- Đặt kim nam châm tự do, xa nam châm hoặc vật liệu có tính chất từ khác, kim nam châm luôn nằm cân bằng theo hướng Bắc – Nam. Vì:

+ Trái Đất của chúng ta là một nam châm khổng lồ, có cực Bắc và cực Nam.

+ Kim nam châm cũng có cực Bắc và cực Nam.

+ Cực Bắc của kim nam châm bị cực Nam của Trái Đất hút, cực Nam của kim nam châm bị cực Bắc hút.

- Đặt kim nam châm tại các vị trí khác nhau xung quanh một nam châm thẳng thì kim nam châm nằm theo các hướng khác nhau vì tại mỗi vị trí xung quanh nam châm thẳng có các đường sức từ khác nhau và kim nam châm được định hướng theo hướng của các đường sức từ đó.

Ta có thể phát hiện ra sự tồn tại của từ trường bằng cách dùng kim nam châm.

Đưa kim nam châm vào vùng không gian cần kiểm tra. Nếu có lực từ tác dụng lên kim nam châm làm kim nam châm lệch khỏi hướng Bắc - Nam thì nơi đó có từ trường.

- Các mạt sắt xung quanh nam châm được sắp xếp thành những đường cong nối từ cực này sang cực kia của nam châm.

- Ở vùng gần 2 cực của nam châm các đường mạt sắt sắp xếp dày.

- Ở vùng xa 2 cực của nam châm các đường mạt sắt sắp xếp thưa.

Các bạn làm theo hướng dẫn, lấy bút tô dọc theo các đường mạt sắt nối từ cực nọ sang cực kia của nam châm trên tấm nhựa, ta sẽ được các đường sức từ.

- Khi kim nam châm khi di chuyển trên đường sức từ, nó luôn có hướng sao cho cực S (N) của kim nam châm hướng về cực N (S) của nam châm thẳng.

- Ở bên ngoài thanh nam châm, đường sức từ có chiều đi ra từ cực Bắc, đi vào từ cực Nam.

Đặt kim nam châm ở trạng thái tự do, khi đã đứng cân bằng, kim nam châm luôn chỉ hướng Nam - Bắc. Dù ta có quay kim nam châm như thế nào đi chăng nữa, đặt kim nam châm ở đâu đi chăng nữa thì kim nam châm vẫn chỉ theo một hướng cố định, đó là hướng Nam - Bắc.

=> Chứng tỏ xung quanh Trái Đất có từ trường.

Ta có thể nghiên cứu từ trường của một thanh nam châm bằng cách:

- Rắc đều một lớp mạt sắt lên tấm nhựa trong, phẳng.

- Đặt tấm nhựa này lên trên một thanh nam châm rồi gõ nhẹ.

- Hình ảnh các đường mạt sắt thu được chính là từ phổ, từ phổ cho ta một hình ảnh trực quan về từ trường.

- Đưa kim nam châm vào vùng không gian cần kiểm tra. Nếu có lực từ tác dụng lên kim nam châm làm kim nam châm lệch khỏi hướng Bắc - Nam thì nơi đó có từ trường.

- Cực Bắc của kim nam châm bị hút về cực Nam của từ trường.

- Cực Nam của kim nam châm bị hút về cực Bắc của từ trường.

Từ đó, ta xác định được chiều từ trường theo quy tắc vào Nam – ra Bắc.

Cách sử dụng la bàn để xác định hướng:

- Đặt la bàn cách xa nam châm và các vật liệu có tính chất từ, để tránh tác động của các vật này lên kim la bàn.

- Giữ la bàn trong lòng bàn tay hoặc đặt trên một mặt bàn sao cho la bàn nằm ngang trước mặt. Sau đó xoay vỏ của la bàn sao cho đầu kim màu đỏ chỉ hướng Bắc trùng khít với vạch ghi chữ N trên la bàn.

- Đọc giá trị của góc tạo bởi hướng cần xác định (hướng trước mặt) so với hướng Bắc trên mặt chia độ của la bàn để tìm hướng cần xác định.

Ví dụ: Trong hình bên dưới ta đọc được con số 20^o, ta xác định được hướng cần xác định lệch so với hướng Bắc 20^o về phía Đông Bắc.