Magneten som håller fast schemat på kylskåpet kan göra det eftersom det finns järn i dörren. Om du istället försöker sätta magneten på väggen så trillar den ner. Det är också magneter som gör att leksaksloket kan fastna i vagnarna. På kylskåpet spelar det ingen roll hur du vänder magneten. Men leksaks-vagnarna har magneter på båda sidorna och de fastnar bara om man vänder dem rätt. Om du vänder vagnen "fel" kan du putta loket med den utan att de rör vid varandra.

[Bild på leksakståg]

Det finns alltså en kraft mellan en magnet och järn som kan vara ganska stark. Mellan två magneter finns det också en kraft. Om kraften mellan magneterna drar ihop dem eller puttar isär dem beror på hur de är vända.

Magnetism beror på elektroner och hur dessa rör sig. Till skillnad laddning – som är antingen positiv, negativ eller neutral – så har en magnet alltid två sidor. En nordpol och en sydpol.

En "vanlig" magnet som man sätter på kylskåpet är gjord av ett material som hela tiden är magnetiskt. Vi brukar kalla det för en permanentmagnet. En magnet har två poler: en nordpol och en sydpol. Man brukar måla nordpolen röd och sydpolen vit.

[bild på rödvit magnet]

Om två magneter närmar sig varandra kommer de att dras ihop om en nordpol möter en sydpol. Om vi vänder på den ena magneten så samma poler möts kommer de istället att stöta bort varandra.

Men vad händer om vi delar på en magnet? Får vi en sydpolsdel och en nordpolsdel? Nej, vi får två mindre magneter som båda två har varsin nordpol och varsin sydpol. Och när vi fäster två magneter i varandra blir det som att vi får en enda större magnet.

Det finns ett magnetfält runt magneterna. För en enskild laddning går fältlinjerna rakt ut i alla riktningar. Men för en magnet går fältlinjerna från nordpolen till sydpolen. Man kan se hur linjerna går genom att lägga magneten under plast och sedan strössla lite järnfilspån över.

[Bild på magnet och järnfilspån]

Eftersom fältet finns runt magneten kan magneten påverka andra material utan att röra vid dem. Järnfilspånen rör inte vid magneten, men påverkas av den. Magnetfältet gör så att spånen blir som små magneter och vrider sig så att varje järnfilspåns nordpol följer fältlinjerna i riktning mot den stora magnetens sydpol.

Vår planet, jorden, har också ett magnetfält. Djupt inne i jorden är det mycket varmt. Där finns bland annat flytande järn och nickel. När den här smälta massan rör sig skapas ett magnetfält runt jorden. Det magnetfältet påminner om fältet runt en permanentmagnet.

[Bild på jorden / jordens inre / en manet (vit i norr) / fältlinjer från röda till vita polen]

De magnetiska fältlinjerna skyddar oss från kosmisk strålning. De kan också hjälpa oss att orientera oss. En liten magnet kommer att vrida sig så att dess nordpol pekar längs fältlinjerna norrut. Det är därför vi kallar den sidan på magneten för nordpol, den pekar helt enkelt mot jordens nordpol. Men det betyder också att jordens "magnet" har sin magnetiska sydpol (alltså den sidan på en magnet som brukar målas vit) vid den geografiska nordpolen. Den lilla magnetens nordpol dras ju mot jordens magnetiska sydpol, och stöts bort av dess nordpol.

Läs mer: jordens poler byter ibland plats

Vi människor har länge vetat att vissa material vrider sig så att de alltid pekar i samma riktning. Det gör att vi kan orientera oss. En enkel kompass har en liten, lätt magnet som balanserar på en spets eller flyter i vatten [blåtext kompassnål].

[bild på en kompass]

Nordpolen på kompassnålen är målad röd och pekar alltid norrut.

Hade vi istället hängt upp kompassnålen i en tunn tråd så hade den fortfarande pekat mot norr, men också lite snett nedåt. Det beror på att magneter orienterar sig längs jordens magnetfält. Som vi såg tidigare går fältlinjerna runt jorden, från pol till pol. Eftersom vi här i Sverige är så långt norrut pekar fältlinjerna ganska brant nedåt.

Varför blir vissa material magnetiska?

Det beror på elektronerna. De beter sig som små magneter som kan peka upp eller ner. Elektronerna har en magnetisk egenskap som kallas spinn. Det betyder att de påverkas av ett omgivande magnetfält. Det betyder också att om flera elektroner pekar åt samma håll så skapar de ett gemensamt magnetfält. En synål av järn, eller en spik, blir magnetiserad om man stryker längs med den med en magnet. Det är vanligast för metaller. Vissa metaller, som järn och nickel, förblir magnetiska även efter att magneten tas bort. De blir själva magneter. Det är därför man kan göra en kompassnål av en synål.

När man drar en magnet längs en synål säger man att man lägger på ett magnetfält på materialet i nålen. Om materialet fortsätter vara magnetiskt efter att det pålagda fältet tas bort kallas det för en permanentmagnet. Om det istället slutar vara magnetiskt kallas det för en temporär magnet. En temporär magnet blir alltså bara magnetisk när den påverkas av ett yttre magnetfält. En temporär magnet är ofta enkel att magnetisera, men de avmagnetiseras också snabbt.

Järn dras tydligt till en magnet, medan till exempel aluminiumfolie eller en koppartråd inte gör det. Vad är det som är speciellt med järn?

I vissa material samverkar elektronernas magnetiska egenskaper så att många av dem riktas åt samma håll. Det bildas då små områden i materialet där de magnetiska momenten pekar ungefär åt samma håll. Sådana områden kallas magnetiska domäner.

