FHSST 物理/磁体与电磁学/永磁体
人类对磁性的了解已经有数千年的历史。磁石，一种磁化的氧化铁矿物磁铁矿，具有吸引铁制物体的特性，在公元前 800 年左右的欧洲和亚洲的历史记录中都有提及，在欧洲是在公元前 800 年左右，而在东方则更早，大约在公元前 2600 年。英语单词“magnet”的词根是希腊语“magnes”，据认为源于小亚细亚的马格尼西亚，曾经是磁石的重要来源。
磁石被用作航海罗盘，因为它被发现如果悬挂在绳子上或漂浮在水中自由旋转，它会朝南北方向定向。
罗盘是一种用于寻找方向的航海仪器。它由一个磁化的指针组成，可以自由地与地球的磁场对齐。罗盘提供一个已知的参考方向，这对导航非常有帮助。基本方向是北、南、东和西。罗盘可以与钟表和六分仪结合使用，提供非常精确的导航能力。这种装置极大地改善了海上贸易，使航行更加安全和高效。罗盘可以是任何使用指针来指示行星磁层的磁北方向的磁性装置。任何具有自由转动在枢轴上的磁化条或针，并指向北方和南方方向的仪器都可以被认为是罗盘。
1269 年，法国人彼得·佩雷格林和皮埃尔·德·马里库尔使用罗盘和磁石，发现了磁石在其相对两端的磁力，他们将其定义为磁体的两极。他们发现同极相斥，异极相吸。也发现磁极总是成对出现，所以，不可能分离出单个磁极，即单极。将一块磁石折断成两半，会得到两块新的磁石，每块都有自己的一对磁极。
1600 年，英国医生威廉·吉尔伯特得出结论，地球本身就是一个磁体，地球的磁极大致与地球的自转轴对齐。
英国科学家约翰·米歇尔在 1750 年发现，磁体两极之间的力的强度遵循平方反比定律，即它与分离距离的平方成反比。
磁力是磁场的结果。磁场是由运动的电荷产生的，它对其他运动的电荷施加力。在永久的铁磁体中，磁场是由材料内部电子的自旋在同一方向上产生的。
将一块磁铁放在一张纸的下面，在上面撒上铁屑，就可以绘制出磁场。铁屑会平行于磁场排列。磁场可以用磁力线来表示，磁力线平行于磁场，它们之间的间距表示磁场强度的相对值。磁场强度的被称为磁通量。磁力线形成闭合回路。在条形磁铁中，磁力线从一个磁极发出，然后绕着曲线走向另一个磁极，剩余的回路在磁铁内部。
磁体的异极相互吸引，将它们靠近会导致它们的磁力线汇聚。
磁体的同极相互排斥，将它们靠近会导致它们的磁力线发散。
铁磁性是铁、镍或钴等材料表现出的一种现象。它们在外磁场中通过将其电子自旋与外场对齐而被磁化。铁磁材料即使在去除外场后仍保持其磁性，因为电子自旋保持其方向。在足够高的温度下，铁磁体失去其方向，因为热量导致铁内部电子轨道方向随机化。
铁总是被磁化，从而被磁铁吸引，无论将哪个磁极靠近未磁化的铁。
铁磁材料在去除外场后保持其磁化的能力被称为它的剩磁率。
顺磁性材料是铝或铂等材料，它们在外磁场中被磁化的方式与铁磁材料类似，但在去除外磁场后会失去磁性。
抗磁性是由铜或铋等材料表现出来的一种现象，它们在外磁场中被磁化的极性与外磁场的极性相反。与铁不同，它们会被磁铁稍微排斥。
地球磁场产生的原因尚不清楚，但可能是由发电机理论解释的。磁场延伸到太空中数万公里。该场大约是一个磁偶极子，一个磁极位于地理北极附近，另一个磁极位于地理南极附近。连接磁极的假想线将与地球自转轴倾斜大约 11.3 度。磁极的位置不是静止的，而是每年会漂移数公里。两个磁极彼此独立地漂移，并且不在地球上的完全相反的位置。目前，南磁极离地理南极的距离比北磁极离地理北极的距离更远。
目前，该场在地球表面的强度范围从包括南美洲和南非大部分地区的不到 30 微特斯拉（0.3 高斯）到加拿大北部和澳大利亚南部以及西伯利亚部分地区的 60 微特斯拉（0.6 高斯）以上。该场类似于条形磁体的场，但这种相似性只是表面上的。条形磁体或任何其他类型的永久磁体的磁场是由铁原子内部电子的协调运动（带负电的粒子）产生的。然而，地球的核心温度高于 1043 K，这是铁内部电子轨道方向随机化的温度。因此，地球的磁场不是由磁化铁矿床引起的，而是主要由电流（称为地电流）引起的。另一个使地球磁场区别于条形磁体的特征是它的磁层。
磁层是围绕一个天体周围的一个区域，在这个区域中，现象以其磁场为主导。地球被磁层包围，磁化的木星、土星、天王星和海王星也是如此。水星具有磁性，但太弱而无法捕获等离子体。火星表面具有斑驳的磁性。
地球的远场受到太阳风的影响很大，太阳风是从太阳吹出的热气流，由太阳离子（主要是氢）组成，以大约 400 公里/秒的速度运动。地球的磁场对太阳风形成了一个障碍。
地球的磁场会以间隔时间反转，间隔时间从数万年到数百万年不等，平均间隔时间为 250,000 年。据信，最后一次反转发生在 780,000 年前。造成地磁反转的机制尚不清楚。当北极以相反的方向重新出现时，我们会将其解释为反转，而关闭并以相同方向返回被称为地磁偏移。目前，整个地磁场正在以更快的速度减弱，如果这种趋势持续下去，该场将在 3000-4000 年左右消失，尽管只是暂时消失。这种衰退大约在 150 年前开始，并且在过去几年中加速。到目前为止，地球磁场强度已经下降了 10% 到 15%。