Jednym z najważniejszych osiągnięć techniki, dzięki któremu możliwe stało się przekazywanie informacji na dalekie odległości w ciągu ułamków sekund, jest wykorzystanie pól elektromagnetycznych. Umożliwiają one przesyłanie obrazów, dźwięku, komunikację bezprzewodową, a także wiele innych praktycznych zastosowań. Dzięki zaawansowanemu wykorzystaniu fal elektromagnetycznych możliwe stało się rozmawianie przez telefon praktycznie z dowolnego miejsca na Ziemi z dowolnie wybraną osobą.

Pola elektromagnetyczne są to zaburzenia przestrzeni, polegające na wzajemnie się indukujących zmiennych polach elektrycznych i magnetycznych. Zaburzenie takie może rozchodzić się w określonym kierunku. Jego prędkość w próżni jest równa prędkości światła (światło to również fala elektromagnetyczna). Fale elektromagnetyczne nazywane są często promieniowaniem. Ze względu na właściwości, promieniowanie dzielimy na jonizujące - powodujące jonizację ośrodka, w którym się propagują, oraz niejonizujące. Promieniowanie jonizujące jest bardzo szkodliwe dla człowieka, należą do niego fale ultrafioletowe, promieniowanie X oraz promieniowanie g, a więc najbardziej energetyczne rodzaje fal. Pozostałe rodzaje promieniowania: radiowe, mikrofalowe, podczerwone i widzialne, mają zbyt małą energię, aby mogły powodować jonizację.

Jak już powiedziano, jonizacja jest bardzo szkodliwym zjawiskiem. Na przykład, przechodząc przez komórki żywe, powoduje zachodzenie reakcji prowadzących do uszkodzenia i obumierania komórek. Efekt jonizacji dodatkowo zależy od natężenia promieniowania - im większe natężenie, tym mocniejsze skutki jonizacji. Aby zjawisko jonizacji w ogóle zaszło, promieniowanie musi mieć odpowiednią energię. Na przykład energia jonizacji tlenu lub wodoru wynosi około 10 - 12 eV. Promieniowanie ultrafioletowe, zależnie od zakresu, ma energię od 3,3 - 100 eV, a więc wysokoenergetyczny zakres promieniowania UV jest bardzo silnie jonizujący. Z kolei kwant promieniowania radiowego wykorzystywanego przez telefonię komórkową ma energię rzędu 10-6 eV, a więc zdecydowanie za małą, aby w jakikolwiek sposób spowodować jonizację. Szkodliwe działanie promieniowania niejonizującego występuje dopiero po przekroczeniu pewnego natężenia, rzędu kilku tysięcy W/m2, powyżej którego zaczyna się pojawiać tzw. efekt mikrofalówki. Polega ona na podgrzewaniu cząsteczek wody zawartych w organizmie.

Aby zapobiec powstaniu nadmiernego natężenia fal radiowych, wykorzystywanych w telekomunikacji, większość krajów na świecie wprowadza pewne dopuszczalne normy, których przekroczenie powoduje zamknięcie radiostacji. Na przykład w USA, dla telefonii GSM, dopuszczalna norma wynosi 6 W/m2, natomiast w Unii Europejskiej 4,5 W/m2. Do przepisów muszą się dostosowywać wszyscy operatorzy, którzy chcą instalować swoje przekaźniki. Normy zostały ustalone przy uwzględnieniu zagadnień związanych z ochroną przyrody, higieną pracy oraz bezpieczeństwem ludzi.

Bardzo łatwo można kontrolować pola elektromagnetyczne emitowane przez radiostacje, na przykład telefonii komórkowej. Jednak znacznie trudniej zbadać, jaki wpływ ma użytkowanie aparatów komórkowych, które również emitują promieniowanie. Istnieje wiele sygnałów, iż pola elektromagnetyczne emitowane przez telefony, na które używający je ludzie są stale narażeni, mogą powodować powstawanie zmian w organizmie, takich jak powstawanie nowotworów, bezpłodność i zakłócenia pracy mózgu. W wielu krajach prowadzi się badania nad wpływem użytkowania przenośnych aparatów telefonicznych na organizm ludzki. Badania te pozwalają określić normy dla natężenia promieniowania emitowanego przez te urządzenia oraz zmniejszyć negatywne skutki ich użytkowania.

