ในฟิสิกส์แม่เหล็กไฟฟ้าคือปฏิสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นระหว่างอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าผ่านสนามแม่เหล็กไฟฟ้าแรงแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นหนึ่งในสี่แรงพื้นฐานของธรรมชาติ^{[ 1 ]}เป็นแรงหลักในการปฏิสัมพันธ์ของอะตอมและโมเลกุลแม่เหล็กไฟฟ้าอธิบายและเชื่อมโยงปรากฏการณ์ที่แตกต่างกันแต่เกี่ยวพันกันอย่างใกล้ชิดสามประการ ได้แก่ไฟฟ้าแม่เหล็กและทัศนศาสตร์ในแม่เหล็กไฟฟ้า ปรากฏการณ์เหล่านี้ได้รับการอธิบายโดยสาขาย่อย 3 สาขา ได้แก่ไฟฟ้าสถิตแม่เหล็กสถิตและไฟฟ้า พลศาสตร์

แรงแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นสาเหตุของ ปรากฏการณ์ ทางเคมีและฟิสิกส์มากมายที่เราพบเห็นในชีวิตประจำวัน แรงดึงดูดทางไฟฟ้าสถิตระหว่างนิวเคลียสของอะตอมและอิเล็กตรอนทำให้อะตอมยึดติดกัน แรงไฟฟ้ายังช่วยให้อะตอมต่าง ๆ รวมตัวกันเป็นโมเลกุลได้ ในขณะเดียวกัน ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กระหว่าง โมเมนต์แม่เหล็ก สปินและโมเมนต์เชิงมุมของอิเล็กตรอนก็มีบทบาทในปฏิกิริยาเคมีเช่นกัน ความสัมพันธ์ดังกล่าวได้รับการศึกษาในเคมีสปินแม่เหล็กไฟฟ้ายังมีบทบาทสำคัญหลายประการในเทคโนโลยี สมัยใหม่ เช่น การผลิต การแปลง และการกระจายพลังงานไฟฟ้า การผลิตและการตรวจจับแสง ความร้อน และเสียง ใยแก้วนำแสงและการสื่อสารไร้สาย เซ็นเซอร์ การคำนวณ การอิเล็กโทรไลซิส การชุบโลหะด้วยไฟฟ้า และมอเตอร์และแอคชูเอเตอร์เชิงกล

มีการศึกษาแม่เหล็กไฟฟ้ามาตั้งแต่สมัยโบราณเพื่ออธิบายปรากฏการณ์ทางไฟฟ้า เช่นฟ้าผ่าและไฟฟ้าสถิตรวมถึงปรากฏการณ์ทางแม่เหล็ก เช่น แรงดึงดูดระหว่างชิ้นส่วนแร่เหล็กและเข็มทิศในศตวรรษที่ 18 และ 19 นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ระหว่างปรากฏการณ์เหล่านี้กับประจุไฟฟ้าและกระแส ไฟฟ้า พวกเขายังแสดงให้เห็นว่าปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็กมีความสัมพันธ์กันและสามารถสร้าง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่คงอยู่ได้ด้วยตนเองซึ่งก่อให้เกิดแสง ที่มองเห็นได้และรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า รูปแบบอื่นๆ รวมถึงรังสีแกมมารังสีเอ็กซ์รังสีอัลตราไวโอเลตรังสีที่มองเห็นได้ รังสี อินฟราเรดไมโครเวฟและคลื่นวิทยุ

ในยุคปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์ยังคงปรับปรุงทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องเพื่ออธิบายผลกระทบของฟิสิกส์สมัยใหม่รวมถึงกลศาสตร์ควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพนัยสำคัญทางทฤษฎีของแม่เหล็กไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งข้อกำหนดที่ว่าการสังเกตการณ์จะต้องสอดคล้องกันเมื่อมองจากกรอบอ้างอิงที่เคลื่อนที่ต่างๆ ( แม่เหล็กไฟฟ้าเชิงสัมพัทธภาพ ) และการกำหนดความเร็วของแสงโดยอาศัยคุณสมบัติของตัวกลางในการแพร่กระจาย ( สภาพซึมผ่านได้และสภาพยอมทางไฟฟ้า ) ได้เป็นแรงบันดาลใจให้ไอน์สไตน์ คิดค้น ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษในปี 1905 กลศาสตร์ไฟฟ้าควอนตัม (QED) ปรับเปลี่ยนสมการของแม็กซ์เวลล์ให้สอดคล้องกับ ธรรมชาติของสสาร ที่เป็นควอนตัมใน QED การเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะแสดงออกมาในรูปของการกระตุ้นแบบไม่ต่อเนื่อง ซึ่งเป็นอนุภาคที่เรียกว่าโฟตอน ซึ่งเป็นควอน ตัมของแสง

ในทางคณิตศาสตร์ แม่เหล็กไฟฟ้าอธิบายได้ด้วยสนามแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเป็นปริมาณที่อธิบายอิทธิพลทางไฟฟ้า ( สนามไฟฟ้า ) และทางแม่เหล็ก ( สนามแม่เหล็ก ) ณ ตำแหน่งและเวลาที่กำหนด

แรงแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นแรงที่แข็งแกร่งเป็นอันดับสองในบรรดาแรงพื้นฐาน ทั้งสี่ที่รู้จักกัน และมีระยะไม่จำกัด^{[ 1 ]} แรงอื่นๆ ทั้งหมดที่เรียกว่าแรงที่ไม่ใช่แรงพื้นฐาน [ ^{2 ] (}เช่น แรง เสียดทานแรงสัมผัส) ล้วนมาจากแรงพื้นฐานทั้งสี่ ที่พลังงานสูงแรงอ่อนและแรงแม่เหล็กไฟฟ้าจะรวมกันเป็นปฏิสัมพันธ์เดียวที่เรียกว่าปฏิสัมพันธ์อิเล็กโทรไวค์^{[ 3 ]}

แรงส่วนใหญ่ที่เกี่ยวข้องกับการปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอมนั้น อธิบายได้ด้วยแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างนิวเคลียสของอะตอม ที่มีประจุไฟฟ้า และอิเล็กตรอนนอกจากนี้ แรงแม่เหล็กไฟฟ้ายังมีส่วนเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ทางเคมี ทุกรูปแบบ ด้วย

แม่เหล็กไฟฟ้าอธิบายว่าเหตุใดวัสดุจึงเคลื่อนที่ได้แม้จะประกอบด้วยอนุภาคแต่ละตัวและพื้นที่ว่าง แรงที่เราสัมผัสได้เมื่อ "ผลัก" หรือ "ดึง" วัตถุธรรมดาเกิดจากแรงระหว่าง โมเลกุล ระหว่างโมเลกุล แต่ละตัว ในร่างกายของเราและในวัตถุเหล่านั้น

แรงที่มีประสิทธิภาพที่เกิดจากโมเมนตัมของการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเป็นส่วนสำคัญที่จำเป็นต่อการทำความเข้าใจปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอมและระหว่างโมเลกุล เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ระหว่างอะตอมที่มีปฏิสัมพันธ์กัน พวกมันจะนำโมเมนตัมไปด้วย เมื่อกลุ่มอิเล็กตรอนถูกจำกัดมากขึ้น โมเมนตัมขั้นต่ำของพวกมันจะเพิ่มขึ้นตามหลักการกีดกันของ Pauliพฤติกรรมของสสารในระดับโมเลกุล รวมถึงความหนาแน่น ถูกกำหนดโดยความสมดุลระหว่างแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงที่เกิดจากการแลกเปลี่ยนโมเมนตัมที่อิเล็กตรอนนำพามา^{[ 4 ]}

ปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้าสามารถอธิบายได้ทางคณิตศาสตร์โดยใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้า สนามแม่เหล็กไฟฟ้า (หรือสนาม EM ) คือสนามทางกายภาพที่เปลี่ยนแปลงไปตามพื้นที่และเวลา ซึ่งแสดงถึงอิทธิพลทางไฟฟ้าและแม่เหล็กที่เกิดขึ้นและกระทำต่อประจุไฟฟ้าสนาม ณ จุดใด ๆ ในพื้นที่และเวลาสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นส่วนผสมของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กเนื่องจากความสัมพันธ์ระหว่างสนามทั้งสอง การรบกวนในสนามไฟฟ้าสามารถสร้างการรบกวนในสนามแม่เหล็ก ซึ่งจะส่งผลต่อสนามไฟฟ้า ทำให้เกิดการสั่นที่แพร่กระจายไปในอวกาศ เรียกว่า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

มีปริมาณทางคณิตศาสตร์ 6 ปริมาณที่ใช้ในการอธิบายสนามแม่เหล็กไฟฟ้าใน 3 กรณีที่แตกต่างกันสนามไฟฟ้า E และความ หนาแน่น ฟลักซ์แม่เหล็กBใช้ในการอธิบายสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในกรณีที่ทราบประจุทั้งหมดโดยตรง เช่น สนามแม่เหล็กไฟฟ้าในสุญญากาศ ในการอธิบายกรณีที่ประจุภายในวัสดุตอบสนองต่อสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่กระทำ จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องกำหนดสนามการกระจัดไฟฟ้า D และความแรงสนามแม่เหล็ก H นอกเหนือจากEและBสุดท้าย บางครั้งเป็นประโยชน์ที่จะอธิบายสนามแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ใช่ในแง่ของแรง แต่ในแง่ของพลังงานศักย์และโมเมนตัม ในกรณีนี้ สนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะถูกแทนด้วยศักย์ไฟฟ้า V และศักย์เวกเตอร์แม่เหล็กAตามลำดับ

แรงFบนอนุภาคประจุqที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วvในสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากำหนดโดยแรงลอเรนซ์ ( นิยามปริมาณSI ^{[ a ]} ): ^{[ 7 ]}${\displaystyle \mathbf {F} =q\left(\mathbf {E} +\mathbf {v} \times \mathbf {B} \right)}$

ในที่นี้×คือผลคูณ เวกเตอร์ และปริมาณที่เป็นตัวหนาทั้งหมดคือเวกเตอร์

แรงลอเรนซ์สามารถใช้กำหนดทั้งสนามไฟฟ้าEและความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กBได้

เมื่อพิจารณาถึงสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในสสาร มักจะเป็นประโยชน์ที่จะแนะนำสนามอีก 2 สนาม นอกเหนือจากEและBเนื่องจากสสารประกอบด้วยอนุภาคที่มีทั้งประจุไฟฟ้าและโมเมนต์แม่เหล็ก ภายใน จึงตอบสนองต่อสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่กระทำเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของตัวเอง รายละเอียดค่อนข้างซับซ้อน แต่โดยทั่วไปสามารถอธิบายได้โดยการแนะนำ สนามการกระจัด ทางไฟฟ้าDเพื่อเสริมEและ สนาม ความแรงแม่เหล็กHเพื่อเสริม E

ในการกำหนดสูตรขั้นสูงของแม่เหล็กไฟฟ้าและเพื่อลดความซับซ้อนของการคำนวณบางอย่าง มักจะเป็นประโยชน์ที่จะกำหนดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าใหม่ในรูปของพลังงานศักย์ไฟฟ้าและโมเมนตัมแทนที่จะเป็นแรง ในที่นี้ สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่สนใจคือศักย์ไฟฟ้าVและศักย์เวกเตอร์แม่เหล็กAซึ่งมีความสัมพันธ์กับEและBโดย: โดยที่∇คือเกรเดียนต์∇⋅คือไดเวอร์เจนซ์ และ∇×คือเคิร์ล $${\displaystyle {\begin{aligned}\mathbf {E} &=-\nabla V-{\frac {\partial \mathbf {A} }{\partial t}}\\[1ex]\mathbf {B} &=\nabla \times \mathbf {A} \end{aligned}}}$$

