Persamaan Maxwell • James Trefil, Ensiklopedia "Dua ratus hukum alam semesta"

Persamaan Maxwell

Menjelang pertengahan abad XIX, saintis menemui beberapa undang-undang yang menggambarkan fenomena elektrik dan magnetik dan hubungan di antara mereka. Khususnya, diketahui:

  • Undang-undang Coulomb, menggambarkan daya interaksi antara caj elektrik,
  • Teorema Gauss, yang tidak termasuk kemungkinan kewujudan sifat magnetik magnet (monopole magnetik),
  • undang-undang Bio-Savart, yang menggambarkan medan magnet yang teruja dengan memindahkan caj elektrik (lihat juga Undang-undang Ampere dan Penemuan Oersted), dan
  • Undang-undang Faraday induksi elektromagnetik, mengikut mana perubahan fluks magnet menghasilkan medan elektrik dan menginduksi arus konduktor (lihat juga Peraturan Lenz).

Empat kumpulan undang-undang ini diringkaskan oleh James Clerk Maxwell, yang berjaya menggabungkannya menjadi sistem yang koheren (dinamakan selepasnya), yang terdiri daripada empat persamaan dan menggambarkan secara mendalam semua orang ciri-ciri medan elektromagnetik dan arus elektrik, yang dinamakan selepasnya. Pertama sekali, kita berhutang dengan Maxwell keterangan matematik yang ketat tentang semua undang-undang elektromagnetisme yang diketahui (Faraday, sebagai contoh, secara amnya merumuskan semua undang-undang yang ditemui olehnya secara eksklusif dalam bentuk lisan).Kedua, dalam sistem yang dirumuskan olehnya, Maxwell memperkenalkan banyak idea baru yang tidak hadir dalam undang-undang awal. Ketiga, dia memberikan semua fenomena elektromagnetik justifikasi teori yang ketat. Akhirnya, keempat, berdasarkan sistem persamaan yang disusun olehnya, Maxwell membuat sejumlah ramalan dan penemuan penting, termasuk ramalan kewujudan spektrum elektromagnetik.

Mari kita mulakan dengan item kedua. Menurut undang-undang Bio-Savar, arus elektrik melalui konduktor merangsang medan magnet di sekitarnya. Tetapi bagaimana jika arus elektrik tidak melalui konduktor, tetapi melalui kapasitor yang rata? Malah, elektron tidak melompat dari satu plat ke yang lain, tetapi arusnya masih melewati kapasitor, kerana elektron satu plat berinteraksi dengan elektron plat lain, sedang berdekatan antara satu sama lain, dan, kerana penolakan bersama, menghantar getaran antara satu sama lain ( dipanggil ayunan) AC, dengan itu memastikan arus arus melalui pecah yang kelihatan jelas dalam litar elektrik.

Maxwell menyedari bahawa undang-undang Ampere dalam keadaan ini tidak menjelaskan laluan semasa. Dia juga sedar bahawa, walaupun caj dari plat ke pinggan tidak dipindahkan, medan elektrik (daya yang akan timbul jika kita meletakkan caj elektrik imajinasi antara plat) meningkat. Atas dasar ini, beliau menyatakan bahawa dalam dunia fenomena elektromagnetik, medan elektrik yang berlainan dapat memainkan peranan yang sama dalam menghasilkan medan magnet sebagai arus elektrik. Maxwell memperkenalkan konsep baru bias semasamenambahnya sebagai addend yang berasingan kepada undang-undang Ampere yang umum adalah persamaan Maxwell yang pertama. Dan sejak itu, kehadiran arus bias berulang kali dan tanpa syarat disahkan oleh data eksperimen.

