Aus Erfahrung wissen wir, dass unter bestimmten Bedingungen Gegenstände auf Andere eine abstoßende oder anziehende Kraft ausüben. Dieses Phänomen wurde schon in der Antike beschrieben. Es wurde besonders bei Bernstein beobachtet. Wenn dieser mit einem Tierfell gerieben wurde, zog er Federn oder Strohstückchen an. Der Begriff Elektron kommt vom griechischen Namen elektron (Elektron) für Bernstein. Um den geladenen Bernstein herum besteht ein elektrisches Kraftfeld, welches wir mit Gießkörnern welche auf Öl schwimmen sichtbar machen können.

Aus Erfahrung wissen wir ebenfalls, dass Magnete eine anziehende oder abstoßend Kraftwirkung haben. Jeder Magnet hat zwei Pole: den Nordpol  und den Südpol. Um den Magnet herum besteht ein Magnetfeld welches wir mit Hilfe von Eisenfeilspänen auf ein Papier gestreut sichtbar machen können. Alle Gegenstände, die nicht aus Eisen, Nickel oder Kobalt sind zeigen bei oberflächlicher Betrachtung keine magnetischen Eigenschaften.

Im Zusammenhang mit Materie kennen wir derzeit vier fundamentale Wechselwirkungen. Wir sind in der Lage mit diesen Elementarkräften Vorgänge auch im atomaren Bereich genau zu berechnen und Ergebnisse vorauszusagen, ihr Wesen kennen wir jedoch nicht.

Wir haben für drei dieser elementaren Wechselwirkungen eine gemeinsame Feldtheorie. Für die Masse und damit die Gravitationskraft und deren Feld haben wir noch keine fundamentalen Gemeinsamkeiten mit den anderen drei Wechselwirkungen gefunden. Eine gemeinsame Feldtheorie für alle vier Wechselwirkungen würde sicher ein neues Zeitalter in der Physik eröffnen. Was wir aber wissen ist die Bedingung, dass elektrische Ladungen immer an Massen gebunden sind.

Eine fundamentale Wechselwirkung ist einer der grundlegend verschiedenen Wege, auf denen physikalische Objekte (Körper, Felder, Teilchen, Systeme) einander beeinflussen können. Es gibt die vier fundamentalen Wechselwirkungen Gravitation, Elektromagnetismus, schwache Wechselwirkung und starke Wechselwirkung. Sie werden auch als die vier Grundkräfte der Physik oder als Naturkräfte bezeichnet. Wikipedia

Eine Ladung hat ein elektrisches Feld zur Folge. Die Feldstärke dieses Feldes hängt von der Größe der Ladungsmenge und vom Abstand des Ortes von der Ladung ab, für den wir die Feldstärke bestimmen wollen.

Umgekehrt verursachen elektrische Felder eine Kraft auf eine Ladung, egal ob diese in Ruhelage oder in Bewegung ist. Wissen wir diese Kraft und die Größe der Ladungsmenge, können wir Rückschlüsse auf das Feld ziehen, oder wenn wir die Ladungsmenge nicht kennen über die Kraft auf die Ladung die Größe dieser Ladungsmenge bestimmen.

Eine bewegte elektrische Ladung hat immer ein magnetisches Feld zur Folge. Die Größe dieses magnetischen Feldes hängt von der Größe der Ladungsmenge und von der Geschwindigkeit ab, mit der sich die Ladung bewegt und von der Entfernung des Ortes ab, für den wir die magnetische Kraft bestimmen wollen.

Magnetfelder üben nur auf bewegte Ladungen eine Kraft  aus. Diese Kraft kann nur die Richtung der Ladungsbewegung beeinflussen aber nicht den Betrag ihrer Geschwindigkeit. Diese Kraft wirkt immer senkrecht zur Bewegungsrichtung der Ladung.

Befindet sich ein elektrischer Leiter in einem sich ändernden Magnetfeld, oder wird nur der Leiter in einem Magnetfeld so bewegt, dass magnetische Feldlinien geschnitten werden, so werden durch diese Kraftwirkung Elektronen in Bewegung versetzt und damit in eine bestimmte Richtung verschoben. Werden Ladungen auf diese Art verschoben entsteht eine Potentialdifferenz, also eine elektrische Spannung. Handelt es sich bei diesem bewegten Leiter um einen geschlossenen Stromkreis bedeutet das, das Strom fließt.

Ein elektrisches Feld wird durch Feldlinien dargestellt.

Ein magnetisches Feld wird ebenfalls durch Feldlinien dargestellt.

In jedem Punkt dieser Feldlinien geben diese die Richtung und die Größe der wirkenden Kraft an.

Befindet sich innerhalb eines elektrischen Feldes eine elektrische Ladung (z. B. Elektron), so wirkt auf diese Ladung eine Coulomb-Kraft. Mit Hilfe dieser Ladung (Probeladung) kann die Anwesenheit oder auch die Abwesenheit eines elektrischen Feldes festgestellt werden.

