Independentemente da direcção do campo magnético na figura 9, uma amostra de cobre é atraída magneticamente para a região do campo baixo à direita no desenho. Este comportamento é denominado diamagnetismo. Uma amostra de alumínio, no entanto, é atraída em direção à região de campo alto em um efeito chamado paramagnetismo. Um momento dipolo magnético é induzido quando a matéria é submetida a um campo externo. Para o cobre, o momento dipolo induzido é oposto à direção do campo externo; para o alumínio, ele é alinhado com esse campo. A magnetização M de um pequeno volume de matéria é a soma (uma soma vectorial) dos momentos dipolo magnéticos no pequeno volume dividido por esse volume. M é medido em unidades de amperes por metro. O grau de magnetização induzida é dado pela susceptibilidade magnética do material χm, que é comumente definida pela equação

O campo H é chamado de intensidade magnética e, como M, é medido em unidades de amperes por metro. (Às vezes também é chamado de campo magnético, mas o símbolo H é unívoco). A definição de H é

Efeitos de magnetização na matéria são discutidos com algum detalhe abaixo. A permeabilidade μ é frequentemente utilizada para materiais ferromagnéticos como o ferro que têm uma grande susceptibilidade magnética dependente do campo e do estado magnético anterior da amostra; a permeabilidade é definida pela equação B = μH. Das equações (8) e (9), segue-se que μ = μ0 (1 + χm).

O efeito dos materiais ferromagnéticos no aumento do campo magnético produzido pelos laços de corrente é bastante grande. A figura 10 ilustra um enrolamento toroidal de fio condutor em torno de um anel de ferro que tem uma pequena folga. O campo magnético dentro de um enrolamento toroidal semelhante ao ilustrado na Figura 10 mas sem o anel de ferro é dado por B = μ0Ni/2πr, onde r é a distância do eixo do toróide, N é o número de voltas, e i é a corrente no fio. O valor de B para r = 0,1 metro, N = 100, e i = 10 amperes é apenas 0,002 tesla- cerca de 50 vezes o campo magnético na superfície da Terra. Se o mesmo toróide é enrolado em torno de um anel de ferro sem folga, o campo magnético dentro do ferro é maior por um fator igual a μ/μ0, onde μ é a permeabilidade magnética do ferro. Para ferro com baixo teor de carbono nestas condições, μ = 8,000μ0. O campo magnético no ferro é então 1,6 tesla. Em um eletroímã típico, o ferro é usado para aumentar o campo em uma pequena região, como a estreita abertura no anel de ferro ilustrada na Figura 10. Se a fenda tiver 1 cm de largura, o campo nessa fenda é cerca de 0,12 tesla, um aumento de 60 vezes em relação ao campo de 0,002-tesla no toróide quando não é usado ferro. Este fator é tipicamente dado pela razão entre a circunferência do toróide e a fenda no material ferromagnético. O valor máximo de B como a fenda se torna muito pequena é, naturalmente, o 1,6 tesla obtido acima quando não há fenda.

A densidade de energia num campo magnético é dada na ausência de matéria por 1/2B2/μ0; é medida em unidades de joules por metro cúbico. A energia magnética total pode ser obtida pela integração da densidade de energia em todo o espaço. A direcção da força magnética pode ser deduzida em muitas situações através do estudo da distribuição das linhas do campo magnético; o movimento é favorecido na direcção que tende a diminuir o volume do espaço onde o campo magnético é forte. Isto pode ser compreendido porque a magnitude de B é quadrática na densidade de energia. A Figura 11 mostra algumas linhas do campo B de dois loops de corrente circulares com correntes em sentidos opostos.

Porque a Figura 11 é uma representação bidimensional de um campo tridimensional, o espaçamento entre as linhas reflete a força do campo apenas qualitativamente. Os altos valores de B entre os dois loops da figura mostram que existe uma grande densidade de energia naquela região e a separação dos loops reduziria a energia. Como discutido acima, esta é mais uma maneira de ver a fonte de repulsão entre estes dois loops. A figura 12 mostra o campo B para dois loops com correntes na mesma direção. A força entre os loops é atraente, e a distância que os separa é igual ao raio do loop. O resultado é que o campo B na região central entre as duas alças é homogêneo a um grau notavelmente alto. Tal configuração é chamada de bobina de Helmholtz. Ao orientar e ajustar cuidadosamente a corrente numa grande bobina de Helmholtz, é muitas vezes possível cancelar um campo magnético externo (como o campo magnético da Terra) numa região do espaço onde as experiências requerem a ausência de todos os campos magnéticos externos.

Frank Neville H. RobinsonEustace E. SucklingEdwin Kashy