FHSST 物理/磁铁和电磁学/永久磁铁
人类已经认识磁性数千年。磁石，一种磁化的氧化铁矿物磁铁矿，具有吸引铁制物品的特性，在欧洲和亚洲古代历史记录中都有提到，大约在公元前 800 年的欧洲，以及更早的东方，大约在公元前 2600 年。英语单词“magnet”的词根来自希腊语“magnes”，据认为源自小亚细亚的马格尼西亚，曾经是磁石的重要来源。
磁石被用作导航指南针，因为它被发现如果自由悬挂在绳子上或漂浮在水中，它会沿着南北方向定向。
指南针是一种用于寻找方向的导航仪器。它由一根磁化的指针组成，可以自由地与地球的磁场精确对齐。指南针提供了一个已知的参考方向，这在导航中非常有用。方位点是北、南、东、西。指南针可以与时钟和六分仪结合使用，以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，使航行更安全、更高效。指南针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。任何具有磁化条形或指针并在枢轴上自由旋转并指向北方和南方方向的仪器都可以被认为是指南针。
1269 年，法国人彼得·佩雷格里努斯和皮埃尔·德·马里库尔使用指南针和磁石，发现了磁石在其相对两端的磁力，他们将其定义为磁体的磁极。他们发现同极相斥，异极相吸。还发现磁极总是成对出现，因此不可能分离单个磁极或单极。将一块磁石折断成两半，就会得到两块，每一块都有自己的极对。
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，地球的磁极大致沿着地球的自转轴对齐。
英国科学家约翰·米歇尔在 1750 年发现磁体磁极之间的力的大小遵循平方反比定律，即它与距离的平方成反比。
磁力是磁场产生的结果。磁场是由运动的电荷产生的，它对其他运动的电荷施加力。在永久铁磁体中，磁场是由材料内部电子的自旋处于相同方向产生的。
将一块磁铁放在一张纸下面，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，其间距代表磁场的相对强度。磁场强度称为磁通量。磁力线形成闭合回路。在条形磁铁中，磁力线从一个极发出，然后弯曲到另一个极，其余的回路在磁铁内部。
磁体的异极相吸，将它们放在一起会导致它们的磁力线汇聚。
磁体的同极相斥，将它们放在一起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现象。它们在外磁场中通过使它们的电子自旋与外场对齐而被磁化。即使外场消失，铁磁材料也能保持其磁性，因为电子自旋保持其方向。在足够高的温度下，铁磁体会失去其方向，因为热量会导致铁内部电子轨道的方向随机化。
铁始终会被磁化，以便被磁铁吸引，无论哪个磁极朝向未磁化的铁。
铁磁材料在去除外场后保持其磁化的能力称为剩磁率。
顺磁性材料是铝或铂等材料，它们在外磁场中以类似于铁磁材料的方式被磁化，但当去除外磁场时，它们会失去其磁性。
抗磁性是由铜或铋等材料表现出的，它们在外磁场中被磁化，其极性与外磁场相反。与铁不同，它们会被磁铁轻微排斥。
地球磁场的原因尚不清楚，但可能是由发电机理论解释的。磁场延伸到太空数万公里。该场近似于一个磁偶极子，一个极位于地理北极附近，另一个极位于地理南极附近。连接磁极的假想线将与地球的自转轴成大约 11.3 度的倾斜。磁极的位置不是静止的，而是每年会漂移数公里。两个磁极相互独立地漂移，并且不在地球上的完全相反的位置。目前，南磁极比北磁极更远离地理南极。
目前，地球表面磁场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，这主要集中在磁极附近。该场类似于条形磁体的场，但这种相似性是表面的。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产生的。然而，地球的核心温度高于 1043 K，这个温度是铁内部电子轨道的方向随机化的温度。因此，地球的磁场不是由磁化的铁矿床引起的，而是主要由电流（称为地电流）引起的。地球磁场与条形磁体不同的另一个特征是它的磁层。
磁层是围绕天体的一个区域，在这个区域内，现象主要受其磁场的支配。地球被一个磁层包围，木星、土星、天王星和海王星等磁化行星也是如此。水星是磁化的，但太弱了，无法捕获等离子体。火星有斑驳的表面磁化。
地球的远场受到太阳风的影响很大，太阳风是一种来自太阳的热流出，由以大约 400 公里/秒的速度运动的太阳离子（主要是氢）组成。地球的磁场对太阳风形成一个障碍。
地球的磁场以数万年到数百万年的间隔反转，平均间隔为 250,000 年。据信，最后一次发生在 780,000 年前。导致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，总体地磁场正在以每年下降的速率减弱，如果这种趋势持续下去，该场将在大约公元 3000-4000 年左右消失，尽管是暂时的。这种衰退大约在 150 年前开始，并在过去几年中加速。到目前为止，地球磁场的强度已经下降了 10% 到 15%。