Obecnie obowiązujący model standardowy opisujący świat w kategoriach cząstek elementarnych i oddziaływań między tymi cząstkami podaje , że istnieją cztery podstawowe typy oddziaływań. Jednym z nich jest właśnie oddziaływanie elektromagnetyczne.

Zarówno elektryczność jak i magnetyzm występują w dwóch odmianach . Dla elektryczności są to ładunki dodatnie i ujemne, natomiast dla magnetyzmu bieguny północne i południowe. Elektryczność i magnetyzm uważa się za dwie odrębne siły. Dlatego przez długi czas do ich opisu wykorzystywano odrębne układy równań. Tak było aż do wieku dziewiętnastego kiedy to James Clerk Maxwell sformułował równania, które połączyły elektryczność i magnetyzm w jedną siłę zwaną elektromagnetyzmem.

Istnieją cztery równania Maxwella. Oto krótka ich charakterystyka:

Pierwsze równanie Maxwella zwane jest inaczej prawem Gaussa dla elektryczności Faktem doświadczalnym przemawiającym za prawdziwością tego prawa jest przede wszystkim odpychanie się ładunków jednoimiennych i przyciąganie różnoimiennych z siłą, która jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości miedzy tymi ładunkami. Ponadto stwierdzono, że jeśli na izolowanym przewodniku zostanie umieszczony ładunek wówczas będzie się on przemieszczał w kierunku jego zewnętrznej powierzchni.

Prawo Gaussa podaje związek między strumieniem elektrycznym przechodzącym przez daną powierzchnię i całkowitym ładunkiem zgromadzonym wewnątrz tej powierzchni.

Ma ono następującą postać:

Drugie równanie Maxwella zwane jest inaczej prawem Gaussa dla magnetyzmu.

Strumień pola magnetycznego przez powierzchnię S można obliczyć z zależności:

Ponieważ linie pola magnetycznego są liniami zamkniętymi tak więc strumień pola magnetycznego przez zamkniętą powierzchnie będzie równy zero. Prawo to jest bezpośrednio związane z faktem, że w przyrodzie nie występują pojedyncze bieguny magnetyczne. Prawo to można wyrazić za pomocą zależności:

Trzecie równanie Maxwella zwane jest prawem Ampere'a. Ampere jednak nigdy nie przedstawił wyników swoich badań w postaci równań pola. Zrobił to dopiero Maxwell.

Prawo to podaje zależność między natężeniem prądu a polem magnetycznym. Pierwotnie Ampere zakładał, że pole magnetyczne może zostać wytworzone przez przepływ prądu. Jednak Maxwell zauważył, że pole może zostać wygenerowane także przez zmienne pole elektryczne. I stąd właśnie pojawił się dodatkowy człon we wzorze.

Prawo to pozwala znaleźć pole magnetyczne wytwarzane np. przez przewodniki z prądem.

Czwarte równanie Maxwella zostało pierwotnie sformułowane przez Faradaya. Prawo to dotyczy zjawiska indukcji elektromagnetycznej. Indukcją elektromagnetyczną nazywa się powstawanie siły elektromotorycznej indukcji czyli SEM w obwodzie pod wpływem pola magnetycznego w wyniku względnego ruchu obwodu i źródła pola .

Siła elektromotoryczna  jest równa szybkości zmian strumienia magnetycznego . Równanie to ma postać:

Równania Maxwella przewidują istnienie fal elektromagnetycznych o prędkości rozchodzenia się w próżni danej wzorem:

Jest to największa możliwa prędkość fali elektromagnetycznej. W ośrodku materialnym prędkość ta ulega zmniejszeniu, a jej wartość zależy od przenikalności elektrycznej i magnetycznej danego ośrodka.

Fala elektromagnetyczna opisywana jest zależnością, zwaną równaniem falowym, które wyprowadza się z równań Maxwella zapisanych w postaci różniczkowej. Ma ono postać:

 ,

gdzie: - laplasjan, operator różniczkowy; E - wektor natężenia pola elektrycznego; B - wektor indukcji pola magnetycznego.