Niezależnie od tego, jaki wpływ mają pola elektromagnetyczne z telefonii GSM, stale dąży się do ograniczania natężenia promieniowania emitowanego przez nadajniki i odbiorniki telekomunikacyjne. Jednym ze sposobów zmniejszania natężenia jest zastosowanie tzw. modulacji cyfrowej, polegającej na ograniczaniu mocy wyjściowej nadajników do mniej niż 20W. Emitowana przez antenę moc jest mniejsza - rzędu kilku W, co przy rozbudowanej sieci nadajników i przekaźników jest wystarczające. Generalnie im gęstsza jest sieć nadajników, tym mniejsze natężenia promieniowania są potrzebne. Dodatkowo moc zarówno nadajników, jak i odbiorników, jest dopasowywana do aktualnych potrzeb, dzięki czemu w okresach małego zapotrzebowania może być zmniejszana. Innym rozwiązaniem jest konstrukcja telefonów, które emitują promieniowania jedynie w momencie nadawania. Podczas odbioru sygnału aparat nie emituje pola elektromagnetycznego, dzięki czemu jest znacznie mniej szkodliwy.

W celu ograniczenia zużycia energii, jak również ograniczenia emisji promieniowania i zmniejszenia jego natężenia, w nadajnikach i odbiornikach stosowane są anteny kierunkowe. Nie emitują one promieniowania dookoła, a jedynie w konkretnym kierunku. Sferyczna emisja powodowałaby ogromny wzrost natężenia promieniowania, przekraczający wszystkie dopuszczalne normy. Dodatkowo anteny nadajników są instalowane na bardzo wysokich wspornikach, dzięki czemu tworzą strefy ochronne.

Ciągły rozwój technologii umożliwia rezygnację z naziemnych nadajników telekomunikacyjnych i przenoszenie ich na orbitę okołoziemską, na satelity. Dzięki łączności satelitarnej zakres komunikacji będzie znacznie większy, a jednocześnie będzie emitowane znacznie mniej promieniowania elektromagnetycznego.

Bardzo ważnym z technicznego punktu widzenia zastosowaniem pola elektromagnetycznego jest konstrukcja elektromagnesów. Urządzenia te opierają się na zjawisku indukowania przez poruszający się ładunek pola magnetycznego. Na przykład, jeśli przez kawałek drutu przewodzącego przepuszczamy prąd elektryczny, to wokół drutu powstaje słabe pole magnetyczne. Jeśli drut zwiniemy w cewkę, to w jej wnętrzu powstaje bardzo silne pole magnetyczne. Jeśli w tym wnętrzu cewki umieścimy dodatkowo magnes, to pole magnetyczne cewki staje się znacznie mocniejsze. Urządzenie składające się ze zwojnicy i rdzenia magnetycznego nazywane jest właśnie elektromagnesem.

Elektromagnesy są stosowane w wielu urządzeniach, choć czasem nie zdajemy sobie z tego sprawy. Na przykład dzwonki elektryczne w naszych domach działają dzięki wykorzystaniu elektromagnesów: dzwoneczek, który powoduje dźwięk, jest uderzany przez młotek połączony z żelaznym elementem, zwanym zworą. Zamknięta zwora powoduje, iż obwód elektryczny jest zamknięty. Jej otwarcie powoduje przerwanie obwodu. Gdy ktoś naciska przycisk dzwonka, powoduje przepływ prądu przez obwód, w który włączony jest elektromagnes. Przepływ prądu przez elektromagnes powoduje powstanie pola magnetycznego, które przyciąga żelazną zworę i powoduje otwarcie obwodu. W momencie otwarcia obwodu przestaje płynąć prąd w elektromagnesie, więc przestaje on przyciągać zworę i obwód z powrotem się zamyka. Zamknięcie obwodu powoduje przepływ prądu przez elektromagnes itd., aż do momentu, gdy ktoś przestanie wciskać przycisk dzwonka.

Oprócz tak prostych zastosowań, elektromagnesy wykorzystuje się w wielu maszynach elektrycznych, do konstrukcji mierników elektrycznych, a także w generatorach prądu zmiennego, których zasada działania jest oparta na polu magnetycznym, w którym pod wpływem siły mechanicznej obraca się cewka. Za każdym razem, gdy cewka przecina pole magnetyczne, indukuje się w niej prąd elektryczny, który co pół obrotu zmienia swój kierunek (zmiana biegunów magnesu). Powstaje w ten sposób prąd zmienny. Bardzo podobnie działa silnik elektryczny, z tym, że tu prąd zmienny przyłożony do zwojnicy znajdującej się w polu magnetycznym powoduje jej obrót, dzięki czemu energia elektryczna jest przekształcana na energię mechaniczną. Przy zastosowaniu bardzo silnych elektromagnesów oraz wielozwojowej cewki, możliwe jest uzyskanie w silniku elektrycznym bardzo dużej energii mechanicznej.

