Magnet

En magnet er et objekt som omgir seg med et magnetisk felt. Den kan være en laget av et ferromagnetisk materiale slik at den har en permanent magnetisering eller den kan være en elektromagnet som er avhengig av en elektrisk strømforsyning. Fysiske fenomen forbundet med magneter omtales som magnetisme som igjen er forklart ved elektromagnetisk teori. 
Magneter utnyttes i elektriske motorer, høyttalere, metalldetektorer, harddisker, lydbånd/databånd, følere i tyverialarmer, dørlukkere, teleslynger for høreapparater, katodestrålerør/TV-rør og MR-maskiner (bildedannelse ved magnetisk resonans). I mange hjem kan magneter sees sittende fast på kjøleskapsdører.  
Noen steiner har naturlige magnetfelt og var de første, permanente magneter. I dag kan magneter produseres industrielt. Navnet magnet kommer fra byen Magnisía i Hellas hvor det i oldtiden ble funnet det magnetiske mineralet magnetitt med den kjemiske formelen  Fe₃O₄. 
Av slike materialer ble det tidlig lagt kompass hvor den bevegelig delen er en permanent magnet. Den retter seg inn langs Jordens magnetfelt. På den måten sies den enden av magneten som peker mot Den magnetiske nordpolen å være en «nordpol» N for magneten, mens den andre enden kalles magnetens «sydpol» S. Man kan ikke isolere en enkelt N- eller S-pol. Slike magnetiske ladninger eller monopoler finnes ikke. Derimot fremkommer magnetiske effekter fra elektriske strømmer som ble vist av Ørsted, Ampère og formulert i Biot-Savarts lov.
De detaljerte egenskapene til magnetiske materialer ble først forstått ved etableringen av moderne kvantemekanikk. Deres magnetiske felt skyldes bevegelsen til elektronene i materialets atomer i samspill med deres spinn. Slik forklares også at egenskapene til permanente magneter forsvinner ved tilstrekkelig høy oppvarming.

Historie - magnet

Lenge før magnetiske kompassnåler ble først brukt i Europa, var deres nytte kjent i Kina. Der var det kjent at en magnet som svinger i et vannrett plan, alltid peker i retningene nord og sør. De oppfant med andre ord kompasset. De gamle grekerne hadde mange filosofiske tanker om emnet uten at de nødvendigvis var basert på så mye praktisk erfaring.  Lucretius i sitt store verk De Rerum Natura omtalte hvordan en magnet kunne holde fast på en jernring. Dermed ble ringen magnetisert slik at den igjen kunne holde fast i andre ringer. På samme måte kunne en nål av jern bringes i nærheten av en permanent magnet og selv bli magnetisk.
Kompasset kom til Europa på 1200-tallet. Dets virkning var i mange år omgitt av myter og overtro. For eksempel mente noen at dets virkning skyldes Nordstjernen eller var forårsaket av spesielle forhold ved den geografiske Nordpolen.

Gilbert

Den første, vitenskapelige undersøkelse av magnetiske fenomen ble foretatt av William Gilbert som presenterte sine resultat i det kjente verket De Magnete i 1600.
Han viste at Jorden selv er en magnet som retter inn kompassnålene.  Videre bekreftet han mer presist at mens to ulike poler tiltrekker hverandre, vil to like poler som NN eller SS frastøte hverandre. Ved å dele en magnet i to mellom  N-polen og S-polen, fikk man ikke isolert disse, men derimot to nye magneter med hver sine N- og S-poler. Ved å gjenta denne oppdelingen, ville man fortsatt ikke kunne isolere en enkelt pol. Vanlige stavmagneter har to poler. Men magnetiseres en jernring, får man en ringmagnet uten poler. 
Med Gilberts forklaring er grunnen til at kompassnålens N-pol peker mot nord, at det finnes en magnetisk S-pol i området rundt den geografiske Nordpolen. Det betyr at  Den magnetiske nordpolen i virkeligheten er en magnetisk sydpol, og tilsvarende er Den magnetiske sydpolen en N-pol.
Ved bruk av kompassnåler som kan bevege seg både i det horisontale og vertikale planet, kan man kartlegge retningen til det jordmagnetiske feltet i hvert punkt. Denne retningen blir angitt ved to vinkler som angir den horisontale, magnetiske deklinasjon og den vertikale, magnetiske inklinasjon. Det ble tidlig klart at disse verdiene varierte langsomt med tiden. Allerede i 1692 foreslo Edmond Halley at dette skyldes at de magnetiske polene er festet til en bevegelig sfære inni Jorden. Denne forklaringen er ikke så forskjellig fra hva man vet idag der Jordens magnetfelt skyldes elektriske strømmer i dens indre.

