Predijo la existencia de ondas electromagnéticas. Esta teoría fue predicha y completamente verificada mediante experimentos. Erigió un monumento a la física. La tecnología de radio que beneficia a la humanidad se desarrolló sobre la base de la teoría del campo electromagnético. Maxwell comenzó a estudiar el electromagnetismo alrededor de 1855. Después de estudiar las nuevas teorías e ideas de Faraday sobre el electromagnetismo, creyó firmemente que la nueva teoría de Faraday contenía la verdad. Así que abrazó el deseo de "proporcionar una base para los métodos matemáticos" para la teoría de Faraday y estaba decidido a expresar los geniales pensamientos de Faraday en una forma matemática clara y precisa.
Basándose en los logros de sus predecesores, llevó a cabo una investigación sistemática y exhaustiva sobre los fenómenos electromagnéticos y, con sus profundos conocimientos matemáticos y su rica imaginación, publicó tres artículos teóricos sobre los campos electromagnéticos: "On Faraday's Magnetic Field Lines". "(de 1855 a 1856); Líneas de fuerza en física (1861 a 1862); Teoría dinámica de los campos electromagnéticos (8 de febrero de 1864, 65438). Resumió exhaustivamente el trabajo de sus predecesores y el suyo propio, y expresó la teoría del campo electromagnético en una forma matemática concisa, simétrica y perfecta. Después de ser clasificada y reescrita por generaciones posteriores, se convirtió en las ecuaciones de Maxwell como la base principal de la electrodinámica clásica. En base a esto, predijo la existencia de ondas electromagnéticas en 1865, que sólo pueden ser ondas transversales, y dedujo que la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas es igual a la velocidad de la luz. Al mismo tiempo, llegó a la conclusión de que la luz es una forma de ondas electromagnéticas y reveló la relación entre los fenómenos luminosos y los fenómenos electromagnéticos. En 1888, el físico alemán Hertz comprobó experimentalmente la existencia de ondas electromagnéticas.
Maxwell publicó su obra maestra científica "Teoría Electromagnética" en 1873. Se explica de forma sistemática, exhaustiva y completa la teoría de los campos electromagnéticos. Esta teoría se ha convertido en uno de los pilares importantes de la física clásica. Maxwell también hizo importantes contribuciones a la termodinámica y la física estadística. Fue uno de los fundadores de la teoría cinética de los gases. En 1859, utilizó leyes estadísticas para obtener por primera vez la ley de distribución de velocidades de Maxwell, encontrando así un método más preciso para calcular promedios estadísticos a partir de cantidades microscópicas. En 1866, presentó un nuevo método para derivar funciones de distribución molecular por velocidad, que se basaba en el análisis de colisiones directas e inversas. Introdujo el concepto de tiempo de relajación, desarrolló una teoría general del transporte y la aplicó a la difusión de gases, la conducción de calor y la fricción interna. El término "mecánica estadística" se introdujo en 1867. Maxwell era un maestro en el uso de herramientas matemáticas para analizar problemas físicos y expresar con precisión ideas científicas. Concede gran importancia a la experimentación. El Laboratorio Cavendish establecido por él se ha convertido en uno de los centros académicos más importantes del mundo bajo su liderazgo y el de varios directores posteriores. Antecedentes de investigación
Es mundialmente famoso por su formulación de la ecuación de cuatro elementos que expresa las leyes fundamentales del electromagnetismo. Los dos campos de la electricidad y el magnetismo habían sido estudiados extensamente durante muchos años antes de Maxwell y se sabía que estaban estrechamente relacionados. Se habían descubierto varias leyes del electromagnetismo, aplicables a situaciones específicas, pero antes de Maxwell no existía una teoría completa y unificada. Maxwell podía describir con precisión las características del campo electromagnético y su interacción con el breve conjunto de ecuaciones de cuatro elementos enumerados (pero era muy complicado). De esta forma, resumió el fenómeno del caos en una teoría unificada y completa. Durante un siglo, las ecuaciones de Maxwell se han utilizado ampliamente en la ciencia teórica y aplicada.
Ventajas
La mayor ventaja de las ecuaciones de Maxwell es su universalidad y se pueden aplicar a cualquier situación. Antes de esto, todas las leyes electromagnéticas podían derivarse de las ecuaciones de Maxwell, y muchas incógnitas que antes no tenían solución también podían encontrarse a partir del proceso de derivación de ecuaciones.
