Взаємодія між зарядженими частинками здійснюється через ЕМП, яке вважається визначеним, якщо в кожній точці простору відомі величини і напрям чотирьох векторів: 
– напруженості електричного поля; 
– напруженості магнітного поля; 
– магнітної індукції; 
– електричного зміщення.
Сила дії ЕМП на заряд. ЕМП виявляється по його силовій дії на заряджені частинки. Ця сила (лоренцова) – суперпозиція сил, які створюються електричною і магнітною складовими поля:
, (1.9)
де 
– сила дії на заряд електричного поля;
– сила дії на заряд магнітного поля;
– вектор швидкості руху заряду.
Розглянемо окремо і .
Вектори електричного поля. Через те, що 
, вектор напруженості електричного поля дорівнює границі відношення сил дії поля на нерухомий точковий заряд до величині цього заряду при 
:
. (1.10)
Розмірність вектора 
можна визначити з (1.9): 
= 
; 
= 
; 
= 
.
Якщо – позитивний, то напрямок і співпадає, не залежить від швидкості заряду.
Матеріальні рівняння електричного поля. Сила взаємодії зарядів, а відповідно, напруженість електричного поля в різних середовищах різні. Фізика цього процесу: під дією електричного поля речовина поляризується. В результаті з’являється додаткове електричне поле, яке накладається на первинне. При цьому сумарне поле відрізняється від поля у вакуумі.
Введемо поняття електричного диполя і розглянемо його характеристики. Електричний диполь – це система з двох жорстко зв’язаних точкових різнойменних електричних зарядів 
і 
рівних по величині і рознесених на досить малу відстань 
(плече диполя) в порівнянні з відстанню від диполя до точки спостереження. Диполі, як правило, характеризуються дипольним моментом 
. Дипольний момент – це вектор, який визначається добутком заряду на плече диполя; 
напрямлений від до (рис. 1.3)
. (1.11)
Сумарний дипольний момент об’єму 
речовини дорівнює геометричній сумі дипольних моментів 
молекул в цьому об’ємі:
.
Зовнішнє електричне поле діє з силою на диполь, прагнучи повернути його в напрямку поля . При цьому сила 
дорівнює:
Для однорідного поля (яке не залежить від напрямку) 
. Якщо кут 
між і 
відрізняється від нуля, то до диполя прикладений обертаючий момент 
. (1.12)
Для характеристики поляризації вводять вектор поляризованості 
, який визначається як границя відношення сумарного дипольного моменту речовини в об’ємі до величини цього об’єму при 
. (1.13)
не можна розглядати в строго математичному змісті: при будь-якому зменшені його треба вважати достатньо великим в порівняні з об’ємом молекули. Аналогічне припущення необхідно віднести до 
і до 
. Далі будемо вважати, що умова виконується.
Якщо зовнішнє поле невелике, то величину вектора поляризованості можна вважати пропорційною – напруженості електричного поля
, (1.14)
де 
– безрозмірний параметр, який характеризує середовище і називається діелектричною сприйнятливістю середовища, а сталий коефіцієнт 
називається електричною сталою,
.
При розгляді багатьох процесів, зручно ввести вектор 
, який називається вектором електричного зміщення. Він пов’язаний з таким співвідношенням
, (1.15)
або з урахуванням формули (1.14) формулу (1.15) можна записати
, (1.16)
де
. (1.17)
Параметр 
називається абсолютною діелектричною проникністю середовища. Для вакууму 
, і можна вважати діелектричною проникністю вакууму.
Поряд з вводять поняття відносної діелектричної проникності e, яка зв’язана з eа співвідношенням
. (1.18)
Зв’язок відносної діелектричної проникності і діелектричної сприйнятливості можна знайти, якщо порівняти (1.18) і (1.19):
. (1.19)
Треба підкреслити, що співвідношення для і приблизні. В разі сильного поля, пропорційність між та порушується, це стосується і та .
Розглянемо електричне поле, яке створюється точковим зарядом 
. Згідно закону Кулона сила, з якою точковий заряд діє на точковий заряд , дорівнює
, (1.20)
де 
– відстань між зарядами і ;
– орт вектора проведеного від до .