Befindet sich innerhalb eines magnetischen Feldes eine bewegte elektrische Ladung (z. B. Elektron), so wirkt auf diese Ladung eine Lorentz-Kraft. Mit Hilfe dieser Ladung (Probeladung) kann die Anwesenheit oder auch die Abwesenheit eines magnetischen Feldes festgestellt werden.

Der Zustand des Raumes wird dadurch charakterisiert, dass an jeder Stelle des Raumes auf eine dorthin gebrachte ruhende oder bewege Probeladung eine Kraft bestimmter Größe und Richtung ausgeübt wird.

Wird eine Kraft sowohl auf eine ruhende wie auch  bewegte Ladung beobachtet, befindet sich die Ladung in einem elektrischen Feld.

Wird eine Kraft nur auf eine bewegte Ladung beobachtet, welche senkrecht zur Bewegungsrichtung der Ladung wirkt, befindet sie sich in einem magnetischen Feld. Magnetische Felder können von bewegten Ladungen nur die Richtung ihres Impulses ändern.
Elektrische Felder wirken sowohl auf ruhende wie auch auf bewegte Ladungen. Elektrische Felder können von Ladungen auch die Geschwindigkeit (den Betrag ihres Impulses) ändern.

Wir wissen bereits, dass magnetische Felder durch bewegte elektrische Ladungen, also durch elektrische Ströme hervorgerufen werden.

Jetzt stellt sich automatisch die Frage: Warum gibt es Magnete die ganz ohne Strom funktionieren?

Auch der Magnetismus von Permanentmagneten entsteht durch die Bewegung von Elektronen, nämlich durch Ihre Bewegung um den Kern und die Eigenrotation um ihre Achse dem sogenannten Spin.

Auch der Magnetismus eines Dauermagneten (Permanentmagneten) entsteht durch die Bewegung von Elektronen. Durch ihre Bewegung um den Kern und ihre Rotation um die eigene Achse.

Ein Beispiele für die Verwandtschaft von Elektrizität und Magnetismus wollen wir jetzt näher betrachte: Blitz und Donner!

Wenn es regnet fallen Wassertröpfchen von der Wolke zur Erde. In dieser Fallbewegung treffen sie auch auf elektrisch geladene Teilchen und nehmen diese zur Erde mit. Damit entsteht "oben" ein Ladungsträgermangel und "unten" ein Ladungsträgerüberschuss.

Es entsteht eine positive und eine negative Ladung welche durch eine Luftschicht getrennt sind. Dies bildet einen geladnen Kondensator. Wird jetzt die Wölke durch Wind verschoben, wird der Abstand zischen den Ladungen größer und damit die Kapazität des Kondensators kleiner. Bleibt die Ladung konstant wird die Spannung zwischen Wolke und Erde ein vielfaches größer. Die hohe elektrische  Feldstärke in der Luft führt zum Überschlag. Die Luft wird ionisiert und damit leitend.

Es fließen sehr große Ströme, bis zu mehr als 100 000 Ampere bei Spannungen von mehr als 100 Millionen Volt. Die elektrische Ladung eines Blitzes ist mit etwa 10 Coulomb, also 10 Amperesekunden relativ klein.

Warum liefert ein Blitz eine so hohe Leistung? Der Entladevorgang des "Kondensators" geschieht im Bereich von Mikrosekunden. Die Arbeit welche ein sehr starker Blitz verrichtet ist laut Rechnung W = U· I ·t = 100·10⁶ V·10⁵ A·10·10^-6 s = 100·10⁶ Ws = 27 kWh. Die durchschnittliche Energie eines Blitze ist allerdings etwa 16 Kilowattstunden. Das reicht nicht um den Tagesbedarf eines normalen Haushaltes zu decken.

Wo ist in diesem Beispiel die Verwandtschaft von Magnetismus und Elektrizität? Im Zuge des Entladevorganges fließt ein sehr großer Strom, welcher ein ebenso starkes Magnetfeld zur Folge hat. Dieses Feld hat eine Kraftwirkung auf alle geladenen Teilchen welche diesen Strom verursachen. Das sind Elektronen wie auch Ionen welche durch Temperatur und hohe Spannung entstanden sind. Der Entladestrom wird durch das Magnetfeld zerrissen. Das führt zur Verästelung des Blitzes. Die ionisierten Luftmoleküle werden durch die magnetische Kraftwirkung explosionsartig weggeschleudert und dies können wir nicht nur optisch wahrnehmen, sondern auch als lauten Donner hören.

Übung: Mit dieser Übungsaufgabe haben sie die Gelegenheit sich eine sehr wichtige Information zur Sicherheit ihres Akkus im Handy zu erarbeiten:

Gehen Sie davon aus dass es sich um einen Lithium-Ionen Akku handelt.

Informieren Sie sich wie groß die Kapazität dieses Akku ist. Vergleichen Sie die Ladung interessehalber mit der Ladung eines starken Blitzes.

Berehnen Sie die entstehende Leistung wenn der Akku durch einen technischen Effekt in einer Millisekunde entladen würde.

Machen Sie sich auch Gedanken darüber, warum der Akku explosionsartig entladen wird. Überlegen Sie sich hier den Einfluss des magnetischen Feldes auf diese Explosion.