Le concept connu sous le nom de théorie des ondes électromagnétiques est né des travaux de James Clerk Maxwell et Heinrich Hertz. Selon les équations électriques et magnétiques postulées par Maxwell, les champs électromagnétiques ressemblent à une onde à la fois dans sa structure et dans son action. Les ondes électromagnétiques coïncident avec la mesure de la vitesse de la lumière, faisant de la lumière une onde électromagnétique elle-même.
Les champs électriques varient dans l’espace et génèrent un champ magnétique qui varie dans le temps. De même, les champs magnétiques feront de même pour les champs électriques, faisant fonctionner les deux concepts à l’unisson. Ensemble, les deux champs oscilleront et créeront une onde électromagnétique.
Les propriétés physiques de la théorie des ondes électromagnétiques prennent la forme de l’électrodynamique. Cette facette de la théorie signifie que tout champ électromagnétique présent dans le même espace est considéré comme un champ vectoriel, une onde avec une direction et une longueur. En tant que tel, il peut fusionner avec d’autres champs vectoriels. Par exemple, lorsqu’une onde électromagnétique impacte une molécule, les atomes de cette molécule commencent à osciller, émettant leurs propres ondes électromagnétiques, impactant l’onde d’origine. Selon la théorie des ondes électromagnétiques, cela provoquera une réfraction, un changement de vitesse, ou une diffraction, un changement de longueur d’onde.
Puisque la lumière est un type d’onde électromagnétique, la théorie détermine que l’oscillation de la lumière ne peut pas être affectée par d’autres champs électriques ou magnétiques statiques. Cependant, les interactions entre certains événements extérieurs, comme la lumière traversant un cristal, peuvent avoir un effet. Selon la théorie des ondes électromagnétiques, les champs magnétiques impactant la lumière provoqueront l’effet Faraday et les champs électriques impactant la lumière provoqueront l’effet Kerr, une réduction de la vitesse des ondes lumineuses.
La fréquence est un aspect très important de cette théorie. L’oscillation de l’onde est mesurée en hertz, l’unité de fréquence. Un hertz équivaut à une oscillation par seconde. Lorsqu’une onde électromagnétique, comme dans le cas de la lumière, crée des ondes à différentes fréquences, elle est considérée comme un spectre.
Les petites particules d’énergie appelées photons sont les unités de base du rayonnement électromagnétique. Au fur et à mesure que les photons se déplacent, l’onde suit et crée une fréquence proportionnelle à la particule. Les photons sont absorbés par les atomes qui, à leur tour, excitent les électrons. Lorsque l’électron atteint un niveau d’énergie suffisamment élevé, il échappe à l’attraction positive du noyau. Si le niveau d’énergie des électrons diminue, un photon de lumière est émis.
La théorie des ondes électromagnétiques stipule que toute accélération d’une charge électrique ou changement dans le champ magnétique produit un rayonnement. Ce rayonnement peut se présenter sous la forme d’une onde ou d’une particule. La vitesse, la longueur d’onde et la fréquence sont les facteurs associés aux ondes. Les particules contiennent une énergie individualisée égale à la fréquence. Quel que soit le type, le rayonnement électromagnétique se déplace à la vitesse de la lumière dans le vide. Ce fait a incité Albert Einstein à établir la théorie de la relativité.