Magnetväli. Püsimagnetid
Vooluga juhet ümbritseb magnetväli.

Juba 9. klassi Elektriõpetuses oli juttu sellest, et vooluga juhet ümbritseb magnetväli. Elektrivool on aga laengukandjate suunatud liikumine. Seega tekib laengukandjate suunatud liikumise tulemusena magnetväli.

Magnetväljaks nimetatakse laetud osakeste liikumisel tekkivat jõuvälja. Paigalseisev laeng (laetud keha) kutsub esile elektrivälja, liikuv laeng (elektrivool) aga täiendavalt ka magnetvälja. Seega on magnetvälja olemasolu mingi vaatleja jaoks niisama suhteline kui liikumine ise.

Samas pole magnetnähtuste tekkimiseks sugugi alati vaja elektrivoolu. Esmase kogemuse magnetismiga on igaüks meist saanud mitte voolu vaid just püsimagneti magnetvälja kaudu.

Püsimagnet on olemuslikult magnetvälja omav keha. Selle magnetvälja tekitavad osakesed, millest püsimagnet koosneb. Nii elektron, prooton kui ka neutron tekitavad juba üksnes oma olemasoluga magnetvälja. Seejuures määrab püsimagneti omadused eelkõige elektronide olemuslik magnetväli.

Elektronide spinne võib ette kujutada põhjustatuna nende pöörlemisest ümber oma telje. Elektronide spinne rakendades loodetakse luua seni kasutatutest oluliselt võimekamaid mäluseadmeid.

Aineosakese omamagnetväli on seotud osakese sisemise liikumise ehk spinniga. Nimetus tuleneb spinni tõlgendamisest aineosakese pöörlemisena ümber oma telje (ingl.k. to spin - pöörlema). Seda pöörlemist ei saa peatada. Võib vaid muuta pöörlemistelje asendit ruumis. Spinniga kaasneb alati kindel magnetväli, mis on suunatud piki pöörlemistelge. Spinn on osakest sama kindlalt iseloomustav suurus nagu laeng või mass. Seetõttu käsitletakse spinni omalaadse "pöörlemislaenguna". Spinnil puudub lihtne klassikaline mudel, mis kirjeldaks kõiki katsetulemusi. Seetõttu oleme sunnitud leppima üpris ebakonkreetse määratlusega "sisemine liikumine".

Püsimagneti juures võib tinglikult eristada kahte piirkonda, mille mõttelisi keskmeid nimetatakse põhjapooluseks ja lõunapooluseks (tähised vastavalt N ja S). Tähistusviis tuleneb väikese pöördumisvõimelise püsimagneti ehk magnetnõela käitumisest Maa magnetväljas. Nimelt on magnetnõelal kalduvus orienteeruda ehk asetuda ligikaudu piki geograafilist põhja-lõuna suunda.

Orienteerunud magnetnõela seda otsa, mis näitab geograafilist põhjasuunda, on hakatud nimetama magnetnõela või püsimagneti põhjapooluseks ja magnetnõela geograafiliselt lõunapoolset otsa lõunapooluseks.

Magnetnõela kindlaviisiline asetumine magnetväljas määrab magnetvälja kirjeldava vektoriaalse suuruse ehk B-vektori suuna. B-vektorist tuleb lähemalt juttu punktis 1.5.2.

Juba 13. sajandil tehti kindlaks, et ühe püsimagneti põhjapoolus ja teise lõunapoolus tõmbuvad, sama liiki poolused aga tõukuvad. See tulemus oli pöördelise tähtsusega, kuna tavakogemuse kohaselt püsimagnet vaid tõmbab raudesemeid enda poole.

Raudesemete tõmbumist püsimagneti mistahes pooluse suunas põhjustab rauatüki ajutine muutumine magnetiks. Seejuures tekitab püsimagneti üks poolus just rauatüki endapoolses küljes vastupidise magnetpooluse ja kutsub niimoodi esile tõmbejõu. Nähtust, mille korral magnetvälja paigutamise tulemusena hakkab aine ka ise tekitama magnetvälja, nimetatakse aine magneetumiseks.

J.1.13 Püsimagneti pooli­ta­mine: tulemuseks on kaks uut püsimagnetit.

Magnetpooluste uurimisel avastati veel, et püsimagneti poolitamise tulemuseks ei ole mitte kaks lahutatud magnetpoolust, vaid kaks uut püsimagnetit, millel on kummalgi oma põhjapoolus ja oma lõunapoolus (J.1.13). See näitab selgesti pooluste tinglikkust. Järelikult on sarnasus kahe märgiga elektrilaengute ja kahte liiki magnetpooluste vahel vaid näiline. Erimärgilisi elektrilaenguid on ju võimalik ruumis lahku viia, magnetpoolustega seda aga teha ei saa.

J.1.14 Osakeste ühesuunalised omamagnetväljad püsimagnetis.

Arvestades, et püsimagneti väli on põhjustatud osakeste omamagnetväljadest, on niisugune tulemus aga kergesti mõistetav. Koosnevad ju kõik püsimagneti piirkonnad ühtedest ja samadest osakestest. Järelikult ei saagi püsimagneti osade vahel põhimõttelist erinevust olla. Magnetpooluste eristamisega kirjeldatakse vaid püsimagneti poolt tekitatava magnetvälja suunda (J.1.14).

Pärast seda, kui Coulomb oli 1785. aastal avastanud elektrijõu pöördvõrdelise sõltuvuse laetud kehade vahekauguse ruudust, asus ta korraldama samalaadseid katseid püsimagnetitega. Coulomb jõudis järeldusele, et ka magnetpooluste vahel mõjuv jõud on pöördvõrdeline poolustevahelise kauguse ruuduga. Niisiis on jõu sõltuvus vastastikmõjus olevate kehade vahelisest kaugusest ühesugune nii elektrijõu kui magnetjõu korral.