Der Elektromagnetismus beschreibt die Wechselwirkung zwischen elektrisch geladenen Teilchen und den zugehörigen elektrischen und magnetischen Feldern. In der Werkstofftechnik sind insbesondere die materialabhängigen Parameter der Maxwell-Gleichungen relevant: elektrische Leitfähigkeit σ, Permittivität ε und Permeabilität μ. Diese Größen bestimmen Ausbreitung, Dämpfung und Kopplung elektromagnetischer Felder in und an Werkstoffen.

Elektromagnetische Wechselwirkungen beeinflussen zentrale Eigenschaften wie Leitfähigkeit, dielektrische Verluste, magnetische Hysterese sowie Erwärmung durch Wirbelströme. In Metallen dominiert die freie Elektronengasantwort, in Halbleitern die ladungsträgerkonzentrations- und temperaturabhängige Leitfähigkeit, während in Dielektrika polarisationsgetriebene Effekte im Vordergrund stehen.

Die diskrete Struktur von Materialien und Grenzflächen führt zu charakteristischen elektromagnetischen Moden, z. B. Wellenleitermoden, Oberflächenplasmon-Polaritonen oder Resonanzmoden in resonanten Strukturen. Diese Moden sind stark sensitiv gegenüber Geometrie, Oberflächenrauheit und Anisotropie der effektiven Materialparameter.

Ein spezieller Aspekt ist der Skin-Effekt: Bei hochfrequenter Anregung wird der Stromfluss in gute Leiter auf eine dünne Randzone mit der Skintiefe δ ∝ 1/√(ω μ σ) beschränkt. Dies beeinflusst effektiven Widerstand, Verlustleistung und Induktionserwärmung und ist essenziell für das Design von Leitern, Spulen und Hochfrequenzbauteilen.

Für die Entwicklung moderner Funktionswerkstoffe – etwa für Sensorik, Mikrowellentechnik oder Leistungselektronik – ist eine präzise elektromagnetische Charakterisierung über einen breiten Frequenzbereich unverzichtbar.