磁鐵不是人類發明的，但是有天然的磁鐵礦。最早發現和使用磁鐵的應該是中國。因此，指南針是中國人的四大發明之壹。至於成分，是鐵、鈷、鎳等。它的原子結構很特別。原子本身有磁矩。壹般這些礦物分子都是無序排列的。磁場的相互作用不會表現出磁性。但在外力(如磁場)的引導下，分子排列方向趨於壹致，表現出磁性。也就是俗稱的磁鐵。鐵、鈷和鎳是最常用的磁性物質。磁鐵基本上分為永磁體和軟鐵永磁體。加入強磁性，使磁性物質的自旋和電子的角動量都在壹個固定的方向。軟磁性加電流(也是壹種加磁性的方法)。去掉軟鐵會逐漸失去磁性。至於最早的磁鐵，誰發現最古老的記載是中國黃帝vs蚩尤的南車，所以被稱為中國三大發明之壹！中國在公元前壹世紀就知道了磁極化。戰國時期，壹塊天然磁鐵被放在壹個有刻度的銅板上占蔔。北宋時期，人造磁鐵的制作方法有兩種。壹種是將燒紅的鐵針南北方向放置，快速冷卻後，鐵針被地球磁場磁化。另壹種是用磁鐵摩擦鐵針制成的。孟茜碧潭記錄了磁偏角的存在，發現在磁偏角的影響下，磁針指向南方，比真正的南方略偏東。基於這壹知識，磁鐵作為指南針的科學應用得到了發展。磁鐵只是壹個統稱，指的是有磁性的東西。實際成分不壹定含鐵。純金屬鐵本身沒有永久磁性，只有靠近永久磁鐵才會感應出磁性。壹般永磁體中加入其他雜質元素(如碳)來穩定磁性，但這樣會降低電子的自由度，使其難以導電，所以電流通過時燈泡不會亮。鐵是壹種常見的磁性元素，但許多其他元素的磁性更強，如強磁體，由銣、鐵和硼制成。
磁場
磁場
磁場
存在於電流、運動電荷、磁鐵或變化電場周圍空間的特殊物質。因為磁鐵的磁性來源於電流，電流是電荷的運動，簡單來說就是通過移動電荷或者改變電場產生磁場。磁場的基本特征是能對其中運動的電荷施加力，磁場對電流和磁鐵的力或力矩都來源於此。
與電場類似，磁場是在壹定空間區域內連續分布的矢量場。描述磁場的基本物理量是磁感應強度矢量B，也可以用磁力線圖形化表示。但是，作為壹個矢量場，磁場的性質與電場有很大的不同。移動電荷或改變電場產生的磁場，或兩者之和的總磁場，是壹個被動的、旋轉的矢量場，磁力線是壹個封閉的曲線族，不間斷，不交叉。換句話說，沒有磁力線的來源，也沒有會聚磁力線的尾巴。磁力線閉合表明沿磁力線的回路積分不為零，即磁場具有自旋場而不是勢場(保守場)，不存在類似於勢的標量函數。
電磁場是電磁作用的媒介，是壹個統壹的整體。電場和磁場是密切相關、相互依存的兩個方面。變化的電場產生磁場，變化的磁場產生電場，變化的電磁場以漲落的形式在空間傳播。電磁波傳播速度有限，能量和動量可互換。電磁波與物體的相互作用，電磁波與粒子的相互轉化等。都證明電磁場是客觀物質，它的“特殊”在於沒有靜止質量。
磁現象是人類最早認識到的物理現象之壹，指南針是中國古代的壹大發明。磁場廣泛存在於地球、恒星(如太陽)、星系(如銀河系)、行星、衛星以及星際和星系間空間。為了理解和解釋許多物理現象和過程，我們必須考慮磁場這壹重要因素。在現代科技和人類生活中，磁場隨處可見。發電機、電動機、變壓器、電報、電話、收音機、加速器、熱核聚變裝置和電磁測量儀器都與磁現象有關。即使在人體內，隨著生命活動，壹些組織和器官也會產生微弱的磁場。