ไฟฟ้าสถิตเป็นสาขาหนึ่งของฟิสิกส์ ที่ศึกษา ประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ช้าหรืออยู่นิ่งบนวัตถุขนาดใหญ่ ซึ่ง สามารถละเลยผลกระทบทาง ควอนตัมได้ ในกรณีเช่นนี้ สนามไฟฟ้า ศักย์ไฟฟ้า และความหนาแน่นของประจุจะมีความสัมพันธ์กันโดยไม่มีความซับซ้อนจากผลกระทบของสนามแม่เหล็ก

ตั้งแต่สมัยโบราณเป็นที่ทราบกันดีว่าวัสดุบางชนิด เช่นอำพันจะดึงดูดอนุภาคที่มีน้ำหนักเบาหลังจากถูกถู^{[ 12 ]}คำภาษากรีกḗlektron ( ἤλεκτρον ) ซึ่งหมายถึง 'อำพัน' จึงเป็นรากศัพท์ของคำว่าไฟฟ้าปรากฏการณ์ไฟฟ้าสถิตเกิดขึ้นจากแรงที่ประจุไฟฟ้ากระทำต่อกันแรง ดัง กล่าวอธิบายได้ด้วยกฎของคูลอมบ์

ปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าสถิตมีตัวอย่างมากมาย ตั้งแต่เรื่องง่ายๆ อย่างเช่น การที่พลาสติกห่ออาหารติดมือหลังจากแกะออกจากบรรจุภัณฑ์ ไปจนถึงการระเบิดของไซโลเก็บเมล็ดพืชที่ดูเหมือนจะเกิดขึ้นเองโดยไม่ทราบสาเหตุ ความเสียหายของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ระหว่างการผลิต และการทำงานของ เครื่องถ่ายเอกสารและเครื่องพิมพ์เลเซอร์

แม่เหล็กสถิตคือการศึกษาเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กในระบบที่กระแสไฟฟ้าคงที่ (ไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา) เป็นอนาล็อกทางแม่เหล็กของไฟฟ้าสถิตซึ่งประจุจะอยู่กับที่ การทำให้เป็นแม่เหล็กไม่จำเป็นต้องคงที่ สมการของแม่เหล็กสถิตสามารถใช้ทำนายเหตุการณ์การสลับแม่เหล็ก อย่างรวดเร็ว ที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาในระดับนาโนวินาทีหรือน้อยกว่า^{[ 13 ]}แม่เหล็กสถิตยังเป็นการประมาณที่ดีแม้ว่ากระแสไฟฟ้าจะไม่คงที่ ตราบใดที่กระแสไฟฟ้าไม่สลับอย่างรวดเร็ว แม่เหล็กสถิตถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในการประยุกต์ใช้ไมโครแมก เนติกส์ เช่น แบบจำลองของ อุปกรณ์ จัดเก็บข้อมูลแม่เหล็กเช่น ในหน่วยความจำคอมพิวเตอร์

ในปี ค.ศ. 1600 วิลเลียม กิลเบิร์ตเสนอในหนังสือ De Magnete ของเขา ว่าไฟฟ้าและแม่เหล็ก แม้ว่าจะสามารถทำให้เกิดแรงดึงดูดและแรงผลักของวัตถุได้ แต่ก็เป็นปรากฏการณ์ที่แตกต่างกัน^{[ 14 ]}นักเดินเรือสังเกตเห็นว่าฟ้าผ่าสามารถรบกวนเข็มทิศได้ ความเชื่อมโยงระหว่างฟ้าผ่าและไฟฟ้าได้รับการยืนยันก็ต่อเมื่อ เบน จามิน แฟรงคลินเสนอการทดลองในปี ค.ศ. 1752 ซึ่งดำเนินการ โดย โทมัส-ฟรองซัวส์ ดาลิบาร์ด  ชาวฝรั่งเศส เมื่อวันที่ 10 พฤษภาคม ค.ศ. 1752 โดยใช้แท่งเหล็กสูง 40 ฟุต (12 เมตร) แทนว่าว และเขาสามารถดึงประกายไฟจากเมฆได้สำเร็จ^{[ 15 ] [ 16 ]}

