磁鐵

鐵粉會沿著棒狀磁鐵產生的磁力線排列

磁感應強度（也稱為B場，符號為B）為一向量場。空間中一點的B場由以下二個性質決定：

1. 方向：延著指南針的指北極指向的方向。
2. 大小（也稱為強度）：是和指南針受到B場影響的程度成正比。

在國際單位制中，B場的單位是特斯拉，簡稱T[10]。

磁鐵的磁矩是一個可以描述磁鐵整體磁特性的向量。磁鐵的磁矩方向是從磁鐵的指南極指向指北極[11]，大小和磁鐵強度和長度成正比，國際標準制的磁矩單位為A·m²。磁矩中包含有磁偶極矩、磁四極矩……等，其中最常使用的是磁偶極矩，符號為μ。

磁鐵在產生磁場的同時，也會受到外部磁場的影響。磁鐵外一特定點的磁場強度和磁鐵磁矩的大小成正比。而且當磁鐵放在一個由其他線圈或磁鐵產生的外部磁場中時，磁鐵會受到一個試圖將其磁矩對正磁場的轉矩[12]，轉矩大小和外部磁場及磁鐵磁矩的乘積成正比。在一外加磁場中的磁鐵也可能會受力往特定方向移動，若磁場不隨空間而變化，磁鐵所受的淨力為零[13]。

一平面載流圓形迴圈若其面積是A，上面的電流為I，可以視為一個磁鐵，其磁偶極矩 μ為IA。

一磁性材料特定位置的磁化強度是單位體積下的磁矩，符號為M，單位為A/公尺[14]。一磁鐵在不同區域下，可能磁化的強度及方向有所不同，因此磁化強度為一個向量場。好的棒狀磁鐵可以在一立方公分的體積內有量值0.1 A·m²的磁矩，因此平均磁化強度為100,000 A/m。鐵的磁化強度大約可以到10⁶ A/m，因此利用鐵可以有效率的產生磁場。

利用安培的磁鐵模型，所計算棒狀磁鐵的磁場

有兩種不同的磁鐵模型：磁極模型及原子電流模型（安培模型）。

磁極模型就是用指南極及指北極的磁極來描述磁鐵，若將磁鐵從中間折斷，試圖將指南極及指北極分開，結果會出現二個小磁鐵，仍各自有其指南極及指北極。不過專業的磁學家用一種磁極模型來設計永久磁鐵。在此磁極模型中，磁極中磁化強度的散度∇·M和其磁化強度垂直表面的分量M·n視為磁單極子的分佈（此說法只是為了數學運算上的方便，不意味著磁鐵中真的存在磁單極子）。若已經知道磁極的分布，則利用磁極模型可以計算磁場強度（H場），在磁鐵外部的磁感應強度（B場）會和H場成正比，但在磁鐵內部需考慮磁化強度M的影響。在此磁極模型的一個衍生版本中，可以用內部的磁荷來說明鐵磁性材料的磁化（ferromagnetism）。

另一個模型是安培模型，認為磁鐵的磁性是因為材料原子中的束縛電流所造成，此電流也稱為安培電流。對於均勻磁化的圓棒型磁鐵而言，原子中束縛電流的整體效應就是使磁鐵整體來看好像有一電流在其表面流動，流動方向和圓棒型磁鐵的軸垂直[15]。材料中原子的束縛電流的效應會被相鄰原子的電流抵消，只有表面的原子不會被抵消，因此整體效應可視為只在表面有電流[16]。電流的方向則利用右手定則來決定。

在電磁鐵問世之前，磁鐵是指在沒有外加磁場及電場的情形下可以持續性產生磁場的物體。只有特定的材料只有此特性，不過大部份的材料在外加磁場中，都會因外加磁場而產生一個磁場，依材料的不同，所生成的磁場會使物體被外磁場吸引或排斥。可分為以下幾種：

