Snov v magnetnem polju. Spomnimo se sorodnih tem; te so se dotikale prevodnika oziroma dielektrika in električnega polja. Kaj nas je zanimalo? Predvsem to, kako se snov odziva na polje, kaj se v njej dogaja in kako to modelirati. In podobno bo tudi tokrat: spoznali se bomo z odzivi magnetnih snovi oziroma magnetikov, ko so ti dani v magnetno polje. Magnetiki imajo v elektrotehniki precej pomembno vlogo: brez njih ne bi bilo raznih elektromehanskih pretvornikov (elektromagnetov, generatorjev in motorjev) pa tudi ne transformatorjev, ki služijo varčnemu prenosu energije od elektrarn do porabnikov.

Ampèrovi toki. Model odzivanja magnetikov na magnetno polje se opira na magnetne dipole v atomih. Teorija sodi v kvantno fiziko, sama ideja pa je od nje starejša in pripada Ampèru. Že on je davno tega postavil hipotezo, da so v magnetno značilnih snoveh (železo, kobalt, nikelj) prisotni nekakšni notranji toki, ki pripomorejo k temu, da je magnetno polje v njih močnejše, kot bi bilo sicer. Danes vemo, da so nosilci notranjih oziroma Ampèrovih tokov gibajoči naboji v atomih, ki jih predstavljamo s tokovnimi zankicami, sprejemamo pa kot magnetne dipole, ki jim pritičejo tudi lastna magnetna polja.[1]

Magnetiziranje. Ponovimo: dielektriki se v električnem polju polarizirajo. Nosilci pojava so: ali polarne molekule, ki jih polje zavrti okoli težišča, ali pa naboji v atomih, ki jih polje delno izmakne iz ravnovesne lege. To ponovitev izkoriščamo za začetek novega vprašanja, vprašanja magnetizacije. Zanimalo nas bo, kako magnetno polje učinkuje na magnetne dipole v snoveh oziroma kako se magnetne snovi magnetizirajo v magnetnem polju? Ločimo tri načine magnetiziranja: diamagnetni, paramagnetni in feromagnetni način. Zadnji je v resnici paramagnetni, vendar izrazit in za elektrotehniko tako važen, da je dobil posebno ime; v tem smislu delimo snovi na dia-, para- in feromagnetne. Značilni predstavniki diamagnetikov so srebro, baker, zlato, paramagnetikov aluminij, mangan, platina, grafit in feromagnetikov železo, kobalt, nikelj in njihove zlitine.[2]

Diamagnetizem. Snovi, katerih atomi ne izkazujejo lastnega magnetnega polja, so diamagnetiki (to lastnost pripisujemo ničnosti vsote magnetnih polj notranjih tokov izven atoma). In kaj se v takšni snovi zgodi, ko se jo položi v magnetno polje gostote B₀? V atomih so elektroni gibajoči; ker pa se gibljejo tudi v polju B₀, delujejo na njih magnetne sile. Te jih »prisilijo« v kroženja, ki se (kot takšna) pridružujejo njihovim siceršnjim trajektorijam.[3] Pridobljena kroženja nabojev predočimo s tokovnimi zankicami (dipoli); te so orientirane tako, da so njihova lastnega magnetnega polja (to pa že vemo) ravno nasprota vzročnemu polju B₀. Zaradi tega pojava, je rezultančno magnetno polje (B) v diamagnetiku v končnem šibkejše od polja B₀; meritve kažejo, da je šibkejše za nekaj manj od desetinke promila.

Paramagnetizem. Za razliko od dia- izkazujejo atomi paramagnetikov šibko lastno magnetno polje, ki je odraz seštevka magnetnih polj notranjih tokov v atomu. Če se da takšno snov v magnetno polje gostote B₀, delujejo na zankice navori, ki jih delno zaokrenejo k stabilni legi. Posledica tega je, da se njihovo lastno in prvotno magnetno polje podpreta; da je rezultančno magnetno polje B v paramagnetiku močnejše od polja B₀; meritve kažejo, da je močnejše za nekaj manj od desetinke promila. Je pa tudi res, da se v paramagnetiku pojavi tudi diamagnetni odziv, vendar ga paramagnetni zasenči.

Feromagnetizem. Feromagnetizem je potencirano izražen paramagnetizem. Atomi feromagnetikov (Fe, Co in Ni) izkazujejo neprimerno močnejše lastno magnetno polje kot atomi paramagnetikov. Razlog tiči v dejstvu, da so atomi teh snovi drugačni (v periodnem sistemu so na mestih 26, 27 in 28). Na četrti lupini imajo dva elektrona, tretje pa nimajo zasedene; železu manjkajo štirje, kobaltu trije in niklju dva elektrona. Zaradi te anomalije so magnetna polja dipolov atoma mnogo močnejša od tistih pri paramagnetikih. To botruje tudi temu, da so atomi v kristalni zgradbi feromagnetika grupirani v območja ali domene, v katerih so polja atomov istosmerna (grupiranja se vršijo v procesu ohlajevanju feromagnetika).[4] Domnevo o združevanju atomov v območja ali domene je leta 1907 postavil P. Weiss (po njem tudi ime Weissove domene). Domene so nepravilnih oblik in dosežejo velikost stotinke ali celo desetinke milimetra (slika 1),[5] kar pomeni, da je v posamezni domeni »na milijone« atomov z istosmerno orientiranimi lastnimi magnetnimi polji.

Usmeritve magnetnih polj domen so sicere različne, prično pa se obračati, če se feromagnetno snov izpostavi magnetnemu polju (npr. gostote B₀). Takrat magnetna polja domen podpro prvotno polje do te mere, da je njihovo skupno magnetno polje celo mnogokrat močnejše od vzročnega polja. Končni učinek magnetiziranja feromagnetika je v tem, da je rezultančno magnetno polje B v njem tudi nekaj tisočkrat močnejše od vzročnega polja B₀.