แม่เหล็กและไฟฟ้าเกี่ยวข้องกันอย่างไร?

แม่เหล็กและไฟฟ้าเป็นปรากฏการณ์ลึกลับสองประการของโลกทุกวัน ไฟฟ้าคือการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุแบบ submicroscopic ผ่านวัสดุ การไหลของประจุหรือ "กระแส" ที่เคลื่อนผ่านสายไฟของบ้านให้พลังงานไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับเครื่องมือและเครื่องใช้ที่ทันสมัย แม่เหล็กเป็นแรงที่มองไม่เห็นซึ่งช่วยให้แม่เหล็กเคลื่อนแม่เหล็กอื่นๆ และโลหะบางชนิดในระยะไกล แม้ว่าจะดูแตกต่างกันมาก แต่แม่เหล็กและไฟฟ้ามีความเกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิด

ในปี ค.ศ. 1820 Hans Christian Orsted นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์กสังเกตเห็นสิ่งผิดปกติขณะทำการทดลองไฟฟ้า เขาพบว่าเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลในเส้นลวด เข็มของเข็มทิศที่วางอยู่ใกล้ ๆ จะเคลื่อนที่ สิ่งเดียวที่สามารถทำได้คือสนามแม่เหล็ก Orsted ค้นพบว่ากระแสไฟฟ้าสร้างสนามแม่เหล็ก

Michael Faraday เมื่อได้ยินถึงการค้นพบของ Orsted เชื่อว่าหากกระแสไฟฟ้าสามารถสร้างสนามแม่เหล็กได้ สนามแม่เหล็กก็ควรจะสามารถสร้างกระแสไฟฟ้าได้ ในปี ค.ศ. 1831 ฟาราเดย์ได้ค้นพบว่าแม่เหล็กที่เคลื่อนที่ใกล้เส้นลวดอาจทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านเส้นลวดนั้นได้ ในปี 1831

แม่เหล็กไม่จำเป็นต้องเคลื่อนที่เพื่อสร้างพลังงานด้วยซ้ำ ปัจจัยสำคัญคือสนามแม่เหล็กรอบเส้นลวดควรมีการเปลี่ยนแปลง การเปลี่ยนแปลงนี้อาจเกิดจากแม่เหล็กเคลื่อนที่ หรือโดยการจับแม่เหล็กให้นิ่งและเคลื่อนที่ขดลวด หรือโดยการเพิ่มและลดกำลังในแม่เหล็กไฟฟ้า หลักการนี้ที่ว่าสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในตัวนำ เรียกว่ากฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

การค้นพบของ Orsted แสดงให้เห็นว่าเหตุใดแม่เหล็กจึงมีสนามแม่เหล็กที่สามารถเคลื่อนย้ายวัตถุอื่นได้ สสารทั้งหมดประกอบด้วยอะตอม อิเล็กตรอนที่มีประจุจะโคจรรอบนิวเคลียสอะตอมที่หนาแน่น ทั้งหมดที่เป็นกระแสคือประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ นั่นหมายความว่าทุกอะตอมในธรรมชาติล้อมรอบด้วยกระแสไฟฟ้าขนาดเล็ก ซึ่งหมายความว่าอะตอมทั้งหมดมีสนามแม่เหล็กขนาดเล็ก ตามที่ Orsted แสดงให้เห็น กระแสไฟฟ้าสร้างสนามแม่เหล็ก ในวัสดุส่วนใหญ่ แม่เหล็กปรมาณูขนาดเล็กเหล่านี้จะชี้ไปทุกทิศทาง และตัดผลกระทบของกันและกัน นี่คือสาเหตุที่วัสดุส่วนใหญ่ไม่เป็นแม่เหล็ก แต่ในวัสดุบางชนิด แม่เหล็กขนาดเล็กเหล่านี้เรียงตัวกัน ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กอันทรงพลัง วัสดุเหล่านี้เป็นแม่เหล็ก และเกือบจะเป็นโลหะบางชนิด

ดังที่ Orsted และ Faraday แสดงให้เห็น แม่เหล็กและไฟฟ้ามีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด แต่ละคนดูเหมือนจะสามารถสร้างอย่างอื่นได้ แม้แต่แม่เหล็กธรรมชาติก็ยังเป็นแม่เหล็กเพราะกระแสไฟฟ้าขนาดเล็กทั้งหมดไหลผ่านพวกมันอย่างถูกวิธี ไม่ผิดที่จะบอกว่าสนามแม่เหล็กและไฟฟ้าเป็นปรากฏการณ์เดียวกันสองประการที่แตกต่างกัน