Magnetisering

Ved sine eksperimenter og analyse av disse ble Ampère overbevist om at alle magnetiske fenomen skyldes elektriske strømmer som går i lukkete sløyfer. Dette skulle gjelde også for det magnetiske feltet fra permanente magneter. I disse skulle det finnes mikroskopiske strømsløyfer som ga opphav til magnetiske effekter på nøyaktig samme måte som de han hadde observert fra strømførende ledninger. Hver slik strømsløyfe kan beskrives som en magnetisk dipol. Med fremveksten av moderne atomfysikk har dette bildet vist seg å være en meget profetisk antagelse da hans mikroskopiske strømsløyfer tilsvarer elektronenes gang i lukkete baner omkring atomene.
I denne modellen til Ampère gir alle de mikroskopiske strømsløyfene opphav til en kontinuerlig fordeling av magnetiske dipolmoment. Det er vanlig å betegne deres midlere tetthet med vektorfeltet  M som kalles materialets magnetisering. I prinsippet kan denne variere i rommet, men i mange praktiske situasjoner er den konstant både i størrelse og retning. Det magnetiske momentet til et lite volum V er da m = MV og har dimensjon A⋅m² i SI-systemet. 
En sylinderformet stavmagnet med magnetiseringen M rettet langs aksen vil ha nærliggende Ampère-strømmene inni magneten som kansellerer slik at man står igjen med en makroskopisk strøm langs sylinderoverflaten. De gir opphav til et magnetisk felt B som inni magneten er rettet langs dens akse. Dette kan regnes ut fra Biot-Savarts lov. Beregningen blir den samme som for en strømførende spole som leder en strøm per lengdeenhet på overflaten lik med M. Utenfor magneten ser feltet ut som fra en magnetisk dipol m = MV når dens volum V er lite nok.
Man kan alternativt tenke seg en slik magnetisk dipol sammensatt av en positiv og en negativ magnetisk ladning ±qₘ i dens endepunkt. Hvis avstanden mellom dem er gitt ved vektoren d, vil de da sammen utgjøre en magnetisk dipol med moment m = qₘ d helt analogt med en elektrisk dipol. Selv om slike magnetiske ladninger ikke finnes, kan denne modellen til Gilbert ofte gi en nyttig forståelse av magnetiske krefter.

Magnetisk hysterese

Virkelige magneter er vanligvis laget av ferromagnetisk materiale. Dette inneholder små domener hvor magnetiseringen er konstant. Utsettes dette materialet for et ytre magnetfelt H, vil disse rette seg inn i samme retning ved økende feltstyrke. Den makroskopiske magnetiseringen M vil øke med økende H, men denne forandringen er ikke lineær. Dette uttrykkes ved fenomenologisk ved en ikke-lineær relasjon B = B(H) som tilsvarer variabel permeabilitet for magnetmaterialet. Når H er blitt tilstrekkelig stor, peker magnetiseringen i alle domenene langs dette feltet, og det resulterende fluksfeltet B sies å ha gått i metning.
Hvis nå det ytre feltet H reduseres til null, vil fluksfeltet få et litt annet forløp uttrykt ved en modifikasjon av funksjonen B(H). Når H = 0, vil det fremdeles være et fluksfelt Bᵣ = μ₀Mᵣ  i materialet hvor Mᵣ  er den remanente magnetiseringen. For å få den ned til null, må det ytre feltet øke i motsatt retning til verdien Hc som angir materialets koersivitet. 
Ved å øke H ytterligere, går materialet i metning i motsatt retning. Hvis man så reverserer prosessen og øker H igjen, vil B-feltet få et nytt forløp B(H) før det igjen går i metning i den opprinnelige retningen. Den fulle variasjonen av de to magnetfeltene er beskrevet ved en lukket «hysteresekurve» i BH - diagrammet.

Permanent magnetisering

Hysteresekurvene er karakteristiske for materialet som benyttes i magneten, men uavhengig av hvordan den ser ut. Men den geometriske formen bestemmer hvor stor dens magnetisering blir. Hvis den er lang og tynn (kompassnål), er H = 0 i dens midte. Dens magnetisering er derfor gitt ved den remanente magnetiseringen Mᵣ = Bᵣ /μ₀. For en magnetisert kule er derimot de interne feltene relatert ved B = -2μ₀H. Dette beskriver en rett linje i  BH - diagrammet med stigningstall -2. De resulterende verdiene for B og H finnes fra dens skjæringspunkt med hysteresekurven. Magnetiseringen følger så fra M = B /μ₀ - H.

Kjøleskapsmagnet

En kjøleskapsmagnet består av et tynt lag av ferromagnetisk materiale som på den ene siden har et belegg som kan brukes til bilder, tekst eller andre illustrasjoner.  Magnetiseringen består av regelmessige domener som er arrangert slik at magnetfeltet på siden mot kjøleskapsdøren ser ut som en serie med små hesteskomagneter av samme størrelse som domenene og med vekselende polaritet. Denne siden kan derfor festes til en kjøleskapsdør med høy magnetisk permeabilitet ved at det oppstår en attraktiv Maxwell-spenning i et tynt luftgap mellom døren og magneten.
De regelmessig arrangerte domenene gir et netto magnetfelt som går raskt mot null utenfor magneten da de virker i motsatt retning. I en avstand som tilsvarer størrelsen av disse, kan det settes tilnærmet lik null. Tiltrekningen mot kjøleskapsdøren blir likevel sterk når luftgapet er svært lite da den er bestemt av magnetiseringen til hver domene og er uavhengig av retningen til denne i hver domene.