Są to równania wektorowe, zatem są równoważne sześciu równaniom skalarnym, po jednym dla składowych każdego z pól.

Fala elektromagnetyczna jest zatem rozchodzącym się w przestrzeni zaburzeniem sprzężonych pól elektrycznego i magnetycznego.

Istnieje wiele rodzajów fal elektromagnetycznych i dla każdego z nich równanie falowe przyjmuje inne rozwiązanie.

I tak np. dla fali płaskiej przyjmuje się, że po dwie składowe obu pól są równe zero. Wtedy równanie falowe bardzo się upraszcza i można otrzymać następujące rozwiązanie:

gdzie: to są amplitudy, k = 2 - liczba falowa, - częstość kołowa = 2gdzie f - częstotliwość.

Wektory obu pól są prostopadłe do siebie i do kierunku rozchodzenia się fali.

Do wielkości charakteryzujących fale elektromagnetyczne należy częstotliwość. Określa ona ilość zmian pól elektrycznego i magnetycznego w ciągu sekundy. Jednostką częstotliwości jest herc. Częstotliwość fali elektromagnetycznej ma stała wartość. Nie zależy od ośrodka, przez który fala przechodzi.

Natomiast druga wielkość charakteryzująca fale, czyli długość fali już od ośrodka zależy. Długością fali nazywa się odległość jaką fala elektromagnetyczna pokonuje w czasie jednego okresu.

Wzór na długość fali wygląda następująco:

We wzorze tym c to prędkość fal a T to jej okres.

Na podstawie równań Maxwella można wnioskować, że wszystkie fale elektromagnetyczne mają taką samą naturę oraz prędkość rozchodzenia się . Różnią się tylko wartością częstotliwości oraz długości fali. Właśnie ze względu na te wielkości widmo fal elektromagnetycznych zostało podzielone na kilka zakresów. Nazwy tych zakresów związane są przede wszystkim z odmiennymi technikami wytwarzania oraz detekcji tych fal. Nie ma również ściśle wyznaczonej granicy miedzy zakresami, zachodzą one płynnie na siebie.

Fragment widma fal elektromagnetycznych stanowią fale radiowe.

Fale radiowe jest to promieniowanie elektromagnetyczne o największej długości fali , z przedziału od kilku milimetrów do setek kilometrów. Po raz pierwszy w sposób zamierzony zostały wytworzone przez Hertza. On również udowodnił, że mogą być przesyłane na duże odległości. Zakres fal radiowych dzieli się dodatkowo na fale krótkie, średnie i długie.

Fale radiowe wykorzystywane są w radiofonii do przesyłania sygnałów dźwiękowych. Jest to możliwe dzięki specjalnej antenie nadawczej, która wypromieniowuje energię. W zależności od tego w jakim środowisku rozchodzą się emitowane fale radiowe można je podzielić na kilka rodzajów. I tak wyróżnia się fale przyziemne, fale troposferyczne, fale jonosferyczne oraz fale w przestrzeni kosmicznej.

Rozpowszechnianiem audycji radiowych zajmuje się radiofonia. Sygnały radiowe mogą być przesyłane ze stacji nadawczej do odbiorników za pomocą przewodów. Wówczas mówi się o radiofonii przewodowej. Drugim rodzajem jest radiofonia bezprzewodowa.

Do parametrów charakteryzujących urządzenia radiowe należą:

  1. długość fali radiowej - podział na :

- fale długie

- fale średnie

- fale krótkie

- fale ultrakrótkie

2. charakter modulacji amplitudy oraz modulacji częstotliwości

3. wysokość mocy wyjściowej

4. poziom czułości oraz selektywności odbiorników i wrażliwości na wszelkiego typu zakłócenia

W skład urządzeń radiowych wchodzą:

- nadajniki - są to urządzenia przeznaczone do generowania pola elektromagnetycznego wysokiej częstości. W skład nadajnika wchodzi generator drgań elektrycznych , wzmacniacze wysokiej częstości , wzmacniacze małej częstości , modulator i urządzenia pomocnicze takie jak np. zasilacz.

