Fizikoje elektromagnetinė jėga yra įtaka, kuri veikia elektriškai įkrautas daleles. Kartu su gravitacija tai jėga, su kuria žmonės dažniausiai susiduria kasdien, ir ji paaiškina daugumą žmonėms pažįstamų reiškinių. Jis atsakingas už elektrą, magnetizmą ir šviesą; jis laiko elektronus ir protonus kartu atomuose; ir leidžia atomams susijungti, kad susidarytų molekulės, ir skatina chemines reakcijas. Ši jėga taip pat yra atsakinga už kietų objektų tvirtumą ir yra priežastis, dėl kurios jie negali praeiti vienas per kitą.
Elektromagnetinė jėga yra viena iš keturių pagrindinių gamtos jėgų. Kiti trys yra gravitacinė jėga, stipri branduolinė jėga ir silpnoji branduolinė jėga. Stipri branduolinė jėga yra stipriausia iš jų, tačiau ji veikia tik itin trumpu nuotoliu. Elektromagnetinė jėga yra antra pagal stiprumą ir, kaip ir gravitacija, veikia neribotais atstumais.
Atvirkštinio kvadrato dėsnis
Kaip ir gravitacija, elektromagnetinė jėga veikia pagal atvirkštinį kvadrato dėsnį. Tai reiškia, kad jėgos stiprumas yra atvirkščiai proporcingas atstumo nuo jos šaltinio kvadratui. Taigi, pavyzdžiui, jei kas nors pasislenka 5 vienetais nuo jėgos šaltinio, intensyvumas sumažinamas iki 1/25.
Teigiami ir neigiami mokesčiai
Skirtingai nuo gravitacijos, elektromagnetinę jėgą jaučia tik tie objektai, kurie turi elektros krūvį, kuris gali būti teigiamas arba neigiamas. Objektai su skirtingų tipų krūviais traukia vienas kitą, tačiau tie, kurių krūvis yra vienodas, atstumia. Tai reiškia, kad jėga gali būti patraukli arba atstumianti, priklausomai nuo dalyvaujančių krūvių. Kadangi dauguma objektų dažniausiai neturi bendro elektros krūvio, jie nejaučia elektromagnetinės jėgos, o tai paaiškina, kodėl gravitacija, nors ir daug silpnesnė jėga, dominuoja dideliuose masteliuose.
Kai dvi skirtingos medžiagos trinasi, elektronai gali judėti iš vienos į kitą, palikdami vieną teigiamą, o kitą neigiamą. Tada jie abu pritrauks vienas kitą ir gali būti pritraukti prie elektriškai neutralių objektų. Tai vadinama statine elektra ir gali būti parodyta įvairiais paprastais eksperimentais, pavyzdžiui, įtrynus balioną kailio gabalėliu ir priklijuojant jį prie sienos – jį ten laiko elektrostatinė trauka.
Elektros srovė teka, kai elektronai juda laidu ar kitu laidininku iš srities, kurioje yra elektronų perteklius, į tą, kur yra deficitas. Sakoma, kad srovė teka iš neigiamo į teigiamą. Paprastoje grandinėje naudojant bateriją elektronai teka iš teigiamo į neigiamą gnybtą, kai grandinė baigta.
Atominėje skalėje trauka tarp teigiamai įkrautų protonų branduolyje ir neigiamai įkrautų elektronų išorėje laiko atomus kartu ir leidžia jiems susijungti vienas su kitu, kad susidarytų molekulės ir junginiai. Protonus branduolyje laiko stipri branduolinė jėga, kuri šiuo itin mažu mastu įveikia elektromagnetinį atstūmimą.
Elektromagnetiniai laukai
Elektromagnetinių laukų koncepciją pirmasis sukūrė mokslininkas Michaelas Faradėjus XIX amžiaus pradžioje. Jis parodė, kad elektra įkrauti ir įmagnetinti objektai gali paveikti vienas kitą per atstumą. Pavyzdžiui, elektros srovė, tekanti per vielos ritę, gali nukreipti kompaso adatą ir sukelti srovę kitoje, netoliese esančioje ritėje. Jis taip pat parodė, kad kintantis magnetinis laukas gali sukelti elektros srovę laide. Tai nustatė ryšį tarp elektros ir magnetizmo bei lauko, kuris kinta priklausomai nuo atstumo, supančių elektriškai įkrautus ar magnetinius objektus, egzistavimą.
Vėliau, XIX amžiuje, fizikas Jamesas Clerkas Maxwellas sukūrė daugybę lygčių, kurios paaiškino ne tik elektros ir magnetizmo ryšį, bet ir parodė, kad šviesa yra į bangas panašus elektromagnetinio lauko trikdymas. Jis padarė tokią išvadą, kai apskaičiavo greitį, kuriuo sklinda elektromagnetinės įtakos, ir nustatė, kad tai visada yra šviesos greitis. Tai reiškia, kad šviesa buvo elektromagnetinės spinduliuotės forma, kuri sklinda kaip bangos. Tai paskatino klasikinės elektrodinamikos teoriją, kurioje elektromagnetinę bangą sukuria judantis elektros krūvis. Vielos ritės judėjimas magnetiniame lauke gali generuoti mažos energijos radijo bangas, o energingesnis elektronų judėjimas karštoje laidoje gali generuoti matomą šviesą.
Kvantinė elektrodinamika
Einšteinui tiriant fotoelektrinį efektą, kai šviesa gali išstumti elektronus nuo metalinio paviršiaus, buvo atrasta, kad elektromagnetinė spinduliuotė (EMR) gali veikti kaip dalelės ir bangos. Šios dalelės vadinamos fotonais. Atome esantys elektronai gali įgyti energijos sugerdami fotoną ir prarasti energiją jį išspinduliuodami. Tokiu būdu EMR galima paaiškinti kaip fotonų emisiją, kai elektronai patiria energijos lygio kritimą.
Remiantis kvantine teorija, visas keturias gamtos jėgas galima paaiškinti dalelių mainais, kaip ir nuotraukos elektromagnetinės jėgos atveju. Siekiant paaiškinti šią jėgą taip, kad ji atitiktų kvantinę teoriją, buvo sukurta kvantinės elektrodinamikos teorija. Idėja yra ta, kad elektromagnetinę jėgą tarpininkauja „virtualūs“ fotonai, kurie egzistuoja tik trumpai sąveikaujant tarp įkrautų dalelių. Tai paaiškina visas elektromagnetines sąveikas, o griežti bandymai įrodė, kad tai labai tiksli teorija.