Более 2000 лет назад была открыта свойство магнитной стрелки устанавливаться вдоль земного меридиана.
Конец стрелки, обращенный на север, получил название северного магнитного полюса, а противоположный - южного. Было также открыто взаимодействие полюсов - привлечение разноименных и отталкивания одноименных.
В 1820 году Эрстед открыл явление отклонения магнитной стрелки электрическим током, а Ампер - взаимодействие параллельных токов, он первым понял, что магнетизм проводников с током и магнетизм постоянных магнитов имеют одинаковую природу. Ампер выдвинул гипотезу о существовании молекулярных микротоков (по современным представлениям обусловленных движением электронов в атомах вещества). Именно микротоки создают магнитные поля постоянных магнитов. Итак, магнитное поле - это особый вид материи, создаваемый движущимися электрическими зарядами (токами), и действует на движущиеся заряды, проводники с током и постоянные магниты.
Изучают магнитное поле за его действием на контур с током (пробный контур). Он может иметь произвольную форму но по размерам должен быть достаточно малым, чтобы поле в области контура можно считать однородным. Пробный контур характеризуется магнитным моментом.
где I - сила тока в контуре, S - его площадь, - единичный вектор положительной нормали к плоскости контура, направление которого определяется по правилу правого винта (буравчика): если вращать ручку буравчика по направлению тока в контуре, то направление поступательного движения его острие укажет направление положительной нормали. Опыты показывают, что магнитное поле возвращает помещен в него контур с током, устанавливая его в определенном равновесном положении. При отклонении контура на 900 от равновесного положения момент силы, действующей на него, будет максимальным.
Отношение максимального момента силы в магнитного момента контура не зависит от его формы, а характеризует магнитное поле в данном месте пространства. Эта характеристика называется магнитной индукцией. Графически магнитное поле изображают линиями магнитной индукции. Это такие линии, касательные к которым в каждой точке совпадает с направлением в этой точке. Линии магнитной индукции проводят с такой плотностью, чтобы число линий, пересекающих нормальную к ним площадку единичной площади, равно в данном месте пространства.
В отличие от линий напряженности электростатического поля (начинаются на положительных и заканчиваются на отрицательных зарядах) линии магнитной индукции не имеют ни начала, ни конца - они либо охватывают проводники с током, или уходят из бесконечности в бесконечность . Магнитное поле является вихревым, физически обусловлено отсутствием в природе «магнитных зарядов». В магнетизме все токи подразделяются на макротоков, обусловленные направленным движением свободных зарядов (электронов, дырок, ионов), и микротоки, обусловленные движением электронов в атомах.
В отсутствие внешнего магнитного поля магнитные моменты микротоков, благодаря тепловому движению атомов, ориентированные хаотично, и их магнитные поля в среднем скомпенсированы. Во внешнем магнитном поле (поле макроструму) магнитные моменты атомов вещества приобретают определенной ориентации, суммарное поле микротоков становится отличным от нуля и по принципу суперпозиции, добавляется в поле макроструму. Физическая величина, которая показывает во сколько раз индукция магнитного поля в среде (В) отличается от индукции поля макроструму (В0), называется магнитной проницательностью среды