El más importante de estos nuevos logros lo alcanzó el propio Maxwell. Según su ecuación se puede demostrar la existencia de oscilaciones periódicas del campo electromagnético. Este tipo de oscilación se llama onda electromagnética y, una vez emitida, se propagará hacia el espacio.
Basándose en las ecuaciones, Maxwell pudo expresar que la velocidad de las ondas electromagnéticas era cercana a los 300.000 kilómetros (65.438.086.000 millas)/segundo, lo que Maxwell se dio cuenta de que era la misma que la velocidad medida de la luz. De esto llegó a la conclusión correcta de que la luz misma está compuesta de ondas electromagnéticas.
Por tanto, las ecuaciones de Maxwell no son sólo las leyes básicas del electromagnetismo, sino también las leyes básicas de la óptica. Prácticamente todas las leyes ópticas conocidas anteriormente se pueden derivar de las ecuaciones, al igual que muchos hechos y relaciones no descubiertos anteriormente. Sobre esta base, Maxwell creía que la luz es una onda electromagnética con una frecuencia dentro de un cierto rango. Este es otro avance importante en la comprensión de la naturaleza de la luz. Es en este sentido que a Maxwell se le atribuye la unificación de la óptica y el electromagnetismo, una de las mayores síntesis de la historia de la ciencia del siglo XIX.
La luz visible no es la única radiación electromagnética. Las ecuaciones de Maxwell indican que también pueden existir otras ondas electromagnéticas de longitudes de onda y frecuencias diferentes a las de la luz visible. Estas conclusiones teóricas fueron demostradas más tarde mediante manifestaciones públicas de Heinrich Hertz. Hertz no sólo produjo sino que también probó las ondas invisibles predichas por Maxwell. Unos años más tarde, Gaglielmo Marconi demostró que estas ondas invisibles podían utilizarse para las comunicaciones por radio y así nació la radio. Hoy en día también utilizamos luz invisible para la comunicación televisiva. Los rayos X, los rayos gamma, los rayos infrarrojos y los rayos ultravioleta son otros ejemplos de radiación electromagnética. Todos estos rayos se pueden estudiar utilizando las ecuaciones de Maxwell.
Importancia
La principal contribución de Maxwell fue establecer las ecuaciones de Maxwell, establecer la electrodinámica clásica, predecir la existencia de ondas electromagnéticas y proponer la teoría electromagnética de la luz. Maxwell fue un maestro de la teoría electromagnética. Nació en 1831 cuando Faraday, el fundador de la teoría electromagnética, propuso el teorema de la inducción electromagnética. Posteriormente entabló una amistad inolvidable con Faraday y construyó conjuntamente el sistema científico de la teoría electromagnética. En la historia de la física, la mecánica clásica de Newton abrió la puerta a la era mecánica, mientras que la teoría electromagnética de Maxwell sentó las bases de la era eléctrica. Ya en 1787, Laplace calculó que los anillos de Saturno eran sólidos. En ese momento, había determinado que los anillos de Saturno, como anillos rígidos uniformes, no colapsarían debido a dos condiciones. Una es que viaja a una velocidad que equilibra la fuerza centrífuga y la gravedad de Saturno, y la otra es.
La relación entre la densidad del anillo y la de Saturno supera un valor crítico de 0,8, de modo que la fuerza gravitacional entre los anillos interior y exterior supera la diferencia entre la fuerza centrífuga y la fuerza gravitacional en diferentes radios. Razonó así porque el movimiento de un anillo uniforme es dinámicamente inestable, y cualquier pequeño desplazamiento que altere el equilibrio provocará que el movimiento del anillo se destruya, provocando que el anillo caiga sobre Saturno. Laplace especuló que los anillos de Saturno eran anillos sólidos con una distribución de masa irregular.
