Elektromagnetski fenomen, definisankvantnom elektrodinamikom, uzrok je većine fizičkih pojava koje ljudskačula mogu prepoznati bez dodatnih pomagala, uključujući svetlost i druga elektromagnetska zračenja, celokupnu hemiju, većinu mehanike (osimgravitacije),magnetizam ielektricitet.
Drevne kulture širomSredozemlja su znale da pojedini objekti, kao što su šipke odćilibara, pri trljanju mačjim krznom mogu da privuku lake predmete poputperja.Tales iz Mileta je600. godina pre nove ere vršio oglede vezane zastatičkielektricitet. Iz proučavanja je zaključio da neki materijali, kao mineralmagnetita, sami pokazuju magnetne osobine, dok je neke materijale da bi pokazali magnetne osobine potrebno prethodno utrljati, te da se takoćilibar namagnetisava utrljavanjem, tj.trenjem.
Struja će ostati misterija milenijumima, sve do1600. godine, kada je engleski naučnikVilijam Gilbert uspeo pažljivim proučavanjem da napravi razliku između magnetizma i statičkog elektriciteta proizvedenog trljanjemćilibarom. On je u svom deluDe Magnete izložio da su elektricitet i magnetizam, oba inače sposobna da uzrokuju privlačenje i odbijanje predmeta, različiti uticaji. On je izmislio novu latinsku rečlectricus (u direktnom prevoduod ćilibara ilipoput ćilibara, izgrčke reči za ćilibar ηλεκτρον [elektron]). Ta reč se odnosila na osobinu privlačenja malih objekata nakon trenja. To je asociraloTomasa Brauna da u svojoj knjizi „Pseudodoxia Epidemica“1646. godine prvi put u istoriji koristi engleske rečielektrični istruja.
Mornari su primetili da udarigroma ometaju kompase, a vezu između groma i elektriciteta je potvrdio eksperimentBendžamina Frenklina 1752. godine.
1802. godine, italijanski pravnikĐan Domeniko Romanjozi, primetio je da povezivanje provodnika prekoVoltinog stuba remeti iglu ukompasu. Izveštaj o otkriću skretanja namagnetisane igle naelektrisanjem objavljen je iste godine u italijanskim novinama, ali je umnogome bio nipodaštavan od strane tadašnjeg društva naučnika. Korist ovog otkrića nije bila poznata do 1820. godine kada jeOrsted izveo sličan eksperiment.
Dok se pripremao za večernje predavanje 21. aprila 1820. godineHans Kristijan Ersted je zapazio nešto zanimljivo. Dok je postavljao svoje materijale, primetio je da je igla nakompasu odstupala odmagnetnog severa kada god bi uključio ili isključio baterijsku lampu koju je koristio. Odstupanje ga je ubedilo da magnetna polja zrače iz svih strana žice koja provodi električnu struju, baš kao svetlost i toplota i time je utvrdio direktnu vezu između naelektrisanja i magnetizma.
U vreme svog otkrića Orsted nije dao zadovoljavajuće objašnjenje ove pojave, a nije ni pokušao da prikaže fenomen u okvirima matematike. Međutim, tri meseca kasnije on je počeo podrobnija istraživanja. Ubzo nakon toga objavio je svoja otkrića dokazujući da električna struja stvara magnetno polje dok teče kroz provodnik.
Njegova otkrića dovela su do intenzivnih istraživanjaelektrodinamike od strane naučničkog društva. Ona su uticala na francuskog fizičaraAndre-Mari Amper da razvija matematičku formulu kojom bi definisao magnetne sile između provodnika koji prenose električnu struju. Orstedova otkrića takođe predstavljaju veliki korak napred ka objedinjenom iliti jedinstvenom poimanju energije. UCGS sistemu jedinica, jedinica zamagnetnu indukciju je dobila ime po njemu (oersted) kako bi njegov doprinos u polju elektromagnetizma bio obeležen.
Teorija elektromagnetizma, poznata kaoklasični elektromagnetizam je razvijena od strane mnoštvafizičara tokom XIX veka, a kulminirala je u raduDžejmsa Klarka Maksvela koji je ujedinio prethodna otkrića u jednu teoriju i koji je otkrio elektromagnetnu prirodusvetlosti. U klasičnom elektromagnetizmu, elektromagnetno polje je određeno nizom jednačina znanim kaoMaksvelove jednačine, a elektromagnetska sila ZakonomLorencove sile.