หนึ่งในผู้ที่ค้นพบและตีพิมพ์ความเชื่อมโยงระหว่างกระแสไฟฟ้าที่มนุษย์สร้างขึ้นกับแม่เหล็กเป็นคนแรกๆ คือGian Romagnosiซึ่งในปี 1802 สังเกตเห็นว่าการต่อลวดข้ามกองโวลตาอิกทำให้เข็มทิศ ที่อยู่ใกล้เคียงเบี่ยง เบน อย่างไรก็ตาม ผลกระทบนี้ไม่ได้เป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายจนกระทั่งปี 1820 เมื่อ Ørsted ทำการทดลองที่คล้ายกัน^{[ 17 ]}งานของ Ørsted มีอิทธิพลต่อ Ampère ให้ทำการทดลองเพิ่มเติม ซึ่งในที่สุดก็ก่อให้เกิดสาขาใหม่ของฟิสิกส์ นั่นคือ อิเล็กโทรไดนามิกส์ โดยการกำหนดกฎแรงสำหรับการปฏิสัมพันธ์ระหว่างองค์ประกอบของกระแสไฟฟ้า Ampère ได้วางรากฐานทางคณิตศาสตร์ที่มั่นคงให้กับเรื่องนี้^{[ 18 ]}

ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าที่เรียกว่าแม่เหล็กไฟฟ้าแบบคลาสสิกได้รับการพัฒนาโดยนักฟิสิกส์หลายคนในช่วงระหว่างปี 1820 ถึง 1873 เมื่อตำราของเจมส์ คลาร์ก แม็กซ์เวลล์ได้รับการตีพิมพ์ ซึ่งรวมการพัฒนาก่อนหน้านี้เข้าไว้ในทฤษฎีเดียว โดยเสนอว่าแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แพร่กระจายในอีเธอร์เรืองแสง [ ^{19 ] ใน}แม่เหล็กไฟฟ้าแบบคลาสสิก พฤติกรรมของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าอธิบายได้ด้วยชุดสมการที่เรียกว่าสมการของแม็กซ์เวลล์และแรงแม่เหล็กไฟฟ้ากำหนดโดยกฎแรงลอเรนซ์^{[ 20 ]}

หนึ่งในลักษณะเฉพาะของแม่เหล็กไฟฟ้าแบบคลาสสิกคือ มันยากที่จะเข้ากันได้กับกลศาสตร์แบบคลาสสิกแต่เข้ากันได้กับทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ตามสมการของแม็กซ์เวลล์ความเร็วของแสงในสุญญากาศเป็นค่าคงที่สากลที่ขึ้นอยู่กับค่าสภาพยอมทางไฟฟ้าและสภาพซึมผ่านทางแม่เหล็กของสุญญากาศ เท่านั้น ซึ่ง ขัดแย้งกับความไม่แปรเปลี่ยนของกาลิเลโอซึ่งเป็นหลักการพื้นฐานที่ยาวนานของกลศาสตร์แบบคลาสสิก วิธีหนึ่งที่จะทำให้ทฤษฎีทั้งสอง (แม่เหล็กไฟฟ้าและกลศาสตร์แบบคลาสสิก) เข้ากันได้คือการสมมติว่ามีอีเธอร์ที่เป็นตัวนำแสง อยู่ อย่างไรก็ตาม ความพยายามในการทดลองในภายหลังล้มเหลวในการตรวจพบการมีอยู่ของอีเธอร์ หลังจากผลงานที่สำคัญของเฮนดริก ลอเรนซ์และอองรี ปวงกาเรในปี ค.ศ. 1905 อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ได้แก้ปัญหานี้ด้วยการนำเสนอทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ซึ่งแทนที่จลนศาสตร์แบบคลาสสิกด้วยทฤษฎีจลนศาสตร์ใหม่ที่เข้ากันได้กับแม่เหล็กไฟฟ้าแบบคลาสสิก (สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม โปรดดูที่ ประวัติของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ )

นอกจากนี้ ทฤษฎีสัมพัทธภาพยังบ่งชี้ว่า ในกรอบอ้างอิงที่เคลื่อนที่ สนามแม่เหล็กจะเปลี่ยนไปเป็นสนามที่มีส่วนประกอบทางไฟฟ้าที่ไม่เป็นศูนย์ และในทางกลับกัน สนามไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ก็จะเปลี่ยนไปเป็นสนามที่มีส่วนประกอบทางแม่เหล็กที่ไม่เป็นศูนย์ ซึ่งแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าปรากฏการณ์ทั้งสองเป็นสองด้านของเหรียญเดียวกัน ดังนั้นจึงใช้คำว่า "แม่เหล็กไฟฟ้า" (สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม โปรดดูแม่เหล็กไฟฟ้าแบบคลาสสิกและทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและการกำหนดสูตรโคแวเรียนต์ของแม่เหล็กไฟฟ้าแบบคลาสสิก )

ปัจจุบันปัญหาในแม่เหล็กไฟฟ้ายังไม่ได้รับการแก้ไขเพียงไม่กี่ประการ ได้แก่ การขาดโมโนโพลแม่เหล็ก ข้อโต้แย้ง ของAbraham–Minkowskiตำแหน่งในอวกาศของพลังงานสนามแม่เหล็กไฟฟ้า^{[ 21 ]}และกลไกที่สิ่งมีชีวิตบางชนิดสามารถรับรู้ สนาม ไฟฟ้าและสนาม แม่เหล็ก ได้

สมการของแม็กซ์เวลล์เป็นเชิงเส้นกล่าวคือ การเปลี่ยนแปลงในแหล่งกำเนิด (ประจุและกระแส) ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสนามตามสัดส่วน พลศาสตร์ ที่ไม่เป็นเชิงเส้นสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเชื่อมโยงกับสสารที่ปฏิบัติตามกฎพลศาสตร์ที่ไม่เป็นเชิงเส้น^{[ 22 ]}ตัวอย่างเช่น มีการศึกษาเรื่องนี้ในวิชาแม่เหล็กไฟฟ้าพลศาสตร์ซึ่งรวมทฤษฎีของแม็กซ์เวลล์เข้ากับสมการนาเวียร์-สโตกส์ [ ^{23 ] อีก}สาขาหนึ่งของแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับความไม่เป็นเชิงเส้นคือทัศนศาสตร์ที่ไม่เป็นเชิงเส้น

ต่อไปนี้เป็นรายการหน่วยทั่วไปที่เกี่ยวข้องกับแม่เหล็กไฟฟ้า: ^{[ 24 ]}

ใน ระบบ CGS แม่เหล็กไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าเป็นปริมาณพื้นฐานที่กำหนดโดยกฎของแอมแปร์และใช้ค่าการซึมผ่านเป็นปริมาณไร้มิติ (การซึมผ่านสัมพัทธ์) ซึ่งมีค่าเป็นหนึ่งหน่วยใน สุญญากาศ ^{[ 25 ]}ผลที่ตามมาคือ กำลังสองของความเร็วแสงปรากฏอย่างชัดเจนในสมการบางส่วนที่เชื่อมโยงปริมาณต่างๆ ในระบบนี้

สูตรสำหรับกฎทางฟิสิกส์ของแม่เหล็กไฟฟ้า (เช่นสมการของแม็กซ์เวลล์ ) จำเป็นต้องได้รับการปรับเปลี่ยนขึ้นอยู่กับระบบหน่วยที่ใช้ เนื่องจากไม่มีความสัมพันธ์แบบหนึ่งต่อหนึ่งระหว่างหน่วยแม่เหล็กไฟฟ้าในระบบ SI และหน่วยในระบบ CGS เช่นเดียวกับกรณีของหน่วยทางกล นอกจากนี้ ภายในระบบ CGS ยังมีตัวเลือกที่เป็นไปได้หลายแบบสำหรับหน่วยแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งนำไปสู่ ​​"ระบบย่อย" ของหน่วยที่แตกต่างกัน รวมถึงGaussian , "ESU", "EMU" และHeaviside–Lorentzในบรรดาตัวเลือกเหล่านี้ หน่วย Gaussian เป็นหน่วยที่ใช้กันมากที่สุดในปัจจุบัน และในความเป็นจริงวลี "หน่วย CGS" มักใช้เพื่ออ้างถึงหน่วย CGS-Gaussianโดย เฉพาะ ^{[ 27 ]}

ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าถูกนำมาใช้เพื่อทำความเข้าใจและออกแบบวงจรไฟฟ้าวงจรแม่เหล็กและอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ

^{การศึกษาปรากฏการณ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าเริ่มต้นขึ้น เมื่อ}ประมาณ 5,000 ปีที่แล้ว มีหลักฐานว่าอารยธรรมจีน โบราณ [ ^{28 ]}มายัน [ ^{29 ] [ 30 ]}และอาจรวมถึง อารยธรรม อียิปต์ ต่างก็ รู้ว่าแร่แมก เนไทต์ ^ซึ่ง เป็นแร่แม่เหล็กตามธรรมชาติ มีคุณสมบัติดึงดูด และหลายคนได้นำแร่นี้มาใช้ในงานศิลปะและสถาปัตยกรรมของพวกเขา^{[ 31 ]}คนโบราณยังตระหนักถึงฟ้าผ่าและไฟฟ้าสถิตแม้ว่าพวกเขาจะไม่ทราบกลไกเบื้องหลังปรากฏการณ์เหล่านี้ ก็ตาม นักปรัชญากรีกชื่อเธลส์แห่งมิเลตุสค้นพบเมื่อราว 600 ปีก่อนคริสตกาลว่าอำพันสามารถรับประจุไฟฟ้าได้เมื่อถูกถูด้วยผ้า ซึ่งทำให้สามารถดึงดูดวัตถุเบาๆ เช่น ฟางได้ เธลส์ยังได้ทดลองเกี่ยวกับความสามารถของหินแม่เหล็กในการดึงดูดซึ่งกันและกัน และตั้งสมมติฐานว่าปรากฏการณ์นี้อาจเชื่อมโยงกับพลังดึงดูดของอำพัน ซึ่งเป็นการบอกล่วงหน้าถึงความเชื่อมโยงอย่างลึกซึ้งระหว่างไฟฟ้าและแม่เหล็กที่จะถูกค้นพบในอีกกว่า 2,000 ปีต่อมา แม้จะมีการตรวจสอบทั้งหมดนี้ อารยธรรมโบราณก็ยังไม่เข้าใจพื้นฐานทางคณิตศาสตร์ของแม่เหล็กไฟฟ้า และมักวิเคราะห์ผลกระทบของมันผ่านมุมมองของศาสนามากกว่าวิทยาศาสตร์ (เช่น ฟ้าผ่าถือเป็นสิ่งที่เทพเจ้าสร้างขึ้นในหลายวัฒนธรรม) ^{[ 32 ]}

เดิมทีไฟฟ้าและแม่เหล็กถูกมองว่าเป็นแรงสองแรงที่แยกจากกัน มุมมองนี้เปลี่ยนไปเมื่อเจมส์ คลาร์ก แม็กซ์เวลล์ ตีพิมพ์หนังสือ A Treatise on Electricity and Magnetismในปี 1873 ^{[ 33 ]}ซึ่งแสดงให้เห็นว่าปฏิสัมพันธ์ของประจุบวกและประจุลบนั้นถูกควบคุมโดยแรงเพียงแรงเดียว ผลกระทบหลักสี่ประการที่เกิดจากปฏิสัมพันธ์เหล่านี้ได้รับการพิสูจน์อย่างชัดเจนแล้วจากการทดลอง:

