjennom hver atomær elektronbane, variere og dermed indusere en forandring i deres bevegelse. Ifølge Lenz' lov er denne forandringen slik at den prøver å motvirke eller svekke effekten av det ytre magnetfeltet H. Den resulterende magnetiseringen M = χ H vil derfor bli motsatt rettet slik at susceptibiliteten  χ < 0. Dette kalles for diamagnetisme og materialer med denne egenskapen, sies å være «diamagnetiske».
Noen materialer kan også inneholde atomer som har dipolmoment. I et ytre magnetfelt vil de rette seg inn langs dette og bidra til en magnetisering i samme retning. Dette kalles for paramagnetisme. Er denne effekten større enn den diamagnetiske, sies materialet å være «paramagnetisk» med en permeabiltet χ > 0.

Paleomagnetisme

Da Jorden var veldig ung, befant dagens bergarter seg i en flytende tilstand av magma eller lava. Magnetiske mineraler kunne da fritt rette seg inn etter det jordmagnetiske feltet som eksisterte på det tidspunktet.  Når denne massen senere gikk over i fast form, ville magnetiseringen bli «frosset» inn i steinen såfremt størkningstemperaturen var lavere enn Curie-temperaturen. Ved å bestemme denne magnetiseringen i dagens bergarter, vil man da kunne danne seg et bilde av hvordan Jordens magnetfelt var i tidligere perioder.  Slike undersøkelser kalles paleomagnetisme og kan gi oss viktige informasjon om Jordens geologiske historie.