I en vanlig bit järn pekar domänerna åt olika håll. Deras magnetfält tar därför till stor del ut varandra och järnbiten är inte en magnet. Om järnet placeras nära en stark magnet påverkas domänerna. De domäner som är riktade längs det yttre magnetfältet kan växa på bekostnad av andra och fler magnetiska moment riktas åt samma håll. Järnbiten blir då magnetiserad.

[Bild: domäner som pekar åt olika håll → yttre magnetfält → domäner som i större utsträckning är riktade åt samma håll]

Den här typen av magnetism kallas ferromagnetism. Järn, nickel och kobolt är exempel på grundämnen som är ferromagnetiska. Ferromagnetiska material påverkas mycket starkare av magnetfält än de flesta andra material.

I vissa ferromagnetiska material återgår domänerna lätt till ett mer oordnat tillstånd när det yttre magnetfältet försvinner. De passar bra när man vill ha en temporär magnet, till exempel i en elektromagnet. I andra material kan en stor del av ordningen finnas kvar. Då kan materialet användas för att tillverka permanentmagneter.

Magnetismen påverkas också av temperaturen. Om ett ferromagnetiskt material blir tillräckligt varmt stör värmerörelserna ordningen mellan de magnetiska momenten. Över en viss temperatur, som kallas Curietemperaturen, försvinner ferromagnetismen. För järn sker detta vid ungefär 770 °C.

När man håller två magneter nära varandra känner man att de dras ihop eller stöter ifrån varandra. Magneterna behöver inte röra vid varandra för att kraften ska verka. Det är deras magnetfält som gör att de kan påverka varandra på avstånd.

En magnet som placeras i ett magnetfält påverkas av magnetiska krafter. Om magneten kan röra sig fritt kommer krafterna att försöka vrida den så att den lägger sig längs magnetfältet. Det är precis vad som händer med nålen i en kompass: jordens magnetfält vrider kompassnålen tills den pekar ungefär i nord–sydlig riktning.

Magnetfält kan också påverka elektriska laddningar som rör sig. En laddning som rör sig genom ett magnetfält kan påverkas av en magnetisk kraft som får dess bana att böjas. Kraften verkar vinkelrätt mot både laddningens rörelseriktning och magnetfältets riktning.

[Bild: elektron som rör sig genom ett magnetfält och får en böjd bana]

Eftersom elektrisk ström består av laddningar i rörelse betyder det att även en strömförande ledare påverkas av en kraft när den befinner sig i ett magnetfält. Riktningen på kraften beror både på strömmens riktning och på magnetfältets riktning. Vänder man strömmen eller magnetfältet vänder också kraften riktning.

Det här sambandet mellan elektricitet och magnetism är mycket viktigt. Genom att låta elektrisk ström och magnetfält påverka varandra kan vi skapa rörelse. Det är grundprincipen bakom elmotorn, som vi kommer att titta närmare på längre fram.

Magnetism är ett fenomen som gör att magneter kan dra till sig eller stöta bort andra föremål utan att röra vid dem. Magnetismen har sitt ursprung i elektronerna och deras magnetiska egenskaper. En magnet har alltid två poler, en nordpol och en sydpol. Olika poler dras till varandra, medan lika poler stöter bort varandra. Delar man en magnet får man inte en ensam nordpol och en ensam sydpol, utan två nya magneter som båda har två poler.

Runt varje magnet finns ett magnetfält. Fältet beskriver hur magneten kan påverka sin omgivning och brukar visas med fältlinjer som utanför magneten går från nordpolen till sydpolen. Magnetfältet kan till exempel få järnfilspån att ordna sig längs fältlinjerna.

Även jorden har ett magnetfält, som framför allt skapas av rörelser i den flytande metall som finns i jordens yttre kärna. En kompassnål är en liten magnet som vrider sig längs jordens magnetfält. Därför kan en kompass användas för att hitta riktningen mot norr. Jordens magnetfält har också stor betydelse genom att påverka laddade partiklar från rymden.

Magnetism i material beror på elektronernas magnetiska egenskaper. I ferromagnetiska material, som järn, nickel och kobolt, kan många magnetiska moment ordna sig tillsammans i små områden som kallas magnetiska domäner. Om många domäner riktas åt samma håll blir materialet magnetiserat. I en permanentmagnet finns mycket av denna ordning kvar även när det yttre magnetfältet försvinner, medan en temporär magnet lättare förlorar sin magnetisering. Om ett ferromagnetiskt material värms över sin Curietemperatur försvinner ferromagnetismen.

Ett magnetfält kan ge upphov till magnetiska krafter. Det kan vrida en magnet, som när jordens magnetfält vrider en kompassnål. Magnetfält kan också påverka elektriska laddningar som rör sig. Eftersom elektrisk ström består av laddningar i rörelse kan därför en strömförande ledare påverkas av en kraft när den placeras i ett magnetfält. Sambandet mellan elektricitet och magnetism gör det möjligt att omvandla elektrisk energi till rörelse och är grunden för elmotorn.

Kortfattat

• En magnet har alltid en nordpol och en sydpol.

• Olika poler attraherar varandra och lika poler repellerar varandra.

• Runt en magnet finns ett magnetfält.

• Jordens magnetfält gör att en kompass kan visa riktningen mot norr.

• I ferromagnetiska material kan magnetiska domäner riktas åt samma håll så att materialet blir magnetiskt.

• En permanentmagnet behåller sin magnetisering, medan en temporär magnet lättare förlorar den.

• Ett magnetfält kan påverka både magneter och laddningar i rörelse med magnetiska krafter.

• En strömförande ledare kan påverkas av en kraft i ett magnetfält. Det är en viktig princip bakom elmotorn.