Et magnetfelt er karakteriseret ved, at det øver en kraft på magnetiserbare materialer som fx jern, at det frastøder eller tiltrækker andre magneter, samt at det øver en kraft på elektrisk ladede partikler i bevægelse.
Kilder til magnetfelter
Magnetfelter opstår som følge af elektriske strømme. Det kan være strøm i en elektrisk leder, eller strømme der opstår som følge af elektronbevægelse i et stofs atomer. I det sidste tilfælde kan det føre til permanente magneter, der bevarer deres magnetisering uden påvirkning fra et ydre felt. Et magnetfelt kan desuden induceres af et varierende elektrisk felt.
Feltets natur
Et magnetfelt adskiller sig fra fx et elektrisk eller et tyngdefelt ved, at det ikke blot udbredes radialt fra dets kilde. Magneter er i modsætning til fx elektriske ladninger altid dipoler, dvs. at de to polariteter, som man har valgt at kalde syd- og nordpol, altid optræder i par. Det betyder, at den samme mængde felt der udgår fra en magnet også ender på magneten. Dette er også udtrykt i Gauss' lov for magnetfelt, der er en af de fire Maxwell-ligninger.
Der findes således efter gældende teori ikke magnetiske monopoler, altså separate syd- eller nordpoler. Der er lavet mange søgninger efter magnetiske monopoler, men uden resultat.
Feltets virkning
Kraft på magnetiserbare materialer
Denne kraft kender de fleste sikkert fra fx permanente magneter man benytter til at fæstne noter eller fotos til en køleskabsdør eller opslagstavle af metal. Ved at sætte magneten på jernet i døren mindsker man den potentielle energi i feltet, præcis som hvis man slipper et objekt der falder til jorden i et tyngdefelt. Her mindskes objektes potentielle energi også, og det kræver et arbejde at løfte det op igen, helt som det gør, når en magnet skal fjernes fra et magnetiserbart materiale.
Der er også studie fra 2021 der siger, at fugle er i stand til at navigere efter jordens magnetfelt som følge af specielle proteiner i øjnene. Se mere under eksternt link sidst i denne artikel.
Kraft på andre magnetiserede objekter
Denne kraft ses fx når en kompasnål retter sig ind efter jordens magnetfelt. Her vil nålens magnetiske nordpol pege mod jordens magnetiske sydpol, der lidt modstridende faktisk ligger nær det vi kalder jordens geografiske nordpol. De to poler er ikke sammenfaldende, så et kompas peger ikke nøjagtigt mod den geografiske nordpol, men derimod mod den magnetiske sydpol, der i øjeblikket ligger i det nordøstlige Canada, men som flytter sig med tiden.
Kraft på elektriske partikler i bevægelse
Dette er ikke en effekt vi umiddelbart ser meget til i naturen i Danmark, men tæt på de magnetiske poler gør man. Dette er i form af nord- og sydlys. Ikke bare har denne effekt spektakulære resultater, den beskytter også jorden mod kosmisk stråling.
Når elektrisk ladede partikler fra især solen kommer ind i jordens magnetfelt, vil de blive afbøjet, påvirket af Lorentz-kraften. De vil så spiralisere om feltlinierne, og komme ind i atmosfæren tæt på jordens magnetiske poler. Her kan de excitere luftmolekyler, dvs. bringe deres elektronstruktur op i en højere energitilstand, som når de deexciterer udsender synligt lys.
Effekten benyttes i også udstrakt grad i partikelacceleratorer til styring af stråler af ladede partikler. Hertil benyttes oftest elektromagneter, dvs. magneter af fx blødt jern der er omviklet med en spole i hvilken der går en strøm. På denne måde kan man kontrollere feltets størrelse, og dermed retningen af partikelstrålen.
Tidligere benyttede man også magnetfelter til at styre elektronstrålen i et fjernsyns billedrør.
Magnetfelt opstået fra et varierende elektrisk felt
Denne effekt er en en følge af den af Maxwell opdagede forskydningsstrøm, der kort sagt siger, at et tidsligt varierende elektrisk felt kan inducere er tidsligt varierende magnetfelt. Dette forklarer blandt andet lysets natur, da lys jo er elektromagnetisk stråling, dvs elektriske og magnetiske felter der gensidigt inducerer hinanden uden at der er elektriske ledere eller ladninger tilstede.
Enhed for magnetfelt
Et magnetfelts styrke måles i Tesla. En kraftig permanent magnet kan have et overfladefelt på over 1 Tesla. Til sammenligning er jordens magnetfelt omkring 50 mikrotesla = 0.00005 Tesla.
