Магнетизм — одна из четырёх фундаментальных сил природы. Он возникает вследствие движения заряженных субатомных частиц, прежде всего электронов. Эти отрицательно заряженные частицы постоянно вращаются вокруг ядра, одновременно вращаясь и вокруг собственной оси. Последнее явление официально называется спином электрона — это внутреннее свойство, которое главным образом определяет возникновение притягивающих или отталкивающих сил, которые мы и называем магнетизмом.
Вы можете спросить: таким образом, каждая частица вещества в мире содержит триллионы электронов, а каждый электрон — это крошечный Magnet. Разве повсюду нет Magnet? Но мы видим, что многие предметы вокруг нас не обладают магнитными свойствами.
Это объясняется тем, что большинство электронов компенсируют магнитное поле друг друга. Согласно принципу запрета Паули, электроны в одной и той же орбитальной оболочке обладают противоположными спинами, поэтому их магнитные поля взаимно уничтожаются. В некоторых элементах, таких как железо и кобальт, лишь половина внешней валентной оболочки заполнена, и там присутствуют неспаренные электроны. Поскольку им не противостоит другой электрон, способный нейтрализовать их, эти неспаренные электроны совместно придают соответствующим атомам магнитные свойства.
При образовании кристалла магнитные моменты атомов могут либо совпадать, либо не совпадать по направлению — всё зависит от минимального значения внутренней энергии. Область, в которой отдельные магнитные моменты направлены параллельно друг другу, называется магнитной доменом. Эти магнитные домены, а также реакция отдельных атомов на внешние магнитные поля, служат основой для классификации различных магнитных материалов. Под действием внешнего магнитного поля, когда все магнитные моменты ориентируются в одном направлении, соответствующий элемент или материал начинает вести себя как постоянный Magnet.
Если магнитные домены материала не выровнены с точностью до единицы, такой материал нельзя считать настоящим магнитным материалом. Любое изменение направления одного единственного магнитного домена может привести к потере суммарной магнитной силы. Многие природные факторы способны приводить к хаотичному распределению этих магнитных полей, однако наиболее распространённым и разрушительным является перегрев.