Ηλεκτρομαγνητισμός

Ο ηλεκτρομαγνητισμός, ή ηλεκτρομαγνητική δύναμη ή ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση είναι μία από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της φυσικής που περιγράφονται από το καθιερωμένο πρότυπο, και μελετά τα φαινόμενα που απορρέουν από το ηλεκτρικό φορτίο των σωματιδίων και από την αλληλεπίδραση των ηλεκτρικών με τα μαγνητικά πεδία. Η θεμελιώδης αυτή δύναμη επιτρέπει την κατανόηση πολλών φυσικών φαινομένων όπως ο ηλεκτρισμός, ο μαγνητισμός, και το φως, και αποτελεί το πρώτο δείγμα ενοποίησης δύο διαφορετικών δυνάμεων -του ηλεκτρισμού και του μαγνητισμού- στη φυσική. Ο ηλεκτρομαγνητισμός ορίζεται από στο λεξικό της Διεθνούς Ηλεκτροτεχνικής Επιτροπής (International Electrotecnical Commission - IEC) ως "το σύνολο των φαινομένων που σχετίζονται με ηλεκτρομαγνητικά πεδία" (IEV 121-11-74).^[1]

Η ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση εμφανίζεται μεταξύ των αντικειμένων που διαθέτουν ηλεκτρικό φορτίο, Τα ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα διαδίδονται με αγωγιμότητα ή ακτινοβολία. Ως ηλεκτρομαγνητικό περιβάλλον ορίζεται το "σύνολο των ηλεκτρομαγνητικών φαινομένων, τα οποία είναι δυνατόν να παρατηρηθούν σε μία δεδομένη θέση στο χώρο" (IEV 161-01-01).^[2]

Η ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα ορίζεται ως "η ικανότητα μιας συσκευής ή συστήματος να λειτουργεί ικανοποιητικά στο ηλεκτρομαγνητικό του περιβάλλον χωρίς να προκαλεί απαράδεκτες ηλεκτρομαγνητικές διαταραχές σε οτιδήποτε βρίσκεται στο περιβάλλον αυτό» (IEV 161-01-07).^[2]

Καθώς οι ηλεκτρομαγνητικές διαταραχές μπορεί να επηρεάζουν τις ραδιοεπικοινωνίες, συμπεριλαμβανομένης της ραδιοφωνικής και τηλεοπτικής λήψης, τα δίκτυα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας και τηλεπικοινωνιών, καθώς και τον εξοπλισμό που συνδέεται με αυτά, που πρέπει να προστατεύονται από τις ηλεκτρομαγνητικές διαταραχές, σχεδόν σε όλα τα Κράτη υπάρχει σχετική νομοθεσία με την ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα. Στην Ευρωπαϊκή Ένωση η ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα ρυθμίζεται από την Οδηγία 2014/30/ΕΕ. Η Ελληνική νομοθεσία έχει προσαρμοσθεί στην Οδηγία 2014/30/EE με την κοινή απόφαση 37764/873/Φ342 της 2-6-2016 που έχει δημοσιευθεί στο ΦΕΚ 1602/τ.Β/7-6-2016.

Ο ηλεκτρομαγνητισμός αποτελεί την βάση σημαντικών τεχνολογικών τομέων όπως η θεωρία κυκλωμάτων, της ηλεκτρολογικής μηχανικής, και της ηλεκτρονικής.

Ενοποίηση ηλεκτρισμού - μαγνητισμού

Αρχικά πιστεύονταν ότι ο ηλεκτρισμός και ο μαγνητισμός είναι δύο διαφορετικά φαινόμενα μέχρι που ο Έρστεντ παρατήρησε ότι όταν πλησίαζε μία πυξίδα σε αγωγό ο οποίος διαρρεόταν από ηλεκτρικό ρεύμα, τότε η μαγνητική της βελόνα προσανατολιζόταν ασυμβάτως κάθετα στον αγωγό. Τότε έγινε κατανοητό ότι δεν επρόκειτο για δύο διαφορετικά φαινόμενα, αλλά για ένα: τον ηλεκτρομαγνητισμό. Η ενοποίηση των δύο αυτών φαινομένων έγινε από τον Μάξγουελ με τις τέσσερις περίφημες εξισώσεις που έκτοτε φέρουν το όνομά του (εξισώσεις του Μάξγουελ).

Εξισώσεις Μάξγουελ, φως και ειδική σχετικότητα

Συνδυάζοντας κατάλληλα τις εξισώσεις του Μάξγουελ καταλήγουμε στη δημιουργία κυμάτων ηλεκτρομαγνητικής φύσης. Αυτές οι κυματικές εξισώσεις που παίρνουμε για το ηλεκτρικό και το μαγνητικό πεδίο καταδεικνύουν ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα έχουν ταχύτητα ίση με αυτήν της ταχύτητας του φωτός. Αυτό ήταν και το πρώτο πράγμα που μας έκανε να πιστέψουμε ότι το φως είναι ηλεκτρομαγνητικό κύμα (για το ότι ήταν και κύμα είχαμε ήδη στοιχεία).

Η κυματική εξίσωση που έβγαινε από τις εξισώσεις του Μάξγουελ δεν ικανοποιούσε την Γαλλιλαϊκή συμμετρία, δηλαδή τους μετασχηματισμούς του Γαλλιλαίου. Η ανάγκη εύρεσης ενός μετασχηματισμού που θα ικανοποιεί τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα οδήγησε στην εύρεση των λεγόμενων μετασχηματισμών Λόρεντζ και στο ανώτατο όριο ταχύτητας του φωτός λαμβάνοντας υπόψη τις αρχές της ειδικής σχετικότητας που έθεσε ο Άλμπερτ Αϊνστάιν.