W zależności od długości fali wyróżnia się :

-nadajniki długofalowe

- nadajniki średniofalowe

- nadajniki krótkofalowe

- nadajniki ultrakrótkofalowe

Inny podział dzieli nadajniki biorąc pod uwagę ich przeznaczenie. I tak może istnieć nadajnik: radiofoniczny, telewizyjny, radiokomunikacyjny czy radiolokacyjny.

- odbiorniki radiowe - są to urządzenia przystosowane do tego żeby odbierać fale elektromagnetyczne, które rozchodzą się w przestrzeni. W odbiornikach następuje także przetwarzanie energii fal radiowych w energię elektryczną a tą z kolei w energię fali akustycznej. Możemy mieć do czynienia z modulacją amplitudową , częstotliwościową lub fazową.

Odbiornik radiowy , który odbiera sygnały zmodulowane amplitudowo nosi nazwę odbiornika AM, natomiast ten odbierający sygnały zmodulowane częstotliwościowo nazywa się odbiornikiem FM.

Oba skróty pochodzą od angielskich nazw, czyli odpowiednio Amplitude Modulation i Frequency Modulation.

Do podstawowych elementów składowych radioodbiorników zalicza się wzmacniacze wysokiej częstości, mieszacze z heterodyną, wzmacniacze średniej częstości, ograniczniki (dla odbiorników FM), detektory i wzmacniacze małej częstości.

Urządzenia ,które umożliwiają emisję i odbiór sygnału radiowego noszą nazwę radiostacji. W skład radiostacji wchodzą nadajniki, odbiorniki , anteny, zasilacze i urządzenia kontrolne.

Sygnały generowane przez daną radiostację są odbierane w określonej odległości zwanej zasięgiem radiostacji. Ma na nią wpływ moc nadajnika a także parametry anteny odbiorczej, czułość radioodbiornika, zakres fal.

Można wyróżnić dwa typy radiostacji. Mogą wiec być radiostacje foniczne i radiostacje komunikacyjne.

Radiostacja foniczna zwykle emituje fale radiowe mające taką sama częstotliwość, natomiast komunikacyjną można przestroić na różne częstotliwości.

Biorąc pod uwagę miejsce pracy radiostacji można wyróżnić radiostacje stacjonarne oraz radiostacje ruchome.

I na koniec trochę historii.

Po raz pierwszy udanego przekazu fal radiowych dokonał Hertz. Fale radiowe były emitowane przez dwie płyty pod wpływem szybkozmiennego prądu elektrycznego. Detektor natomiast stanowiła otwarta pętla wykonana z drutu. W momencie gdy urządzenie nadawcze rozpoczynało emisję fal radiowych można było zaobserwować przeskok iskry z jednego końca pętli na drugi. Prąd płynący w pętli powodowany był przez odbierane fale radiowe. W eksperymencie tym odbiornik umieszczony był w odległości 3 metrów od nadajnika.

Kontynuowaniem prac tego uczonego zajął się młodziutki wówczas Włoch Guglielmo Marconi. Podjął on próby nadawania i odbierania fal radiowych. Konstruując własny układ do generowania i odbioru fal radiowych Marconi skorzystał wprawdzie z nadajnika wynalezionego przez Hertza, ale zbudował własny odbiornik. Zawierał on specjalny detektor , którego konstruktorem był Edouard Branley. Miał on postać szklanej rury. Wewnątrz tej rury znajdowały się opiłki żelaza. Wartość oporu elektrycznego pomiędzy końcami tej rury była na tyle wysoka , że umożliwiała płynięcie tylko niewielkiego prądu. Fale radiowe docierające do detektora powodowały spadek oporu elektrycznego i następował przepływ prądu o dużo większej wartości. Prąd ten mógł już powodować uruchomienie prostego urządzenia np. dzwonka . Detektor w odbiorniku powodował zatem zamianę energii fali radiowej w energię elektryczną.

