전자기학(電磁氣學, 영어: Electromagnetism)은 전기와 자기 현상을 탐구하는 물리학의 한 학문이다. 전기와 자기는 전자기장을 이루며, 이들 사이에 작용하는 힘인 전자기력은 자연의 네 가지 기본 상호작용 중 하나이다. 전자기력은 원자와 분자의 상호작용에서 가장 큰 역할을 맡는 힘이다. 전자기학은 전기, 자기, 광학이라는 서로 구별되지만 밀접하게 얽힌 세 가지 현상을 설명하고 연결짓는다. 전자기학에서 이러한 현상은 정전기학, 정자기학, 전기역학이라는 3개의 하위 분야로 구분한다. 전자기력은 일상생활에서 관찰되는 많은 화학적 및 물리적 현상의 근본 원인이다. 원자핵과 전자 사이의 정전기적 인력은 원자를 하나로 묶어준다. 또한 전기력은 서로 다른 원자가 결합하여 분자를 형성하게 만든다. 한편 전자의 스핀과 각운동량 자기 모멘트 사이의 자기적 상호작용도 화학 반응에 역할을 하며 이러한 관계는 스핀 화학에서 연구된다. 전자기학은 현대 기술에서도 여러 중요한 역할을 수행한다. 전기 에너지의 생산, 변환 및 분배, 빛·열·소리의 생성과 감지, 광섬유 및 무선 통신, 센서, 연산, 전기 분해, 전기 도금, 기계적 전동기 및 액추에이터 등이 그 예이다. 전자기학은 번개와 정전기라는 전기적 현상, 철광석 조각과 나침반 사이의 인력이라는 자기적 현상을 설명하러 시도하면서 고대부터 연구되었다. 18세기와 19세기 과학계는 이러한 전기/자기 현상과 전하, 전류 사이의 수학적 관계를 정립하였다. 또한 전기적 현상과 자기적 현상이 서로 연관되어 있으며 가시광선 및 감마선, X선, 자외선, 가시광선, 적외선, 마이크로파, 전파를 포함한 여러 형태의 전자기파를 형성할 수 있고 이러한 전자기파와 깊은 관련이 있음을 보여주었다. 현대 과학계는 양자역학과 상대성 이론을 포함한 현대물리학의 효과를 설명하기 위해 전자기학 이론을 계속해서 다듬고 있다. 전자기학의 이론적 함의, 특히 다양한 이동 좌표계에서 관측 결과가 일관되게 유지되어야 한다는 요구(상대론적 전자기학)와 전파 매질의 특성(투자율 및 유전율)에 기반한 빛의 속력 확립은 1905년 아인슈타인의 특수 상대성이론을 탄생시키는 데 영감을 주었다. 양자 전기역학 (QED)은 물질의 양자화된 본성과 일치하도록 맥스웰 방정식을 수정한다. QED에서 전자기장의 변화는 이산적인 들뜸, 즉 빛의 양자인 광자라는 입자로 표현된다. 수학적으로 전자기학은 전자기장으로 설명된다. 이는 특정 위치와 시간에서 전기적(전기장) 및 자기적(자기장) 영향력을 설명하는 양이다. == 전기장 == 양털로 만든 옷감에 플라스틱 빗을 여러 번 문지른 후 머리카락에 갖다 대면 머리카락이 빗에 달라 붙는 것을 볼 수 있다. 이와 같이 물체가 전기를 띄게 되는 것을 대전되었다고 한다. 고대 그리스 시대의 철학자 탈레스는 호박(琥珀)을 마찰하면 호박에 작은 물체가 달라 붙는 것을 관찰하였다. 전기를 뜻하는 영어: electricity는 호박을 뜻하는 그리스어: ἤλεκτρον(ḗlektron)에서 온 것으로 추정된다. 위에 든 예와 같이 두 물체를 마찰하여 대전된 전기를 정전기라고 하는데 정전기 현상은 전하가 서로에게 가하는 힘에서 발생한다. 이처럼 양자역학 효과를 무시할 수 있는 거시적 물체에서 매우 느리게 움직이거나 정지해 있는 전하를 연구하는 분과를 정전기학이라고 한다. 이런 전기역학 이론이 풀고자 하는 근본 문제는 기준이 되는 원천전하가 있을 때 시험전하 Q가 받는 힘을 구하는 것이다. 여기서 고정된 점전하 q {\displaystyle q} 가 거리 r n = | r − r ′ | {\displaystyle \mathbf {r} _{n}=|\mathbf {r} -\mathbf {r'} |} 의 벡터만큼 떨어져 있을 때 시험전하 Q {\displaystyle Q} 가 받는 힘 F {\displaystyle F} 는 쿨롱 법칙으로 아래와 같이 구할 수 있다. F = k e | q | | Q | r n 2 r n {\displaystyle \mathbf {F} =k_{\text{e}}{\frac {|q||Q|}{{r_{n}}^{2}}}\mathbf {r} _{n}} 여기서 k e {\displaystyle k_{\text{e}}} 쿨롱 상수로 다음과 같이 정의된다. k e = 1 4 π ϵ 0 {\displaystyle k_{\text{e}}={\frac {1}{4\pi {\epsilon }_{0}}}} 여기서 ϵ 0 {\displaystyle {\epsilon }_{0}} 은 진공 유전율로 다음과 같은 상수이다. ε 0 = 1 c 2 μ 0 = 8.8541878176 … × 10 − 12 F/m {\displaystyle \varepsilon _{0}={\frac {1}{c^{2}\mu _{0}}}=8.8541878176\ldots \times 10^{-12}{\mbox{ F/m}}} 어떤 공간에 대전된 한 개의 물체가 있다고 할 때, 이 물체 근처로 지나가는 다른 대전된 물체는 쿨롱의 법칙에 따라 서로의 거리가 가까워질수록 더 강한 힘을 받게 된다. 반대로 일정 거리 이상 멀어지면 두 전하 사이의 힘은 무시될 수 있을 정도로 작아질 것이다. 이렇게 하나의 전하에서 만들어지는 전기력이 영향을 미치는 범위를 전기장( E {\displaystyle E} )이라고 한다. 물리적으로는 전기장이 벡터량으로 단위 시험 전하를 P 점에 둘 때 그 전하가 받는 힘을 뜻한다. 물체에 고여있는 정전기와 달리 전류는 양전하에서 음전하로 흐르는 전기의 흐름이다. 1800년 이탈리아의 과학자 알레산드로 볼타는 황산 수용액에 구리막대와 아연막대를 담은 후, 두 막대를 금속선으로 이어 전지를 발명하였다. 볼타 전지는 최초로 전류를 지속적으로 공급하는 장치이다. 원자에서 전자가 어느 정도로 잘 흐르는 지에 따라서 물질을 분류할 수 있는데 도전율에 따라 도체, 부도체, 반도체로 나눌 수 있다. 전자기학의 고급 공식화와 특정 계산을 단순화하기 위해 힘 대신 전위 에너지와 운동량의 관점에서 전자기장을 재공식화하는 것이 유용하다. 여기서 관심 있는 전자기장은 전위 V와 자기 벡터 퍼텐셜 A이다. 이들은 E 및