Persamaan Maxwell dan Elektrodinamika
Persamaan Maxwell menyatukan listrik, magnetisme, dan cahaya ke dalam teori medan tunggal yang mengatur semua fenomena elektromagnetik klasik.
Definition
Teori medan klasik di mana medan listrik dan magnetik mematuhi empat persamaan diferensial parsial kopel Maxwell bersama dengan hukum gaya Lorentz, yang menggambarkan pembangkitan dan perambatan medan elektromagnetik oleh muatan dan arus.
Scope
Area ini menyajikan penyatuan fenomena listrik dan magnetik ke dalam empat persamaan Maxwell, termasuk induksi elektromagnetik dan arus pergeseran, serta mengembangkan konsekuensinya: kekekalan energi dan momentum elektromagnetik, sifat gelombang medan, dan formulasi kovarian relativistik. Area ini memperlakukan persamaan sebagai teori klasik lengkap dari medan elektromagnetik, dengan efek kuantum diserahkan kepada elektrodinamika kuantum.
Sub-topics
Core questions
- Bagaimana medan listrik dan magnetik yang berubah saling membangkitkan satu sama lain?
- Mengapa Maxwell menambahkan arus pergeseran, dan apa yang diungkapkannya?
- Bagaimana energi dan momentum dibawa dan dilestarikan oleh medan?
- Bagaimana elektrodinamika mengambil bentuk alaminya dalam relativitas khusus?
Key concepts
- Persamaan Maxwell
- Hukum Faraday
- arus pergeseran
- gaya gerak listrik
- vektor Poynting
- tensor medan
- invariansi tolok
- persamaan kontinuitas
Key theories
- Persamaan Maxwell
- Empat persamaan menghubungkan divergensi dan curl medan listrik dan magnetik dengan muatan dan arus, menyatukan elektrostatika, magnetostatika, dan induksi serta memprediksi gelombang elektromagnetik yang merambat sendiri.
- Hukum induksi Faraday
- Fluks magnetik yang berubah melalui suatu rangkaian menginduksi gaya gerak listrik, menghubungkan magnetisme kembali ke listrik dan membentuk dasar generator, transformator, dan persamaan curl untuk medan listrik.
- Kovarian Lorentz elektrodinamika
- Persamaan Maxwell invarian di bawah transformasi Lorentz dan bergabung menjadi persamaan tensor tunggal, menunjukkan bahwa listrik dan magnetisme adalah aspek dari satu medan yang dilihat dari kerangka acuan yang berbeda.
Clinical relevance
Persamaan Maxwell mendasari semua pembangkitan dan transmisi daya listrik, komunikasi radio dan nirkabel, optik dan fotonika, kompatibilitas elektromagnetik, dan elektromagnetika komputasi di seluruh bidang teknik dan kedokteran.
History
Berdasarkan konsep medan eksperimental Faraday, Maxwell menyatukan hukum-hukum listrik dan magnetisme pada tahun 1860-an dan menambahkan arus pergeseran, memprediksi gelombang elektromagnetik yang bergerak dengan kecepatan cahaya. Heaviside dan Hertz merumuskan ulang dan mengkonfirmasi teori tersebut, dan relativitas Einstein tahun 1905 mengungkapkan struktur kovarian yang melekat padanya.
Key figures
- James Clerk Maxwell
- Michael Faraday
- Oliver Heaviside
- Hendrik Lorentz
Related topics
Seminal works
- maxwell1873
- jackson1998
- landau1975
Frequently asked questions
- Apa yang ditambahkan Maxwell pada hukum-hukum yang sudah ada?
- Dia menambahkan arus pergeseran ke hukum Ampère, membuat rangkaian persamaan konsisten secara mandiri dengan kekekalan muatan dan mengungkapkan bahwa medan listrik yang berubah menghasilkan medan magnet, yang secara langsung mengarah pada gelombang elektromagnetik.
- Bagaimana listrik dan magnetisme disatukan?
- Persamaan Maxwell mengkopel medan listrik dan magnetik sehingga masing-masing dapat menghasilkan yang lain, dan relativitas menunjukkan bahwa apa yang oleh satu pengamat disebut medan listrik mungkin oleh pengamat lain sebagian dilihat sebagai magnetik, sehingga keduanya adalah aspek dari medan elektromagnetik tunggal.