Po udanych pierwszych próbach Marconi skoncentrował się nad zwiększeniem odległości między nadajnikiem a odbiornikiem.

Następnie ze względów finansowych Marconi musiał przenieść się do Londynu. Właśnie tu kontynuował swoje prace i dzięki temu to właśnie w tym mieście powstała pierwsza sieć radiowa. Miało to miejsce w roku 1896. Początkowo obejmowała wprawdzie tylko kilka budynków, ale już wkrótce została rozszerzona.

W roku 1897 doszło do udoskonalenia nadajnika fal radiowych. Dzięki temu możliwa stała się regulacja częstotliwości emitowanych fal radiowych. Podobne zmiany wprowadzono w odbiorniku i od tej pory można go było nastroić na konkretną częstotliwość. Możliwe stało się także jednoczesne przesyłanie kilku sygnałów o różnych częstotliwościach.

Urządzeniem Marconiego w pierwszej kolejności zainteresowała się marynarka wojenna. I tak już w roku 1897 w Lavernack Point doszło do zainstalowania pierwszej stacji telegrafu. Rok później Marconi przeprowadził pierwszą radiową transmisję na żywo z zawodów żeglarskich

Tymczasem urządzenia do nadawania i odbioru fal radiowych stawały się coraz bardziej powszechne na obiektach pływających i to nie tylko okrętach marynarki wojennej, ale także na statkach pasażerskich.

W roku 1899 Marconiemu udało się zwiększyć przesył fal radiowych do 50 kilometrów. Natomiast już w roku 1901 pierwszy sygnał radiowy pokonał Ocean Atlantycki . Był to wielki sukces Marconiego.

Tymczasem jeszcze w roku 1900 badaniami nad przesyłaniem sygnałów zajął się kolejny uczony, Reginald Fessenden. Pracował on nad urządzeniem, dzięki któremu możliwy byłby przesył dźwięku a nie tylko sygnału.

Aby to było możliwe konieczny był mikrofon czyli urządzenie do modulacji fal. Od tego czasu do momentu pierwszych audycji radiowych minęło prawie dwadzieścia lat. Żeby móc ich wysłuchać należało dysponować słuchawkami połączonymi z odbiornikiem kryształkowym.

Słuchawki radioodbiornika zawierały elektromagnesy, które pod wpływem energii fal radiowych powodowały drgania diafragmy. Stanowiły one źródło dźwięku.

Odbiorniki kryształkowe zapewniały dobrą jakość odbioru. Nie wymagały także źródła zasilania co było niewątpliwie dużą zaletą. Energię czerpały bezpośrednio z energii fal radiowych. Były to jednak odbiorniki krótkozasięgowe. Aby sygnał nadawany przez stosunkowo oddaloną stację mógł być słyszalny antena musiała mieć duże rozmiary co z kolei było bardzo nieporęczne. Ze względu na konieczność posiadania słuchawek w danej chwili z radioodbiornika mogła korzystać tylko jedna osoba.

Poza tym odbiorniki kryształkowe charakteryzowały się słabą rozdzielczością. Elementy systemu strojonego były tak wyregulowane, że dostrajały się do częstotliwości danej stacji radiowej.

Problem pojawiał się gdy do odbiornika trafiały sygnały, które miały zbliżone częstotliwości. Prace pozwalające na polepszenie rozdzielczości powodowały, że znacznie spadała czułość odbiornika, a co za tym idzie sygnał był o wiele cichszy. Sytuacja zmieniła się po zastosowaniu lamp elektronowych do wzmacniania sygnałów. Dalsze zmiany konstrukcyjne polegały na wyposażeniu radioodbiornika w głośniki dzięki temu wyeliminowano konieczność posiadania słuchawek. Od tamtego momentu zaczęto dążyć do poprawy jakości odbieranych audycji jak również do zmniejszenia rozmiarów odbiorników radiowych.