Ecuaciones de Maxwell y Electrodinámica
Las ecuaciones de Maxwell unifican la electricidad, el magnetismo y la luz en una única teoría de campo que rige todos los fenómenos electromagnéticos clásicos.
Definition
La teoría de campo clásica en la que los campos eléctrico y magnético obedecen las cuatro ecuaciones diferenciales parciales acopladas de Maxwell junto con la ley de fuerza de Lorentz, describiendo la generación y propagación de campos electromagnéticos por cargas y corrientes.
Scope
Esta área presenta la unificación de los fenómenos eléctricos y magnéticos en las cuatro ecuaciones de Maxwell, incluyendo la inducción electromagnética y la corriente de desplazamiento, y desarrolla sus consecuencias: la conservación de la energía y el momento electromagnéticos, la naturaleza ondulatoria de los campos y la formulación relativista y covariante. Trata las ecuaciones como la teoría clásica completa del campo electromagnético, dejando los efectos cuánticos para la electrodinámica cuántica.
Sub-topics
Core questions
- ¿Cómo se generan mutuamente los campos eléctricos y magnéticos cambiantes?
- ¿Por qué Maxwell añadió la corriente de desplazamiento y qué reveló?
- ¿Cómo son transportados y conservados la energía y el momento por el campo?
- ¿Cómo adquiere la electrodinámica su forma natural en la relatividad especial?
Key concepts
- Ecuaciones de Maxwell
- Ley de Faraday
- corriente de desplazamiento
- fuerza electromotriz
- vector de Poynting
- tensor de campo
- invariancia de gauge
- ecuación de continuidad
Key theories
- Ecuaciones de Maxwell
- Cuatro ecuaciones relacionan la divergencia y el rotacional de los campos eléctrico y magnético con la carga y la corriente, unificando la electrostática, la magnetostática y la inducción, y prediciendo ondas electromagnéticas auto-propagantes.
- Ley de inducción de Faraday
- Un flujo magnético cambiante a través de un circuito induce una fuerza electromotriz, acoplando el magnetismo de nuevo a la electricidad y formando la base de generadores, transformadores y la ecuación de rotacional para el campo eléctrico.
- Covarianza de Lorentz de la electrodinámica
- Las ecuaciones de Maxwell son invariantes bajo las transformaciones de Lorentz y se combinan en una única ecuación tensorial, mostrando que la electricidad y el magnetismo son facetas de un mismo campo vistas desde diferentes marcos de referencia.
Clinical relevance
Las ecuaciones de Maxwell sustentan toda la generación y transmisión de energía eléctrica, la comunicación por radio e inalámbrica, la óptica y la fotónica, la compatibilidad electromagnética y la electromagnética computacional en ingeniería y medicina.
History
Basándose en el concepto de campo experimental de Faraday, Maxwell unificó las leyes de la electricidad y el magnetismo en la década de 1860 y añadió la corriente de desplazamiento, prediciendo ondas electromagnéticas que viajan a la velocidad de la luz. Heaviside y Hertz reformularon y confirmaron la teoría, y la relatividad de Einstein de 1905 reveló su estructura inherentemente covariante.
Key figures
- James Clerk Maxwell
- Michael Faraday
- Oliver Heaviside
- Hendrik Lorentz
Related topics
Seminal works
- maxwell1873
- jackson1998
- landau1975
Frequently asked questions
- ¿Qué añadió Maxwell a las leyes existentes?
- Añadió la corriente de desplazamiento a la ley de Ampère, haciendo que el conjunto de ecuaciones fuera autoconsistente con la conservación de la carga y revelando que los campos eléctricos cambiantes producen campos magnéticos, lo que conduce directamente a las ondas electromagnéticas.
- ¿Cómo se unifican la electricidad y el magnetismo?
- Las ecuaciones de Maxwell acoplan los campos eléctricos y magnéticos de modo que cada uno puede generar al otro, y la relatividad muestra que lo que un observador llama un campo eléctrico, otro puede verlo parcialmente como magnético, por lo que son aspectos de un único campo electromagnético.