Džejmsa Klarka Maksvela je1873. godine objavio publikacijuRasprava o elekticitetu i magnetizmu u kojoj je dokazao da međusobno delovanje pozitivnih i negativnih naelektrisanja reguliše jedna sila. Postoje četiri glavna ishoda koji proizilaze iz ovih interakcija, a svaki od njih je jasno dokazan eksperimentima:
Naelektrisane čestice privlače ili odbijaju jedna drugu silom koja je obrnuto srazmerna kvadratu rastojanja između njih: različita naelektrisanja se privlače, a ista se odbijaju.
Magnetni polovi (iliti stanje polarizacije pojedinačnih tačaka) se privlače ili odbijaju na sličan način i uvek idu u paru: svaki severni pol je spojen sa južnim.
Električna struja u provodniku stvara kružno magnetno polje oko istog, a njegov smer (u ili suprotno od smera kazaljke na satu) zavisi od struje.
Struja je pobuđena u petlji provodnika kada se on pomera ka ili od magnetnog polja odnosno kada se magnet pomera ka ili od provodnika, a smer struje zavisi od tog kretanja.
Ovo objedinjavanje elektromagnetizma, koje su delimično reformulisaliOliver Hevisajd iHajnrik Herc, predstavlja jedno od ključnih dostignuća XIX veka u oblastimatematičke fizike. Njegove posledice su bile dalekosežne, a jedna od njih je bila razumevanje prirodesvetlosti.
U drugom radu objavljenom iste godine, Albert Ajnštajn je uzdrmao temelje klasičnog elektromagnetizma. U svojoj teorijifotoelektričnog efekta (za koju je dobio Nobelovu nagradu za fiziku), on je pretpostavio da bi svetlost mogla da postoji u odvojenim čestičnim oblicima, koji su kasnije nazvanifotonima. Ajnštajnova teorija fotoelektričnog efekta doprinela je novim uvidima u rešenjeultraljubičaste katastrofe koju je opisao Plank 1900. godine. Plank je pokazao da vreli predmeti emituju elektromagnetno zračenje u malim paketima (kvantima), što navodi na određenu ukupnuenergiju koju zovemozračenjem apsolutno crnog tela. Oba ova rezultata su bila u potpunoj suprotnosti sa klasičnim poimanjem svetlosti kao kontinualnog talasa.
Plankove i Ajnštajnove teorije su bile počecikvantne mehanike koja je, kada je formulisana 1925, iziskivala pronalazak kvantne teorije elektromagnetizma. Ova teorija, znana kaokvantna elektrodinamika, izgrađena je imeđu 1940-ih i 1950-ih i, u situacijama gde je teorija perturbacije primenjiva, je jedna od najtačnijih teorija u fizici.
Sve druge sile (na primertrenje) konačno proizilaze iz ovih osnovnih sila i momentuma koji stvara kretanje čestica.
Elektromagnetna sila je odgovorna za praktično sve fenomene na nivou višem od atomskog koje srećemo u svakodnevnom životu, sa izuzetkom gravitacije. Grubo rečeno, sve sile koje učestvuju u međusobnom delovanjuatoma mogu biti objašnjene elektromagnetnom silom koja deluje na naelektrisanaatomska jezgra ielektrone u i oko atoma zajedno sa time kako ove čestice prenose inerciju svojim kretanjem. Ovo uključuje sile koje osećamoguranjem ilivučom svakodnevnih materijalnih predmeta koje potiču odmeđumolekulskih sila između pojedinačnih molekula u našim telima i onih u predmetima. Ovo takođe uključuje i sve oblikehemijskih fenomena.
Neophodan deo razumevanja međuatomskih i međumolekulskih sila je efektivna sila koju stvara momentum kretanja elektrona i to što se elektroni kreću između intereagujućih atoma prenoseći momentum sa sobom. Kako grupa elektrona postaje ograničena, njihov minimalni momentum se obavezno povećava zbogPaulijevog principa isključivanja. Ponašanje materije na molekularnom nivou, uključujući njenu gustinu, je određeno odnosom elektromagnetne sile i sile generisane razmenom momentuma prenošenog samim elektronima.
Elektromagnetne jedinice su deo sistema električnih oznaka prvenstveno zasnovanih na magnetnim svojstvima električnih struja čija je osnovna SI jedinica amper. Jedinice su:
U elektromagnetnom CGS sistemu, električna struja je osnovna veličina definisanaAmperovim zakonom i uzima permeabilnost kao nemerivu količinu (relativna permeabilnost) čija je vrednost u vakuumu jednaka jedinici. Kao posledica toga, kvadrirana brzina svetlosti se čini eksplicitnom u nekim jednačinama u kojima se predstavlja međusobni odnos veličina u ovom sistemu.
Elektromagnetna indukcija je indukcija elektromotorne sile u kolu promenom magnetnog fluksa koji je povezan sa kolom. Ova pojava je prvobitno istraživana između 1830. i 1831. godine od strane Džosefa Henrija i Majkla Faradeja koji su otkrili da kada semagnetno polje okoelektromagneta povećava i smanjuje,električna struja se pojavljuje u obližnjemprovodniku. Struja takođe može biti pobuđena konstantnim pomeranjemmagneta i unutar i van namotaja žice ili pomeranje provodnika blizu stalnog magneta. Indukovana elektromotorna sila je srazmerna učestalosti promene magnetnog fluksa koji preseca kolo.
Elektromagnet jenaprava koja pokazujemagnetska svojstva samo dok njome tečeelektrična struja. Naime, električna struja u prostoru okoelektričnog vodiča kroz koji prolazi stvaramagnetsko polje. Za razliku od trajnogamagneta, kojemu je magnetičnost trajno svojstvo, elektromagnet je privremeni magnet jer prestankom toka struje nestaje i magnetsko polje.
Najjednostavniji je elektromagnetelektrična zavojnica kroz koju može teći električna struja. Što je u zavojnici više zavoja, to je jače magnetsko polje uz jednaku električnu struju, a ono se pogotovo silno poveća ako se u unutrašnjost zavojnice umetne jezgra odželjeza iličelika velikemagnetske permeabilnosti. Kao i trajni magnet, elektromagnet privlači željezne predmete koji se nalaze u njegovoj blizini, a jednako tako ima najmanje dva magnetska pola.
Najjednostavnija je i najčešća primjena elektromagneta za nastanak upravljane privlačnesile, a to se rabi za pomicanje i držanje pri dizanju i premještanju željeznih predmeta u različitim elektrostrojarskimkonstrukcijama. Na tome se osniva primjena elektromagneta usklopnim aparatima, elektromagnetskimslušalicama imikrofonima,mjernim električnim instrumentima i drugo. Vrlo je važna primjena elektromagneta za stvaranje jakih magnetskih polja potrebnih za elektromehaničku pretvorbu energije uelektričnim generatorima ielektričnim motorima. U takvim primjenama elektromagneti imaju više pari magnetskih polova, a mogu biti smješteni nastatoru ilirotoru velikihelektričnih strojeva. Vrlo jaka magnetska polja, potrebna za rad s velikim i složenim instrumentima ulaboratorijskim uvjetima (masenispektrometar,akcelerator čestica i drugo), mogu se ostvariti samo primjenom snažnih elektromagneta.[5]
Zvučnik jenaprava u kojoj seelektrična energija pretvara umagnetsku, a magnetska umehaničku, odnosnoakustičnu energiju. Napolnim nastavcima jednog permanentnog (stalnog) magneta nalaze se dvije električne zavojnice, spojene u seriju. Ispred polnih nastavaka nalazi seželjezna pločica, takozvanakotva. Kotvu privlače polni nastavci, pa je ona savijena prema dolje. Kada kroz zavojnicu tečeizmjenična struja koja stalno mijenja svoj smjer, a time i smjer magnetskog polja, jakost će se magnetskog polja potkovastog magneta izmjenično pojačavati i slabiti. Zbog promjenjivog privlačenja, kotva će vršiti mehaničketitraje koji se prenose namembranu. Titraji membrane, koja može biti izgrađena u obliku lijevka, prouzrokujuzvučne titraje.
