שדה אלקטרומגנטי

שדה אלקטרומגנטי הוא שדה פיזיקלי המורכב משדה חשמלי ומשדה מגנטי. השדה מתאר את הכוח האלקטרומגנטי (כוח לורנץ, אחד מארבעת כוחות היסוד של הטבע) הפועל על מטען חשמלי, ליחידת מטען. בכל מקום שיש קרינה אלקטרומגנטית או גל אלקטרומגנטי קיימים שדות אלקטרומגנטיים שמרכיבים אותו.

כל גוף טעון חשמלית יוצר סביבו שדה חשמלי שהוא גודל וקטורי, כלומר יש לו גודל וכיוון. שינוי בשדה החשמלי יוצר שדה מגנטי (גם הוא וקטורי) שניצב לשינוי בשדה החשמלי. כאשר מטען נע בתנועה הרמונית, הוא יוצר שדה מתנודד שמשולב משדה חשמלי ושדה מגנטי. אחת התוצאות של משוואות מקסוול היא, ששדות חשמליים ומגנטיים המשתנים באופן מחזורי הם למעשה שני ביטויים של אותה תופעה, ולכן לא מדובר בשני שדות נפרדים, וניתן להתייחס לשדה כולו כ"שדה אלקטרו-מגנטי". השדה האלקטרומגנטי בנקודה מסוימת במרחב מגדיר את הכוחות (המגנטיים והחשמליים) שיפעלו על גוף טעון במטען חשמלי, אם יימצא בנקודה הזאת, במהירות מוגדרת. אם לא פועלים כוחות אחרים על הגוף, השדה מגדיר (כתוצאה מהפעלה פשוטה של חוקי ניוטון) גם את המתקף (השינוי בתנע) שלו. אם אנו יודעים מהי המסה של הגוף, נוכל לדעת מהי התאוצה שלו - כלומר, מה יהיה השינוי בגודל ובכיוון של המהירות של הגוף. אי לכך, די לדעת מהו השדה האלקטרומגנטי באזור מסוים בחלל ריק כדי לדעת כיצד ינוע אלקטרון שנשים שם במנוחה. כך ניתן לחשב, למשל, את מהירות ההתנגשות של חלקיקים טעונים במאיץ חלקיקים.

מנקודת מבט קלאסית, השדה האלקטרומגנטי מתואר על ידי שני שדות וקטוריים. הראשון הוא השדה החשמלי, הנוצר על ידי כל מטען חשמלי, והשני הוא השדה המגנטי הנוצר על ידי מטען חשמלי שנמצא בתנועה. השדה האלקטרומגנטי מתואר באופן מלא על ידי טנזור השדה האלקטרומגנטי, ועל ידי משוואות מקסוול. קרינה אלקטרומגנטית היא תנודה מחזורית של השדה האלקטרומגנטי.

מנקודת מבט מתמטית, שדה אלקטרומגנטי קלאסי הוא שדה חלק ורציף.

באלקטרודינמיקה קוונטית השדה האלקטרומגנטי הוא שדה קוונטי מסוג בוזון כיול הנוצר כתוצאה מהדרישה לשימור סימטריית כיול. קרינה אלקטרומגנטית בתורה הזו היא פוטון, שהוא חלקיק בוזון כיול, שמהווה עירור של השדה - כלומר מצב קוונטי עם אנרגיה הגבוהה מאנרגיית הריק ועם תנע.

הן בתיאור הקלאסי והן באלקטרודינמיקה קוונטית, השדה האלקטרומגנטי (והפוטון) מגיבים רק עם חלקיקים טעונים חשמלית.

השראה אלקטרומגנטית היא תהליך שבו שדה חשמלי שמשתנה בזמן גורם להופעה של שדה מגנטי, או שדה מגנטי שמשתנה בזמן גורם להופעה של שדה חשמלי. משוואות מקסוול מתארות את הקשרים בין המטען החשמלי, הזרם החשמלי, השדה החשמלי והשדה המגנטי. בשל צימוד זה בין השדה החשמלי והשדה המגנטי, בתנאים מסוימים מקיימת מערכת את משוואת הגלים.