Hogyan működik a mágnes?

A közönséges anyag részecskékből áll, például protonokból, neutronokból és elektronokból, amelyek mindegyikének van egy alapvető tulajdonsága: a kvantummechanikai spin. A spin minden részecskének egy bizonyos mágneses teret ad. Mivel egy átlagos mikroszkopikus anyagdarab nagyszámú ilyen részecskét tartalmaz, azt várnánk, hogy minden anyag mágneses. Ez azonban nem így van.

Ezeknek a részecskéknek a spinje minden atomban és molekulában szigorúan a Pauli-féle kizárási elv szerint rendezett. A spin-elrendezésnek ez az elve azonban nem vonatkozik az atomok és molekulák közötti nagy távolságokra. E távoli elrendezés nélkül nincs nettó mágneses tér, mivel az egyes részecskék mágneses momentumait a többi részecske nyomatéka kioltja.

Az állandó mágnesek különlegessége, hogy létezik náluk a távoli elrendezés. A legmagasabb fokú rendezettség a mágneses tartományokban létezik. Ez a mikroszkopikus környezetekhez hasonlítható, ahol erős kölcsönhatás van a részecskék között, ami magas szintű rendezettséget eredményez. Minél magasabb a sorrend a tartományban, annál erősebb az eredményül kapott mező. A ferromágneses anyagok fő jellemzője a nagy hatótávolságú rend (és az ebből eredő erős mágneses tér).

Az állandó mágnesekhez olyan anyagokat használnak, amelyeket együttesen "mágnesesen kemény anyagoknak" neveznek. Alapvető mágneses tulajdonságuk, hogy a külső mágneses tér megszűnése után is jelentős mágneses polarizációt képesek fenntartani.

A mágneses tér jelenléte úgynevezett mágneses jelenségekkel és hatásokkal nyilvánul meg. A laikus szemlélő számára a környező úgynevezett ferromágneses anyagokra gyakorolt erőhatása különösen a mágneses térforrás úgynevezett pólusai közelében érezhető. A megállapodás meghatározta a mágneses pólusok kijelölését:

Északi pólus - nemzetközileg "N" betűvel jelölve, a mágneses térforrásokon (pl. állandó mágnes) pedig színes csíkkal van jelölve. A megállapodás megállapította, hogy az északi pólus helyén lévő mágneses erővonalak a mágneses térforrás testéből erednek.

Déli pólus - nemzetközileg "S" betűvel jelölve, és gyakran nincs jelölve a mágneses térforrásokon (mágneseken). A megállapodás megállapította, hogy a déli pólus helyén lévő mágneses erővonalak belépnek (visszatérnek) a mágneses térforrás testébe. A mágneses tér forrásának testén belül az erővonalak az északi pólus felé folytatódnak és zárt görbéket alkotnak.

A gyakorlatban gyakran használják azt a tudást, hogy a két mágneses térforrás pólusaitól eltérően vonzzák egymást, az azonos nevű pólusok pedig taszítják egymást (például az ún. "mágneses párna" fizikai elve).