Equações de Maxwell e Eletrodinâmica
As equações de Maxwell unificam eletricidade, magnetismo e luz em uma única teoria de campo que governa todos os fenômenos eletromagnéticos clássicos.
Definition
A teoria de campo clássica na qual os campos elétricos e magnéticos obedecem às quatro equações diferenciais parciais acopladas de Maxwell, juntamente com a lei da força de Lorentz, descrevendo a geração e propagação de campos eletromagnéticos por cargas e correntes.
Scope
Esta área apresenta a unificação dos fenômenos elétricos e magnéticos nas quatro equações de Maxwell, incluindo a indução eletromagnética e a corrente de deslocamento, e desenvolve suas consequências: conservação da energia e momento eletromagnéticos, a natureza ondulatória dos campos e a formulação relativística e covariante. Trata as equações como a teoria clássica completa do campo eletromagnético, com os efeitos quânticos deixados para a eletrodinâmica quântica.
Sub-topics
Core questions
- Como os campos elétricos e magnéticos variáveis se geram mutuamente?
- Por que Maxwell adicionou a corrente de deslocamento e o que ela revelou?
- Como a energia e o momento são transportados e conservados pelo campo?
- Como a eletrodinâmica assume sua forma natural na relatividade especial?
Key concepts
- Equações de Maxwell
- Lei de Faraday
- corrente de deslocamento
- força eletromotriz
- vetor de Poynting
- tensor de campo
- invariância de calibre
- equação da continuidade
Key theories
- Equações de Maxwell
- Quatro equações relacionam a divergência e o rotacional dos campos elétricos e magnéticos à carga e corrente, unificando eletrostática, magnetostática e indução e prevendo ondas eletromagnéticas auto-propagantes.
- Lei da indução de Faraday
- Um fluxo magnético variável através de um circuito induz uma força eletromotriz, acoplando o magnetismo de volta à eletricidade e formando a base de geradores, transformadores e da equação do rotacional para o campo elétrico.
- Covariância de Lorentz da eletrodinâmica
- As equações de Maxwell são invariantes sob transformações de Lorentz e combinam-se em uma única equação tensorial, mostrando que eletricidade e magnetismo são facetas de um único campo vistas de diferentes referenciais.
Clinical relevance
As equações de Maxwell sustentam toda a geração e transmissão de energia elétrica, comunicação por rádio e sem fio, óptica e fotônica, compatibilidade eletromagnética e eletromagnetismo computacional em engenharia e medicina.
History
Com base no conceito de campo experimental de Faraday, Maxwell unificou as leis da eletricidade e do magnetismo na década de 1860 e adicionou a corrente de deslocamento, prevendo ondas eletromagnéticas viajando na velocidade da luz. Heaviside e Hertz reformularam e confirmaram a teoria, e a relatividade de Einstein de 1905 revelou sua estrutura inerentemente covariante.
Key figures
- James Clerk Maxwell
- Michael Faraday
- Oliver Heaviside
- Hendrik Lorentz
Related topics
Seminal works
- maxwell1873
- jackson1998
- landau1975
Frequently asked questions
- O que Maxwell adicionou às leis existentes?
- Ele adicionou a corrente de deslocamento à lei de Ampère, tornando o conjunto de equações autoconsistente com a conservação da carga e revelando que campos elétricos variáveis produzem campos magnéticos, o que leva diretamente às ondas eletromagnéticas.
- Como a eletricidade e o magnetismo são unificados?
- As equações de Maxwell acoplam campos elétricos e magnéticos de modo que cada um pode gerar o outro, e a relatividade mostra que o que um observador chama de campo elétrico outro pode ver parcialmente como magnético, então eles são aspectos de um único campo eletromagnético.