Elektromagnetizam, ili elektromagnetna sila je jedna od četiri fundamentalne sile u prirodi, ostale tri su jaka nuklearna sila, slaba nuklearna sila, i gravitacija. Ova sila je opisana elektromagnetnim poljima, i ima bezbroj fizičkih slučajeva uključujući i interakciju naelektrisanih čestica, te interakciju nenaelektrisane magnete sile polja sa električnim provodnicima.

Riječ elektromagnetizam je spoj dva grčka termina, ἢλεκτρον, ēlektron, “ćilibar”, i μαγνήτης, magnetno, od “magnítis líthos” (μαγνήτης λίθος), što znači “magnezijski kamen”, vrsta željezne rude. Nauka elektromagnetnih pojava je definisana u smislu elektromagnetnih sila, poznatih kao Lorentzova sila, koja uključuje i električni i magnetni element pojave.

Tokom Quark epohe, elektroslaba sila se podjelila na elektromagnetnu i slabu nuklearnu silu. Elektromagnetna sila igra veliku ulogu u određivanju unutrašnjih osobina većine predmeta koji se nalaze u svakodnevnom životu. Obična materija uzima oblik kao rezultat međumolekulskih sila između pojedinačnih molekula u materiji. Elektroni su vezani uz pomoć elektromagnetnih talasa u orbitale oko atomskog jezgra i tako formiraju atome, koji su gradivni blokovi molekula. Ovo uređuje procese uključene u hemiju, koji proizilaze iz međudjelovanja između elektrona susjednih atoma, koji s druge strane određuju interakciju između elektromagnetne sile i impulsa elektrona.

Postoje brojni matematički opisi elektromagnetnog polja. U klasičnoj elektrodinamici, električna polja se opisuju kao električni potencijal i električna struja u Ohmovom zakonu, magnetna polja su povezana sa elektromagnetnom indukcijom i magnetizmom, i Maxwellove jednačine opisuju kako se električna i magnetna polja generiraju i izmjenjuju uz pomoć jedni drugih, te naboja i struje.

Teoretske implikacije elektromagnetizma, posebno uspostavljanje brzine svjetlosti na osnovu svojstva “umjerenog” prostiranja (permeabilnost i permitivnost), dovele su do razvoja posebne relativnosti od strane Alberta Einsteina 1905. godine.

Iako se elektromagnetizam smatra za jednu od četiri fundamentalne sile, pri velikoj energiji elektroslaba sila i elektromagnetna sila su ujedinjene. U historiji svemira, za vrijeme kvark epohe, elektroslaba sila se dijelila na elektromagnetnu i slabu silu.

Prvobitno su elektricitet i magnetizam smatrani kao dvije odvojene sile. Ovaj pogled se promjenio, međutim, sa objavljivanjem Rasprava o elektricitetu i magnetizmu, James Clerka Maxwella u 1873 gdje je prikazano da se interakcija između pozitivnog i negativnog naelektrisanja reguliše jednom silom. Postoje četiri glavna efekta koji proizilaze iz ove interakcije i svi se jasno mogu pokazati eksperimetima:

1. Električni naboji privlače ili odbijaju jedan drugog silom koja je obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih: različito naelektrisani naboji se privlače, dok se isto naelektrisani odbijaju.
2. Magnetni polovi (ili stanje polarizacije na pojedinim tačkama) privlače ili odbijaju jedan drugog na sličan način, i uvijek dolaze u paru: svaki sjeverni pol je povezan sa južnim.
3. Električna struja u žici stvara kružno magnetno polje oko žice, njegov pravac (u smjeru ili suprotno od smjera kazaljke na satu) zavisi od struje.
4. Struja je indukovana kada se petlja žica kreće ka ili od magnetnog polja, ili se magnet kreće ka ili od žica, pravac struje zavisi od tog kretanja.

Dok se pripremao za večernje predavanje 21. aprila 1820, Hans Christian Ørsted je došao do iznenađujućeg zapažanja. Dok je postavljao svoje materijale, primjetio je da je igla kompasa skretala od magnetnog sjevera kada je električna struja baterije koju je koristio bila uključena i isključena. Ovo skretanje ga je uvjerilo da magnetno polje zrači sa svih strana žice te nosi električnu struju, baš kao svjetlost i toplota, i to je potvrdilo direktni odnos između elektriciteta i magnetizma.

U vrijeme otkrića, Ørsted nije predložio odgovarajuće objašjenje ove pojave, niti je pokušao da pojavu predstavi u matematičkom okviru. Međutim, nakon tri mjeseca započeo je intenzivniju istragu. Ubrzo nakon toga objsavio je svoja otkrića, dokazujući da električna struja proizvodi magnetno polje dok prolazi kroz žicu. CGS jedinica za magnetnu idnukciju (oersted) je dobila ime po njemu u čast njegovih doprinosa na polju elektromagnetizma.

Njegova otkrića su pokrenula intenzivna istraživanja širom snaučne zajednice u elektrodinamici. Ona su uticala na francuskog fizičara André-Marie Ampèrea koji je razvio jedinsten matematički obrazac za predstavljanje magnetnih sila između dva provodnika struje. Ørstedovo otkriće također predstavlja veliki korak ka jedinstvenom konceptu energije.

Ovo ujedinjenje, koje je zapazio Michael Faraday, proširio James Clerk Maxwell, i dijelom reformulisao Oliver Heaviside i Heinrich Hertz, je jedno od ključnih dostignuća matematičke fizike u 19. stoljeću. Ovo je imalo dalekosežne posljedice, od kojih je jedna bila razumjevanje prirode svjetlosti. Za razliku od onoga što je predstavljeno u elektromagnetizmu, svjetlost i ostali elektromagnetni valovi se na ovom nivou gledaju kao kvantizirane, samoprenosive oscilirajuće smetnje elektromagnetnog polja koji se nazivaju fotoni. Različite frekvencije oscilacija daju različite forme elektromagnetnog zračenja, od radiotalasa na najnižim frekvencijama, do vidljivog svjetla na srednjim frekvencijama, pa do gama zračenja na najvišim frekvencijama.

Ørsted nije bio jedina osoba koja je ispitivala odnos između elektriciteta i magnetizma. 1802. godine Gian Domenico Romagnosi, italijanski pravni učitelj, skrenuo je magnetnu iglu elektrostatičkim nabojem. Zapravo , ne galvanska struja je postojala u postavci i zbog toga elektromagnetizam nije bio prisutan. Nalog otkrića je objavljen 1802 u italijanskim novinama, ali je u velikoj mjeri promakao savremenoj naučnoj zajednici.

Veličine i jedinice

Elektromagnetne jedinice su dio sistema električnih jedinica zasnovanih prije svega na magnetnim svojstvima električne struje, osnovna SI jedinica je amper. Jedinice su:

U elektromagnetnom cgs sistemu, električna struja je osnovna veličina definisana Ampèrovim zakonom i uzima permeabilnost kao veličinu bez dimenzija (relativna permeabilnost) čija je vrijednost u vakuumu jedinstvena. Kao posljedica, kvadrat brzine svjetlosti se eksplicitno pojavljuje u nekim jednačinama povezanih veličina u ovom sistemu.

SI elektromagnetne jedinice p r u
Simbol	Ime veličine	Izvedene jedinice	Jedinica	U osnovim jedinicama
I	električna struja	amper (osnovna SI jedinica)	A	A (= W/V = C/s)
Q	električni naboj	kulon	C	A⋅s
U, ΔV, Δφ; E	razlika potencijala; elektromotorna sila	volt	V	kg⋅m2⋅s−3⋅A−1 (= J/C)
R; Z; X	električni otpor; impedencija; reaktancija	ohm	Ω	kg⋅m2⋅s−3⋅A−2 (= V/A)
ρ	otpotnost	ohm metar	Ω⋅m	kg⋅m3⋅s−3⋅A−2
P	električna snaga	vat	W	kg⋅m2⋅s−3 (= V⋅A)
C	kapacitet	farad	F	kg−1⋅m−2⋅s4⋅A2 (= C/V)
E	jačina elekttričnog polja	volt po metru	V/m	kg⋅m⋅s−3⋅A−1 (= N/C)
D	električna indukcija	kulon po metru kvadratnom	C/m2	A⋅s⋅m−2
ε	permitivnost	farad po metru	F/m	kg−1⋅m−3⋅s4⋅A2
χe	električna susceptibilnost	(bezdimenzionalno)	–	–
G; Y; B	provodljivost; admitancija; susceptansa	simens	S	kg−1⋅m−2⋅s3⋅A2 (= Ω−1)
κ, γ, σ	provodljivost	simens po metru	S/m	kg−1⋅m−3⋅s3⋅A2
B	Gustina magnetnog polja, magnetna indukcija	tesla	T	kg⋅s−2⋅A−1 (= Wb/m2 = N⋅A−1⋅m−1)
{\displaystyle \Phi }	magnetni fluks	veber	Wb	kg⋅m2⋅s−2⋅A−1 (= V⋅s)
H	jačina magnetnog polja	amper po metru	A/m	A⋅m−1
L, M	induktivitet	henri	H	kg⋅m2⋅s−2⋅A−2 (= Wb/A = V⋅s/A)
μ	permeabilnost	henri po metru	H/m	kg⋅m⋅s−2⋅A−2
χ	magnetna podložnost	(bezdimenzionalno)	–	–

Reference