З визначення вектора 
(1.10), слідує, що напруженість електричного поля, яка створюється зарядом , має бути
. (1.21)
Для вектора на основі рівності (1.16) отримуємо
. (1.22)
З (1.22) бачимо, що не залежить від властивостей середовища, тобто має однакове значення в різних середовищах. Це справедливо не тільки для поля точкових зарядів, але і для більш складного розподілу зарядів.
Вектори магнітного поля. Проведемо дослідження для другого доданку в (1.9), який визначається як
. (1.23)
З (1.23) видно, що магнітна сила залежить від величини і напрямку швидкості руху заряду і завжди перпендикулярна до неї. Тут 
– вектор магнітної індукції, який характеризує силову дію магнітного поля; магнітна індукція вимірюється в 
. Розмірність можна визначити з (1.23).
З (1.23) слідує, що магнітна індукція чисельно дорівнює силі, з якою магнітне поле діє на одиничний точковий позитивний заряд, який рухається з одиничною швидкістю перпендикулярно до ліній вектора .
Дію однорідного магнітного поля можна виявити не тільки на окремих рухомих зарядах, але і на прямолінійному провіднику зі струмом, і на малій плоскій рамці зі струмом (рис. 1.4).
Сила взаємодії магнітного поля на провідник довжиною 
з електричним струмом визначається законом
, (1.24)
де 
– вектор чисельно дорівнює величині струму 
, за напрямком співпадаючим з струмом в провіднику.
На рамку зі струмом буде діяти момент сил 
, який намагається повернути рамку так, щоб її площина була перпендикулярна вектору (рис. 1.4).
Момент сил, який діє на рамку з площею 
в магнітному полі визначається виразом
, (1.25)
де 
– орт нормалі до площини рамки, який утворює з напрямком струму рамки , правогвинтівну систему.
Величина
(1.26)
називається магнітним моментом рамки, і вимірюється в 
.
З формули (1.25) слідує, що момент сил намагається повернути рамку так, щоб момент рамки співпадав з напрямком вектора . Величина вектора залежить від властивостей середовища. Фізично це пояснюється так як і у випадку електричного поля: під дією магнітного поля речовина намагнічується, з’являється додаткове магнітне поле, яке накладається на первинне. Сумарне поле відрізняється від поля у вакуумі.
Намагніченість середовища характеризується вектором намагніченості 
, який визначається як границя відношення сумарного магнітного моменту речовини в об’ємі до величини цього об’єму при :
. (1.27)
При розгляді багатьох процесів зручно ввести вектор 
, зв’язаний з співвідношенням
. (1.28)
Це співвідношення можна переписати таким чином
. (1.29)
Величина в (1.29) показує наскільки магнітна індукція даного середовища відрізняється від індукції у вакуумі. Цей вираз відрізняється від традиційного визначення вектора намагніченості з (1.28) згідно з яким
. (1.30)
У вираз для входить величина 
– стала величина, яка називається магнітною сталою: 
.
Вектор прийнято називати напруженістю магнітного поля. Властивості : при однакових джерелах магнітного поля значення цього вектора не залежить від середовища.
В силу лінійності рівняння (1.28) можна також вважати пропорційними вектори і
. (1.31)
Коефіцієнт 
називають магнітною сприйнятливістю середовища.
У діамагнітних середовищах від’ємна, у парамагнітних і феромагнітних – позитивна. У діамагнітних матеріалів 
, у феромагнітних 
. Підставляючи (1.30) в (1.28) отримуємо
, (1.32)
де 
– абсолютна магнітна проникність.
Магнітну сталу можна розглядати як магнітну проникність вакууму при 
. Вводиться поняття відносної магнітної проникності, яка зв’язана з співвідношенням
. (1.33)
Якщо порівняти (1.33) і (1.32), то можна знайти зв’язок 
і
. (1.34)
При слабких полях зв’язок між і вірний, при цьому для діамагнетиків і парамагнетиків , як правило, скалярна величина, а для феромагнетиків вона тензор 
. Рівняння для векторів і наближені, через те, що істотно залежить від величини магнітного поля. Крім того феромагнітні матеріали мають явище магнітного гістерезису.