電磁場
電磁場
電場和磁場的統壹和總稱，具有內在聯系和相互依存性。時變電場產生磁場，時變磁場產生電場，互為因果，形成電磁場。電磁場可以由變速運動的帶電粒子引起，也可以由不同強度的電流引起。不管什麽原因，電磁場總是以光速向周圍傳播，形成電磁波。電磁場是電磁作用的媒介，具有能量和動量，是物質存在的壹種形式。電磁場的性質、特征和運動變化由麥克斯韋方程組決定。
地磁場
地磁場
從地球中心到磁層頂部的空間磁場。地磁的主要研究對象。早期對地磁場存在的認識，來源於天然磁鐵和磁針的手指極性。磁針的極性是因為地球北磁極(磁S極)吸引磁針N極，地球南磁極(磁N極)吸引磁針S極。這個解釋最早是由英國的w·吉爾伯特在1600年提出的。吉爾伯特關於地磁場來自地球本身的假設是正確的。這壹點已經被德國數學家C.F .高斯在1839年首次應用球諧函數分析所證實。
地磁場是壹個矢量場。要描述空間某壹點的地磁場強度和方向，需要三個獨立的地磁要素。常用的地磁要素有7個，即地磁總強度F、水平強度H、垂直強度Z，X和Y分別是H的北向和東向分量，D和I分別是赤緯和傾角。其中，磁偏角的觀測歷史最早。現代地磁場觀測中，地磁臺壹般只記錄h、d、z或x、y、z。
近地空間的地磁場和均勻磁化球體的磁場壹樣，在地面兩極附近小於1高斯，所以地磁場很弱。地磁場強度的單位曾經是伽馬(γ)，即10高斯。1960年決定采用特斯拉作為磁測量的國際單位，1高斯= 10特斯拉(T)，簡稱1伽馬= 10特斯拉= 1納特斯拉(nt)。雖然地磁場很弱，但它延伸到遙遠的太空，保護地球上的生物和人類免受宇宙輻射。
地磁場包括基本磁場和變化磁場兩部分，兩者的起源完全不同。基本磁場是地磁場的主要部分，源於地球內部，相對穩定，變化非常緩慢。變化磁場包括地磁場的各種短期變化，主要來源於地球外部，非常微弱。
地球的基本磁場可分為偶極磁場、非偶極磁場和地磁異常。偶極磁場是地磁場的基本組成部分，其強度約占磁場總強度的90%，是地球液態外核中電磁流體力學過程產生的，即自激電機效應。非偶極子磁場主要分布在東亞、西非、南大西洋和南印度洋，平均強度約為磁場的10%。地磁異常分為區域異常和局部異常，與巖石和礦體的分布有關。
地磁場的變化可以分為兩種類型:平靜變化和擾動變化。寧靜變化主要是以壹個太陽日為周期的太陽寧靜日變化，其場源分布在電離層中。擾動變化包括磁暴、地磁亞暴、太陽擾動和地磁脈動等。場源是磁層和電離層中太陽粒子輻射與地磁場相互作用產生的各種短期電流系統。磁暴是全球同時發生的強磁擾動。持續時間約為1 ~ 3天，振幅可達10 NAT。其他幹擾變化主要分布在地球極光區。變化磁場除了外部源場，還有內部源場。內生場是由地球中外生場感應的電流產生的。高斯球諧分析可以應用於變化的磁場，可以區分內外場。根據變化磁場的內外場關系，可以得到地球中電導率的分布。這已經成為地磁的壹個重要領域，稱為地球電磁感應。
地磁場的變化不僅與磁層和電離層的電磁過程有關，而且與地殼和上地幔的電性結構有關，因此在空間物理和固體地球物理的研究中具有重要意義。