• 鐵磁性及亞鐵磁性材料是一般認定的磁性材料，會被磁鐵的任何一極吸引，且可以感受到其吸引力。也只有這類的物質可以在外加磁場消失後時仍維持其磁化的特性，因此可以作為磁鐵使用。像是冰箱磁鐵的磁性就是因為這類材料所產生。亞鐵磁性材料包括鐵氧體及最早的天然磁鐵磁鐵礦及天然磁石，其磁性和鐵磁性材料類似，但磁力略弱。兩者磁力的差異是因為其微觀結構所造成。
• 順磁性材料，像鉑、鋁和氧等物質，會微弱的被磁鐵的任何一極吸引，但其吸引力只有铁磁性材料的幾十萬分之一，所以只能用精密儀器來量測。鐵磁流體是指懸浮許多奈米數量級大小的的鐵磁體粉末，因為無法被磁化．有時也視為是順磁性材料。
• 反磁性材料，像碳、銅、水和塑膠等物質會被磁鐵的任何一極排斥，其排斥力非常微弱。大部份的物質都是反磁性的，其磁導率略小於真空磁导率，若使用一般磁鐵，其排斥力非常小。但若使用強力的超導磁鐵，像鉛塊甚至老鼠都可以因為磁悬浮而浮在空中[17]。超導體也會受磁場的排斥，是強烈的反磁性材料。

物質的磁性除上述幾種外，還有像自旋玻璃、反鐵磁性、超順磁性等。

鋁鎳鈷合金（）是一種鐵合金，除了鐵以外，還添加了鋁（）、鎳（）、鈷（）以及少量其他增强磁性能的成分。鋁鎳鈷合金具有高矯頑性（），是很適合為永久磁鐵的材料。鋁鎳鈷合金堅硬易脆，無法冷加工（），必需用铸造或者烧结（）處理製成。

舉一個中間性質的各向異性铸造鋁鎳鈷合金例子，Alnico-6的成分為8%鋁、16%鎳、24%鈷、3%銅（）、1%鈦（），其它都是鐵（）。Alnico-6的最大磁能積（BH_max）為3.9 百萬高斯-奧斯特（，），矯頑性為780奧斯特，居里溫度為860°C，最高工作溫度為525°C[18]。

於1931年，日本材料專家三岛德七發現了一種特定成分的鋁鎳鈷合金（58%鐵，30%鎳，12%鋁），其矯頑性極高，是那時期最好的磁性鋼的兩倍[19]。

釤鈷磁鐵是一種稀土磁鐵，是由釤、鈷和其它金屬稀土材料經配比製成的一種磁鐵。於1970年發展成功，釤鈷磁鐵是現今磁性第二強烈的磁鐵，具有較高的最大磁能積（BH_max），較高矯頑性，易碎，易裂。釤鈷磁鐵的最大磁能積的範圍從 9 MGOe到 31 MGOe。釤鈷磁鐵有兩種組成比，分別為(釤原子：鈷原子)1:5和2:17[20]。例如，2:17合金的最大磁能積為26 MGOe，矯頑性為9750 oersted ，居里溫度為825°C，最高工作溫度為350°C[18]。

經過鎳電鍍後的釹鐵硼磁鐵立方體。

釹鐵硼磁鐵是由釹、鐵、硼（Nd₂Fe₁₄B）形成的四方晶系晶體。於1982年，住友特殊金屬的佐川眞人發現釹磁鐵。這磁鐵的磁能積（BH_max）大於釤鈷磁鐵，是全世界那時磁能積最大的物質[21]。後來，住友特殊金屬發展成功粉末冶金法（powder metallurgy process），通用汽車公司發展成功旋噴熔煉，能夠製備釹鐵硼磁鐵[22]。這磁鐵是現今磁性最強的永久磁鐵，也是最常使用的稀土磁鐵，被廣泛地應用於電子產品，例如硬碟、手機、耳機以及用電池供電的工具等等。

为了避免腐蚀的损害，使用时需要在该永磁材料表面做保护处理，例如用金、镍、锌、锡进行电镀，以及表面喷涂环氧树脂等[23]。