Kolejnym bardzo ważnym zastosowaniem elektromagnesów są głośniki. Są to urządzenia przekształcające sygnał elektryczny, płynący ze wzmacniacza, na fale akustyczne. Zbudowane są one z cewki, umieszczonej wewnątrz stałego magnesu. Płynący przez cewkę prąd zmienny, o różnym natężeniu, powoduje indukowanie przez cewkę pola magnetycznego, silniejszego lub słabszego, na przemian w dwóch kierunkach. Zależnie od kierunku prądu cewka jest przyciągana lub odpychana przez magnes, co powoduje jej drgające ruchy, z amplitudą zależną od natężenia prądu. Te ruchy są przenoszone na delikatną membranę, połączoną z cewką. Membrana powoduje powstawanie ruchów powietrza - fal akustycznych, które słyszymy jako dźwięki.

Na podobnej, choć odwrotnej zasadzie działa mikrofon. Fala dźwiękowa powoduje ruch membrany. Wywierane przez nią ciśnienie powoduje ruch elektromagnesu, w wyniku czego następują zmiany napięcia płynącego przez niego prądu. Zależnie od wysokości dźwięku (częstości drgań) zmienia się częstość zmian amplitudy prądu. Podobnie działa gitara elektryczna, w której do wytwarzania dźwięku służą struny metalowe. Zależnie od częstości ich drgań zmienia się amplituda płynącego prądu. Dzięki różnym urządzeniom, takim jak wzmacniacze, można na takim instrumencie wytwarzać bardzo szeroką gamę dźwięków i o bardzo dużym natężeniu.

Elektromagnesy wykorzystuje się także w wykrywaczach metali. W głowicy wykrywacza jest umieszczona cewka, która wytwarza pole magnetyczne. Gdy w jej obrębie znajdzie się metalowy przedmiot, powoduje on zmianę pola magnetycznego i uruchomienie sygnału. Takie proste urządzenia są wykorzystywane w wielu miejscach, na przykład do zdalnego sterowania ruchem drogowym na światłach, do wykrywania metalowych przedmiotów na lotniskach i w innych obiektach, a także przez poszukiwaczy skarbów.

Inne zastosowania elektromagnesów to:

  • aparaty telegraficzne (nadawanie i odbiór informacji za pomocą kodu telegraficznego)
  • diagnostyka medyczna
  • wspomaganie czynności pracy serca (rozruszniki)
  • radary, nadajniki radiowe i telewizyjne
  • ekrany kineskopowe w monitorach i telewizorach
  • kuchenki mikrofalowe i inny sprzęt AGD
  • telefonia GSM.

Bardzo ważnym zastosowaniem elektromagnesów w elektryce jest konstrukcja próżniowych styczników elektromagnetycznych. Styczniki są to urządzenia służące do zamykania i otwierania obwodów elektrycznych. Oprócz styczników elektromagnetycznych istnieją również styczniki mechaniczne (otwieranie i zamykanie obwodu elektrycznego odbywa się za pomocą dźwigni mechanicznych) oraz pneumatyczne (sterowane sprężonym powietrzem).

Bardzo ważnym rodzajem styczników elektromagnetycznych są styczniki próżniowe SV. Zbudowane są one z trzech komór próżniowych, w których są jednoprzerwowe zestyki (dociśnięte przez siłę wynikającą z różnicy ciśnień na zewnątrz komory i w jej wnętrzu), oraz z elektromagnesu prądu stałego, który jest zasilany przez źródło prądu stałego, lub prądu zmiennego przepuszczone przez wbudowany prostownik.

Styczniki SV stosuje się do prądów przemiennych o natężeniu od 125 do 160A, przy napięciu do 1000 V. Stosowanie takich styczników do prądu stałego powoduje trwałe rozłączenie obwodu.

Styczniki SV stosuje się głównie do sterowania silnikami elektrycznymi o napięciu do 1000 V, do sterowania układami napędowymi wykorzystywanymi np. w górnictwie, jako łączniki urządzeń wykorzystywanych w przemyśle chemicznym. Ze względu na to, że styczniki SV powodują bardzo małą emisję ciepła, można je także stosować w układach napędowych znajdujących się w szczelnych lub przeciwwybuchowych obudowach.