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Equazioni di Maxwell
Quali sono le equazioni di Maxwell?
Le equazioni di Maxwell comprendono quattro principi e leggi di fenomeni elettrici, magnetici e ottici. Formano i calcoli di base dell'elettrodinamica. Le equazioni di Maxwell furono create dal fisico scozzese James Clerk Maxwell tra il 1861 e il 1864. Le formule definiscono il modo in cui i campi elettrici e magnetici sono correlati. Inoltre, le tesi di Maxwell descrivono anche la relazione tra le cariche elettriche e la corrente elettrica in determinate condizioni.
Le equazioni di Maxwell costituiscono oggi la base teorica per l'ottica, l'elettrostatica e l'ingegneria elettrica. Sono un complesso sistema di equazioni alle derivate parziali lineari del primo ordine. I calcoli descrivono fondamentalmente il comportamento delle onde elettromagnetiche e sono quindi di grande importanza in fisica fino ad oggi.
Le quattro equazioni di Maxwell e le loro funzioni
Maxwell ha usato quattro formule e le loro derivazioni per le sue equazioni, oltre a varie derivazioni che prendono il nome da lui oggi. Il fisico combinò le leggi conosciute al momento in un unico trattato e completò le equazioni con la corrente di spostamento. Semplicemente spiegato, il contenuto fisico delle equazioni di Maxwell può essere ben espresso nelle ben note leggi dell'elettromagnetismo:
Equazione di Maxwell o legge di Coulomb: la prima equazione descrive che i campi elettrici D sono causati da cariche elettriche (densità di carica ρ). L'insieme delle linee di campo del campo elettrico E è caratterizzato dalla divergenza di un campo (∇ × E).
Equazione di Maxwell: questo descrive che tutte le linee di campo del campo magnetico B sono sempre autonome e non ci sono monopoli magnetici. Le linee di campo non funzionano come un vettore, ma circolare. Inoltre, la direzione delle linee è definito con precisione: descrivono sempre un cerchio dal Nord al Polo Sud di un magnete.
Equazione di Maxwell: i campi elettrici e le tensioni sono generati da campi magnetici variabili. Questa è la cosiddetta induzione elettromagnetica, che risulta dalle correnti di spostamento. B sta per la densità del flusso magnetico.
Maxwell Equation o Law of Flooding (leggi di Ampère): mostra come i campi magnetici vengono creati da campi elettrici variabili nel tempo. μ0 descrive la permeabilità magnetica di un vuoto o approssimativamente quella nello spazio aereo. j sono le correnti del campo magnetico.
Le equazioni di Maxwell in questa forma si riferiscono sempre all'ambiente del vuoto. Tuttavia, nelle sue ulteriori considerazioni, egli considera la questione sulla base di parametri specifici del materiale. Questo è indispensabile per la descrizione e la propagazione dei campi elettrici e magnetici. Le equazioni di Maxwell hanno una forma differenziale e una integrale.
Perché le equazioni di Maxwell hanno messo in discussione il principio di relatività?
La teoria della relatività speciale (SRT) descrive il movimento di campi e corpi nello spazio e nel tempo. È stato sviluppato come estensione del principio di relatività di Galileo di Albert Einstein. La SRT afferma che tutte le leggi della fisica hanno la stessa forma in tutti i sistemi inerziali. Questo vale anche per il campo dell'elettromagnetismo, che descrive le equazioni di Maxwell.
Le caratteristiche di base del SRT sono che lunghezze e durate dipendono individualmente dallo stato di movimento dell'osservatore. Quindi non c'è né spazio assoluto né tempo. Queste ipotesi sono espresse nel tensore della quantità matematica. Questo è basato sullo spazio tridimensionale. Le equazioni di Maxwell possono anche essere rappresentate come tensore delle tensioni. Questo è chiamato tensore di Maxwell o sensore di intensità del campo elettromagnetico.
Le equazioni sono incluse nella teoria della relatività speciale e descrivono le forze che agiscono su un corpo in accelerazione. Allo stesso tempo, gli scienziati sono da tempo in disaccordo sull'assolutezza dello spazio e del tempo. Per anni, la teoria della relatività non può essere pienamente dimostrata. Einstein quindi respinse questi dubbi con il passaggio dalla trasformazione di Galileo a quella di Lorentz. Pertanto, le equazioni di Maxwell hanno ancora un posto fisso nella teoria della relatività.