1. ประจุไฟฟ้าดึงดูดหรือผลักกันด้วยแรงที่แปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างกัน: ประจุตรงข้ามดึงดูดกัน ประจุเหมือนกันผลักกัน ^{[ 34 ]}
2. ขั้วแม่เหล็ก (หรือสถานะของการโพลาไรเซชัน ณ จุดแต่ละจุด) จะดึงดูดหรือผลักกันในลักษณะที่คล้ายกับประจุบวกและประจุลบ และมีอยู่เป็นคู่เสมอ: ขั้วเหนือทุกขั้วจะจับคู่กับขั้วใต้^{[ 35 ]}
3. กระแสไฟฟ้าภายในลวดจะสร้างสนามแม่เหล็กตามแนวเส้นรอบวงที่สอดคล้องกันภายนอกลวด ทิศทางของสนามแม่เหล็ก (ตามเข็มนาฬิกาหรือทวนเข็มนาฬิกา) ขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสไฟฟ้าในลวด^{[ 36 ]}
4. กระแสไฟฟ้าจะถูกเหนี่ยวนำในวงลวดเมื่อเคลื่อนที่เข้าหาหรือออกจากสนามแม่เหล็ก หรือเมื่อแม่เหล็กเคลื่อนที่เข้าหาหรือออกจากสนามแม่เหล็ก ทิศทางของกระแสไฟฟ้าขึ้นอยู่กับทิศทางการเคลื่อนที่^{[ 36 ]}

ในเดือนเมษายน ค.ศ. 1820 ฮันส์ คริสเตียน เออร์สเตดสังเกตเห็นว่ากระแสไฟฟ้าในลวดทำให้เข็มทิศที่อยู่ใกล้เคียงเคลื่อนที่ ในขณะที่ค้นพบ เออร์สเตดไม่ได้เสนอคำอธิบายที่น่าพอใจใดๆ เกี่ยวกับปรากฏการณ์นี้ และเขาก็ไม่ได้พยายามที่จะแสดงปรากฏการณ์นี้ในกรอบทางคณิตศาสตร์ อย่างไรก็ตาม สามเดือนต่อมา เขาเริ่มทำการตรวจสอบอย่างเข้มข้นมากขึ้น^{[ 37 ] [ 38 ]}ไม่นานหลังจากนั้น เขาได้ตีพิมพ์ผลการค้นพบของเขา ซึ่งพิสูจน์ว่ากระแสไฟฟ้าสร้างสนามแม่เหล็กเมื่อไหลผ่านลวด หน่วย CGSของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ( เออร์สเตด ) ได้รับการตั้งชื่อเพื่อเป็นเกียรติแก่การมีส่วนร่วมของเขาในสาขาแม่เหล็กไฟฟ้า^{[ 39 ]} ผลการค้นพบของเขามีอิทธิพลต่อ การพัฒนารูปแบบทางคณิตศาสตร์เดียวเพื่อแสดงแรงแม่เหล็กระหว่างตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านของนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสอองเดร-มารี อัมแปร์^{[ 40 ]}

การรวมกันนี้ ซึ่งสังเกตโดยไมเคิล ฟาราเดย์ขยายความโดยเจมส์ คลาร์ก แม็กซ์เวลล์และได้รับการปรับปรุงใหม่บางส่วนโดยโอลิเวอร์ เฮวิไซด์และไฮน์ริช เฮิรตซ์เป็นหนึ่งในความสำเร็จที่สำคัญของฟิสิกส์คณิตศาสตร์ใน ศตวรรษที่ 19 ^{[ 41 ]}มันมีผลกระทบอย่างกว้างขวาง หนึ่งในนั้นคือความเข้าใจในธรรมชาติของแสงแตกต่างจากสิ่งที่เสนอโดยทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าในเวลานั้น ปัจจุบันแสงและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า อื่นๆ ถูกมองว่ามีรูปแบบเป็นความปั่นป่วนของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าแบบควอนตัมที่แพร่กระจายเองได้ ซึ่งเรียกว่าโฟตอนความถี่ของการ สั่น ที่แตกต่างกันทำให้เกิดรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ในรูปแบบต่างๆ ตั้งแต่คลื่นวิทยุที่ความถี่ต่ำสุด ไปจนถึงแสงที่มองเห็นได้ที่ความถี่ปานกลาง ไปจนถึงรังสีแกมมาที่ความถี่สูงสุด

Wikiquote มีคำคมที่เกี่ยวข้องกับแม่เหล็กไฟฟ้า

เว็บไซต์ Wikibooks มีหนังสือเกี่ยวกับหัวข้อ: พลศาสตร์ไฟฟ้า

• ตัวแปลงความแรงสนามแม่เหล็ก
• แรงแม่เหล็กไฟฟ้า – จากหนังสือ World of Physics ของ Eric Weisstein