Independientemente de la dirección del campo magnético en la figura 9, una muestra de cobre es atraída magnéticamente hacia la región de bajo campo a la derecha en el dibujo. Este comportamiento se denomina diamagnetismo. Una muestra de aluminio, sin embargo, es atraída hacia la región de campo alto en un efecto llamado paramagnetismo. Se induce un momento dipolar magnético cuando la materia se somete a un campo externo. Para el cobre, el momento dipolar inducido es opuesto a la dirección del campo externo; para el aluminio, está alineado con ese campo. La magnetización M de un pequeño volumen de materia es la suma (una suma vectorial) de los momentos dipolares magnéticos en el pequeño volumen dividido por ese volumen. M se mide en unidades de amperios por metro. El grado de magnetización inducida viene dado por la susceptibilidad magnética del material χm, que se define comúnmente por la ecuación

El campo H se llama intensidad magnética y, como M, se mide en unidades de amperios por metro. (A veces se le llama también campo magnético, pero el símbolo H es inequívoco). La definición de H es

Los efectos de la magnetización en la materia se tratan con cierto detalle a continuación. La permeabilidad μ se suele utilizar para materiales ferromagnéticos como el hierro que tienen una gran susceptibilidad magnética dependiente del campo y del estado magnético previo de la muestra; la permeabilidad se define por la ecuación B = μH. De las ecuaciones (8) y (9), se deduce que μ = μ0 (1 + χm).

El efecto de los materiales ferromagnéticos en el aumento del campo magnético producido por los bucles de corriente es bastante grande. La figura 10 ilustra un bobinado toroidal de hilo conductor alrededor de un anillo de hierro que tiene un pequeño hueco. El campo magnético dentro de un bobinado toroidal similar al ilustrado en la figura 10 pero sin el anillo de hierro viene dado por B = μ0Ni/2πr, donde r es la distancia desde el eje del toroide, N es el número de espiras e i es la corriente en el hilo. El valor de B para r = 0,1 metros, N = 100 e i = 10 amperios es de sólo 0,002 tesla, unas 50 veces el campo magnético de la superficie terrestre. Si el mismo toroide se enrolla alrededor de un anillo de hierro sin hueco, el campo magnético dentro del hierro es mayor por un factor igual a μ/μ0, donde μ es la permeabilidad magnética del hierro. Para el hierro de bajo carbono en estas condiciones, μ = 8.000μ0. El campo magnético en el hierro es entonces de 1,6 teslas. En un electroimán típico, el hierro se utiliza para aumentar el campo en una pequeña región, como el estrecho hueco del anillo de hierro ilustrado en la figura 10. Si el hueco es de 1 cm de ancho, el campo en ese hueco es de aproximadamente 0,12 teslas, un aumento de 60 veces en relación con el campo de 0,002 teslas en el toroide cuando no se utiliza hierro. Este factor suele venir dado por la relación entre la circunferencia del toroide y el hueco del material ferromagnético. El valor máximo de B a medida que el hueco se hace muy pequeño es, por supuesto, el de 1,6 teslas obtenido anteriormente cuando no hay hueco.

La densidad de energía en un campo magnético viene dada en ausencia de materia por 1/2B2/μ0; se mide en unidades de julios por metro cúbico. La energía magnética total puede obtenerse integrando la densidad de energía sobre todo el espacio. La dirección de la fuerza magnética puede deducirse en muchas situaciones estudiando la distribución de las líneas del campo magnético; el movimiento se favorece en la dirección que tiende a disminuir el volumen del espacio donde el campo magnético es fuerte. Esto puede entenderse porque la magnitud de B es el cuadrado de la densidad de energía. La figura 11 muestra algunas líneas del campo B para dos bucles de corriente circulares con corrientes en direcciones opuestas.

Debido a que la figura 11 es una representación bidimensional de un campo tridimensional, el espacio entre las líneas refleja la intensidad del campo sólo cualitativamente. Los altos valores de B entre los dos bucles de la figura muestran que hay una gran densidad de energía en esa región y que separar los bucles reduciría la energía. Como se ha comentado anteriormente, esta es una forma más de ver la fuente de repulsión entre estos dos bucles. La figura 12 muestra el campo B para dos bucles con corrientes en la misma dirección. La fuerza entre las espiras es atractiva y la distancia que las separa es igual al radio de la espira. El resultado es que el campo B en la región central entre las dos espiras es homogéneo en un grado notablemente alto. Esta configuración se denomina bobina de Helmholtz. Al orientar y ajustar cuidadosamente la corriente en una gran bobina de Helmholtz, a menudo es posible cancelar un campo magnético externo (como el campo magnético de la Tierra) en una región del espacio donde los experimentos requieren la ausencia de todos los campos magnéticos externos.

Frank Neville H. RobinsonEustace E. SucklingEdwin Kashy