En 1855, la teoría todavía estaba ahí y, mientras tanto, se observó un nuevo anillo oscuro de Saturno, una mayor separación y un aumento en el tamaño total del sistema de anillos desde su descubrimiento 200 años antes. . Cambie lentamente. Por ello, algunos científicos han propuesto una hipótesis para explicar la estabilidad dinámica de los anillos de Saturno. La hipótesis es que los anillos de Saturno están compuestos de fluidos sólidos y grandes cantidades de material que no son densos entre sí. Maxwell basó su discusión en esta hipótesis. Primero partió de la teoría del anillo sólido dejada por Laplace y determinó las condiciones de estabilidad de cualquier anillo de forma. Maxwell enumeró las ecuaciones de movimiento basadas en el potencial causado por el anillo central de Saturno y obtuvo dos restricciones sobre la primera derivada del potencial cuando se mueve a velocidad constante, y luego obtuvo tres condiciones para la segunda derivada del movimiento estable de Taylor. expansión. Maxwell tradujo estos resultados a condiciones sobre los primeros tres coeficientes de la serie de Fourier de la distribución de masa. De este modo demostró que casi todos los anillos imaginables son inestables, salvo una maravillosa excepción. Este caso especial significa que la masa transportada por el anillo uniforme en un punto determinado es entre 4,43 y 4,67 veces la masa restante. Pero el anillo sólido en este caso especial colapsará bajo una gravedad desigual, por lo que no se puede establecer la suposición teórica de un anillo sólido. Fecha Libro Título Comentarios 1862 "Líneas de campo magnético en física" amplió la hipótesis de la rotación en los campos magnéticos de la materia ordinaria al éter. Consideró la disposición de los vórtices en las profundidades de los fluidos incompresibles.
En circunstancias normales, la presión es la misma en todas las direcciones, pero la fuerza centrífuga generada por la rotación hace que cada vórtice se contraiga longitudinalmente, ejerciendo una presión meridional, que simula exactamente la distribución de tensiones mencionada en la teoría de la línea de fuerza de Faraday. Dado que la velocidad angular de cada vórtice es proporcional a la fuerza del campo magnético local, Maxwell derivó las mismas fórmulas para las fuerzas entre imanes, corriente constante y diamagnetismo que la teoría existente. Basándose en observaciones y experimentos con fluidos, Maxwell creía que la razón por la que cada vórtice puede girar libremente en la misma dirección es porque hay una capa de partículas diminutas entre cada vórtice y su vórtice adyacente. Estas partículas son exactamente iguales a la electricidad. Respecto a las relaciones básicas entre cantidades eléctricas en 1863, generalizó el procedimiento iniciado por Fourier en la teoría del calor y publicó las definiciones de cantidades eléctricas y magnéticas relacionadas con la masa, la longitud y el tiempo, proporcionando así la primera y más completa. Explicación detallada del sistema binario de unidades eléctricas. Introdujo lo que se convirtió en la notación estándar para expresar relaciones dimensionales como productos de potencias de medidas de masa, longitud y tiempo entre paréntesis, con sus propios multiplicadores adimensionales. Este año, Maxwell descubrió una conexión puramente fenomenológica entre la cantidad electromagnética y la velocidad de la luz. 1865 "La teoría dinámica de los campos electromagnéticos" proporcionó un nuevo marco teórico para resolver problemas puramente fenomenológicos utilizando la velocidad de la luz. A partir de experimentos y de varios principios dinámicos generales se demostró que la propagación de ondas electromagnéticas en el espacio puede ocurrir sin suposiciones especiales sobre los vórtices moleculares o las fuerzas entre partículas cargadas. En este artículo, Maxwell refinó sus ecuaciones. Usó métodos matemáticos desarrollados por Lagrange y Hamilton para derivar las ecuaciones de onda para los campos eléctricos y magnéticos directamente a partir de las ecuaciones. La velocidad de propagación de una onda es el recíproco de la media geométrica del coeficiente dieléctrico y el coeficiente de permeabilidad magnética, que es exactamente igual a la velocidad de la luz. Este resultado vuelve a estar totalmente de acuerdo con los cálculos de Maxwell. En este punto, la existencia de ondas electromagnéticas es segura. A partir de esto, Maxwell concluyó audazmente que la luz también es una onda electromagnética. La vaga conjetura de Faraday sobre la teoría electromagnética de la luz se convirtió en una inferencia científica gracias a los cuidadosos cálculos de Maxwell. En "Teoría general del electromagnetismo" (1873), Maxwell aplicó las ecuaciones de Lagrange más a fondo que antes y generalizó el sistema formal de dinámica. Maxwell resumió sistemáticamente la trayectoria de la exploración humana y la investigación de los fenómenos electromagnéticos a mediados del siglo XIX, incluidos los logros imborrables de Coulomb, Ampere, Oersted, Faraday, etc. También resumió sistemáticamente los resultados y logros de sus esfuerzos creativos en más detalle, estableciendo así una teoría electromagnética completa.