V fiziki je elektromagnetna sila vpliv, ki vpliva na električno nabite delce. Poleg gravitacije je to sila, s katero se ljudje največ srečujemo v vsakdanjem življenju, in pojasnjuje večino pojavov, ki jih ljudje poznamo. Odgovoren je za elektriko, magnetizem in svetlobo; drži elektrone in protone skupaj v atomih; in omogoča, da se atomi vežejo skupaj, da tvorijo molekule in poganja kemične reakcije. Ta sila je odgovorna tudi za trdnost trdnih predmetov in je razlog, da ne morejo preiti drug skozi drugega.
Elektromagnetna sila je ena od štirih temeljnih sil narave. Druge tri so gravitacijska sila, močna jedrska sila in šibka jedrska sila. Močna jedrska sila je najmočnejša med njimi, vendar deluje le na izjemno kratkem dosegu. Elektromagnetna sila je druga najmočnejša in tako kot gravitacija deluje na neomejene razdalje.
Zakon inverznega kvadrata
Tako kot gravitacija tudi elektromagnetna sila sledi zakonu inverznega kvadrata. To pomeni, da je moč sile obratno sorazmerna s kvadratom razdalje od njenega vira. Torej, na primer, če se nekdo odmakne 5 enot stran od vira sile, se intenzivnost zmanjša na 1/25.
Pozitivni in negativni naboji
Za razliko od gravitacije elektromagnetno silo občutijo le predmeti, ki imajo električni naboj, ki je lahko pozitiven ali negativen. Predmeti z različnimi vrstami nabojev se med seboj privlačijo, tisti z isto vrsto pa se odbijajo. To pomeni, da je sila lahko privlačna ali odbojna, odvisno od vključenih nabojev. Ker večina predmetov večino časa nima celotnega električnega naboja, ne čutijo elektromagnetne sile, kar pojasnjuje, zakaj gravitacija, čeprav je veliko šibkejša sila, prevladuje na velikem obsegu.
Ko se dva različna materiala drgneta skupaj, se lahko elektroni premikajo od enega do drugega, pri čemer ostane eden s pozitivnim, drugi pa z negativnim nabojem. Oba se bosta nato pritegnila drug drugega in ju lahko privlačijo električno nevtralni predmeti. To je znano kot statična elektrika in jo je mogoče dokazati z različnimi preprostimi poskusi, kot je drgnjenje balona s kosom krzna in prilepljenje na steno – tam ga drži elektrostatična privlačnost.
Električni tok teče, ko se elektroni premikajo vzdolž žice ali drugega prevodnika iz območja s presežkom elektronov v območje, kjer je pomanjkanje. Rečeno je, da tok teče iz negativnega v pozitivno. V preprostem vezju, ki uporablja baterijo, elektroni tečejo s pozitivnega na negativni terminal, ko je vezje končano.
Na atomski lestvici privlačnost med pozitivno nabitimi protoni v jedru in negativno nabitimi elektroni zunaj drži atome skupaj in jim omogoča, da se vežejo drug z drugim, da tvorijo molekule in spojine. Protone v jedru drži močna jedrska sila, ki v tem izjemno majhnem obsegu premaga elektromagnetno odbojnost.
Elektromagnetna polja
Koncept elektromagnetnih polj je prvi razvil znanstvenik Michael Faraday v začetku 19. stoletja. Pokazal je, da lahko električno nabiti in magnetizirani predmeti vplivajo drug na drugega na daljavo. Na primer, električni tok, ki teče skozi tuljavo žice, bi lahko odklonil iglo kompasa in induciral tok v drugi, bližnji tuljavi. Pokazal je tudi, da lahko spreminjajoče se magnetno polje povzroči električni tok v žici. To je vzpostavilo povezavo med elektriko in magnetizmom ter obstojem polja, ki se spreminja glede na razdaljo okoli električno nabitih ali magnetnih predmetov.
Kasneje v 19. stoletju je fizik James Clerk Maxwell izdelal vrsto enačb, ki so razložile ne le razmerje med elektriko in magnetizmom, ampak tudi pokazale, da je svetloba valovna motnja elektromagnetnega polja. Do tega zaključka je prišel, ko je izračunal hitrost, s katero potujejo elektromagnetni vplivi, in ugotovil, da je to vedno hitrost svetlobe. Posledica je bila, da je svetloba oblika elektromagnetnega sevanja, ki potuje kot valovi. To je pripeljalo do teorije klasične elektrodinamike, v kateri elektromagnetno valovanje ustvarja gibajoči se električni naboj. Gibanje tuljave žice v magnetnem polju lahko ustvari nizkoenergijske radijske valove, medtem ko lahko bolj energijsko gibanje elektronov v vroči žici ustvari vidno svetlobo.
Kvantna elektrodinamika
Z Einsteinovo raziskavo fotoelektričnega učinka, pri katerem lahko svetloba odstranjuje elektrone s kovinske površine, je prišlo do odkritja, da se lahko elektromagnetno sevanje (EMR) obnaša tako kot delci kot valovi. Te delce imenujemo fotoni. Elektroni v atomu lahko pridobijo energijo z absorpcijo fotona in izgubijo energijo z oddajanjem fotona. Na ta način lahko EMR razložimo kot emisijo fotonov, ko elektroni doživijo padec ravni energije.
Po kvantni teoriji je mogoče vse štiri naravne sile razložiti z izmenjavo delcev, kot fotografije v primeru elektromagnetne sile. Da bi to silo razložili na način, ki je skladen s kvantno teorijo, je bila razvita teorija kvantne elektrodinamike. Ideja je, da elektromagnetno silo posredujejo “virtualni” fotoni, ki obstajajo le bežno med interakcijami med nabitimi delci. Pojasnjuje vse elektromagnetne interakcije in stroga testiranja so dokazala, da je zelo natančna teorija.