Setelah membuat tambahan yang penting kepada yang pertama dari empat persamaan, Maxwell, berdasarkan sistem persamaan yang dikumpulkan olehnya, secara matematik semata-mata menghasilkan ramalan yang hebat pada masa itu: sifat mesti ada gelombang elektromagnetik, dibentuk sebagai hasil daripada interaksi osilasi medan elektrik dan magnetik, dan kelajuan penyebarannya harus berkadaran dengan gaya antara caj atau antara magnet.Setelah menyelesaikan persamaan gelombang pembeza yang dikumpulkan olehnya, Maxwell terkejut mendapati bahawa halaju penyebaran ayunan elektromagnetik bertepatan dengan halaju cahaya, pada masa itu sudah ditentukan secara eksperimen. Ini bermakna bahawa fenomena yang biasa kepada semua sebagai cahaya adalah gelombang elektromagnetik! Tambahan pula, Maxwell meramalkan kewujudan gelombang elektromagnetik di seluruh spektrum yang diketahui – dari gelombang radio ke sinar gamma. Oleh itu, kajian teoretikal menyeluruh tentang sifat elektrik dan kemagnetan membawa kepada penemuan yang membawa faedah yang tidak terhitung kepada manusia – dari ketuhar gelombang mikro ke mesin x-ray di klinik pergigian.

Lihat juga:

1621Undang-undang Snell
1864Spektrum elektromagnet
1924Penyebaran: Teori Atom

James Clerk Maxwell
James Clerk Maxwell, 1831-79

Ahli fizik Scotland, salah seorang ahli teori yang paling terkenal pada abad XIX. Dilahirkan di Edinburgh, berasal dari keluarga bangsawan lama. Beliau belajar di University of Edinburgh dan Cambridge. Artikel saintifik pertama (mengenai kaedah mengesan bujur yang ideal) telah diterbitkan pada usia 14 tahun.Maxwell adalah seorang profesor di Jabatan Fizik Eksperimental di University of Cambridge apabila dia meninggal dunia akibat kanser pada usia 48 tahun.

Kajian teoretikal utama pertama Clerk Maxwell, seperti yang sering dipanggil, adalah kerja pada teori warna dan penglihatan warna. Dia mula-mula menunjukkan bahawa pelbagai warna yang boleh dilihat dapat diperoleh dengan mencampurkan tiga warna utama – merah, kuning dan biru; menjelaskan sifat buta warna (kecacatan visual yang membawa kepada pelanggaran persepsi gamut warna) oleh cacat reseptor retinal kongenital atau diperolehi. Beliau adalah orang pertama yang mencipta kamera warna kehidupan sebenar (menggunakan pita tartan sebagai bahan fotosensitif) dan memperlihatkan kerjanya pada pertemuan Royal Society of London pada tahun 1861. Seolah-olah antara masa dengan berhati-hati menghitung struktur mungkin cincin Saturn dan membuktikan bahawa mereka tidak boleh cair, seperti yang difikirkan sebelumnya, tetapi harus terdiri daripada zarah pepejal.

Maxwell memberikan sumbangan penting kepada perkembangan banyak cabang sains semulajadi. Tetapi mungkin pencapaiannya yang paling penting adalah membina teori elektromagnetisme dan meletakkannya pada asas matematik yang padat. Maxwell mula menangani masalah ini pada pertengahan tahun 1850-an.Ironinya, Maxwell percaya dengan pasti adanya eter luminiferous, dan menyimpulkan semua persamaannya dengan anggapan bahawa eter ada, dan di dalamnya Gelombang elektromagnetik teruja, mempunyai akibatnya, halaju penyebaran akhir. Maxwell tidak memenuhi keputusan eksperimen Michelson-Morley, yang menyangkal teori kewujudan eter itu. (Dia tidak hidup untuk melihat penerimaan tanpa syarat teorinya. Sifat gelombang cahaya dan ketepatan persamaan Maxwell akhirnya disahkan oleh eksperimen Hertz hanya pada tahun 1888, dan sehingga masa itu kebanyakan ahli fizik, termasuk Hertz sendiri, mencurigakan seperti teori yang berani. Nota PenterjemahMujurlah baginya dan bagi kita, teori Maxwell tidak membatalkan pengalaman ini, kerana persamaan Maxwell berpuas hati tanpa menghiraukan kehadiran atau ketiadaan eter.

Akhirnya, Maxwell membuat sumbangan besar kepada pembentukan mekanik statistik dengan mencari pengagihan halaju molekul gas, yang menjadi asas teori kinetik molekul. Akhirnya, Maxwell sendiri melihat ketidaksempurnaan teori ini, setelah merumuskan paradoks, kemudian dipanggil setan Maxwell.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: