את היסודות הפיזיקליים על בסיסם פותח בהמשך גלאי המתכות גילה ג'יימס קלרק מאקסוול (James Clerk Maxwell) בשנת 1860. באמצעות מספר משוואות, ביטא מאקסוול מגוון רחב של תופעות טבע, בהן: התופעות החשמליות והמגנטיות, אופטיקה גיאומטרית, התאבכות, קיטוב וכו'. (ראה מילון מונחים בסוף המאמר). כדי להבין טוב יותר כיצד עובד גלאי המתכות, נכון שנעמוד תחילה על הקשר בין חשמל ומגנטיות.
העקרונות המרכזיים של מאקסוול
עקרון 1 – שינוי בשדה החשמלי לעולם יגרור שינוי בשדה המגנטי.
עקרון 2 – שינוי בשדה המגנטי לעולם יגרור שינוי בשדה החשמלי.
עקרונותיו של מאקסוול מבהירים למעשה כי חשמל ומגנטיות הן שתי תופעות המופיעות בסמיכות וקשורות זה בזו – אלקטרומגנטיות.
דוגמה לקשר שבין שדה חשמלי לשדה מגנטי אפשר לראות באמצעות הניסוי הפשוט המשלב חוט נחושת, בורג, מסמר וסוללה. בטרם נתחיל בניסוי ננסה למשוך את המסמר באמצעות הבורג. בשלב זה, לא תתקיים משיכה מגנטית בין המסמר והבורג ולא נצליח להזיז את האחד באמצעות השני. בתחילת הניסוי, נקיף את הבורג לכל אורכו ע"י חוט הנחושת. לאחר מכן, נחבר את חוט הנחושת לסוללה וננסה למשוך את המסמר בשנית. כאשר הזרם החשמלי יעבור בחוט הנחושת, ייווצר שדה מגנטי סביב הבורג שלמעשה ימשוך אליו את המסמר – השדה החשמלי סביב הבורג הוביל ליצירת שדה מגנטי באמצעותו נמשך המסמר.
