Εξισώσεις Maxwell

Maxwell Equations


Επιστημονικός Νόμος Επιστημονικοί Νόμοι
Μαθηματικό Θεώρημα Νόμοι Μαθηματικών
Φυσικός Νόμος Νόμοι Φυσικής
Νόμοι Χημείας
Νόμοι Γεωλογίας
Νόμοι Βιολογίας
Νόμοι Οικονομίας

Maxwell James, ο θεμελιωτής της Κλασσικής Ηλεκτροδυναμικής.

Είναι ένα σύνολο τεσσάρων εξισώσεων, που αποδίδονται στον James Clerk Maxwell, και περιγράφουν την συμπεριφορά του Ηλεκτρικού Πεδίου, Μαγνητικού Πεδίου και των αλληλεπιδράσεών τους με την Ύλη.

Ετυμολογία[επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η ονομασία "Εξισώσεις Maxwell" σχετίζεται ετυμολογικά με τo όνομα του Σκώτοy φυσικού "James Clerk Maxwell".

Εισαγωγή[επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Στην Ηλεκτρομαγνητική Θεωρία οι εξισώσεις Maxwell είναι μία τετράδα εξισώσεων που διατυπώθηκαν από τον James Clerk Maxwell και περιγράφουν τη συμπεριφορά του Ηλεκτρικού και Μαγνητικού Πεδίου καθώς και τις αλληλεπιδράσεις τους με την Ύλη.

Η αρχική δημοσίευση του Maxwell αναφερόταν σε οκτώ συνολικά, αλληλοσχετιζόμενες εξισώσεις.

Η μορφή των τεσσάρων εξισώσεων, όπως χρησιμοποιείται μέχρι σήμερα και όπως περιγράφεται παρακάτω, σχηματοποιήθηκε από τον αυτοδίδακτο Άγγλο φυσικό και μαθηματικό Oliver Heaviside, ο οποίος τις αναδιατύπωσε χρησιμοποιώντας Διανυσματικό Λογισμό, απλοποιώντας τις αποδείξεις τους και συμπυκνώνοντάς τις από 8 σε 4.

Οι τέσσερις εξισώσεις του Μάξγουελ περιγράφουν αντίστοιχα (με τη συνηθισμένη σειρά γραφής τους)

Συνοπτικά:

  • Η 1η εξίσωση είναι γνωστή ως νόμος του Γκάους και περιγράφει μαθηματικά το πειραματικό γεγονός ότι οι πηγές ηλεκτρικών πεδίων είναι τα ηλεκτρικά φορτία.
  • Η 2η εξίσωση που είναι η ανάλογη του νόμου του Γκάους για το μαγνητικό πεδίο. Συγκεκριμένα, μας πληροφορεί ότι δεν έχουν ποτέ βρεθεί μαγνητικά μονόπολα που θα μπορούσαν θεωρητικά να λειτουργήσουν ως πηγές μαγνητικών πεδίων. Περισσότερα για τα μαγνητικά μονόπολα θα βρείτε στην αντίστοιχη παράγραφο στο άρθρο για τον μαγνητισμό.
  • Η 3η εξίσωση είναι γνωστή ως ο νόμος του Φαραντέι και μας δείχνει ότι η χρονική μεταβολή του μαγνητικού πεδίου προκαλεί τη δημιουργία ηλεκτρικού πεδίου.
  • Η 4η εξίσωση είναι γνωστή ως γενικευμένος νόμος του Αμπέρ. Ο δεύτερος όρος της εξίσωσης αυτής καλείται ρεύμα μετατόπισης και προστέθηκε από τον Μάξγουελ.

Συνοπτική Έκφραση[επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Symbols in bold represent vector quantities, whereas symbols in italics represent scalar quantities.

Γενική Περίπτωση[επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Εξισώσεις Maxwell
Ονομασία Διαφορική μορφή Ολοκληρωτική μορφή
Ηλεκτρικός Νόμος Gauss
Μαγνητικός Νόμος Gauss
Νόμος Faraday
Νόμος Ampere-Maxwell

Ο ακόλουθος πίνακας παρέχει το Φυσικό Μέγεθος που αντιστοιχεί σε κάθε σύμβολο καθώς και την Μονάδα Μέτρησης του SI.

Σύμβολο Φυσικό Μέγεθος Μονάδα Μέτρησης (S.I.)
Ηλεκτρική Ένταση volt per meter
Μαγνητική Διέγερση
also called the auxiliary field
ampere per meter
Ηλεκτρική Μετατόπιση
also called the electric flux density
coulomb per square meter
Μαγνητική Ένταση
also called the magnetic induction
also called the magnetic field
Tesla, or equivalently,
Weber per square meter
free Φορτιακή Πυκνότητα density,
not including dipole charges bound in a material
coulomb per cubic meter
free Ρευματική Πυκνότητα,
not including polarization or magnetization currents bound in a material
ampere per square meter
differential vector element of surface area Σ, with infinitesimally

small magnitude and direction normal to surface S

square meters
Διαφορικό στοιχείο όγκου (differential element of volume) Ω enclosed by surface Σ cubic meters
differential vector element of path length tangential to contour C enclosing surface Σ meters
the divergence operator per meter
the curl operator per meter

Εξισώσεις Maxwell και Ειδική Σχετικότητα[επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Στην Ειδική Σχετικότητα (special relativity), in order to more clearly express the fact that Maxwell's equations (in vacuum) take the same form in any inertial coordinate system, the vacuum Maxwell's equations are written in terms of four-vectors and tensors in the "manifestly covariant" form (cgs units):

,

και

όπου :

is the Φορτορευματική Πυκνότητα (4-current),

is the Ηλεκτρομαγνητική Ένταση,

is the Levi-Civita Σύμβολο, and

is the 4-gradient.
  • The first tensor equation is an expression of the two inhomogeneous Maxwell's equations, Gauss' law and Ampere's law with Maxwell's correction.
  • The second equation is an expression of the homogenous equations, Faraday's law of induction and the absence of magnetic monopoles.

Εξισώσεις Maxwell και Διαφορική Τοπολογία[επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Εξισώσεις Maxwell
Κλασσική Ηλεκτροφυσική Κλασσική Ηλεκτροδυναμική Ηλεκτρομαγνητισμός Ηλεκτρικό Πεδίο Μαγνητικό Πεδίο Ηλεκτρομαγνητικό Πεδίο Ηλεκτρικό Φορτίο Ηλεκτρικό Ρεύμα Ηλεκτρικό Φορτόρρευμα

In a vacuum, where ε and μ are constant everywhere, Maxwell's equations simplify considerably once the language of differential geometry and differential forms is used. The electric and magnetic fields are now jointly described by a 2-form F in a 4-dimensional spacetime πολύπτυχο (manifold). Maxwell's equations then reduce to the Bianchi identity

where d denotes the exterior derivative - a differential operator acting on forms - and the source equation

where the (dual) Hodge star operator * is a linear transformation from the space of 2 forms to the space of 4-2 forms defined by the metric in Χώρος Minkowski (Minkowski space) (or in four dimensions by its conformal class), and the fields are in natural units where . Here, the 3-form J is called the "electric current" or "current (3-)form" satisfying the continuity equation

As the exterior derivative is defined on any manifold, this formulation of electromagnetism works for any 4-dimensional oriented manifold with a Lorentz metric, e.g. on the curved space-time of general relativity.


Υποσημειώσεις[επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Εσωτερική Αρθρογραφία[επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Εξισώσεις Maxwell

Αρθρογραφία[επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  • James Clerk Maxwell, "A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field", Philosophical Transactions of the Royal Society of London 155, 459-512 (1865). (This article accompanied a December 8, 1864 presentation by Maxwell to the Royal Society.)

The developments before relativity

  • Larmor, J. (1897) "On a dynamical theory of the electric and luminiferous medium", Phil. Trans. Roy. Soc. 190, 205-300 (third and last in a series of papers with the same name).
  • Lorentz, H. A. (1899) "Simplified theory of electrical and optical phenomena in moving systems", Proc. Acad. Science Amsterdam, I, 427-43.
  • Lorentz, H. A. (1904) "Electromagnetic phenomena in a system moving with any velocity less than that of light", Proc. Acad. Science Amsterdam, IV, 669-78.
  • Poincaré, H. (1900) "La theorie de Lorentz et la Principe de Reaction", Archives Neerlandaies, V, 253-78.
  • Poincaré, H (1901) Science and Hypothesis
  • Poincaré, H. (1905) "Sur la dynamique de l'electron", Comptes Rendues, 140, 1504-8.

see

Βιβλιογραφία[επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  • Stevens, Charles F., 1995. The Six Core Theories of Modern Physics. MIT Press. ISBN 0-262-69188-4.
  • Hoffman, Banesh, 1983. Relativity and Its Roots. W. H. Freeman.
  • Lounesto, Pertti, 1997. Clifford Algebras and Spinors. Cambridge Univ. Press. Chpt. 8 sets out several variants of the equations, using exterior algebra and differential forms.
  • Jackson, John D., "Classical Electrodynamics" (3rd ed), Wiley, 1998, ISBN 047130932X
  • Lev Davidovich Landau|Landau, L. D., 1987. The Classical Theory of Fields (Course of Theoretical Physics: Volume 2). Oxford: Butterworth-Heinemann.
  • James Clerk Maxwell, 1954. A Treatise on Electricity and Magnetism. Dover. ISBN 0486606376.
  • Charles W. Misner, Kip S. Thorne, John Archibald Wheeler, 1973. Gravitation. W.H. Freeman. ISBN 0-7167-0344-0. Sets out the equations using differential forms.

Ιστογραφία[επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]


Ikl.jpg Κίνδυνοι ΧρήσηςIkl.jpg

Αν και θα βρείτε εξακριβωμένες πληροφορίες
σε αυτήν την εγκυκλοπαίδεια
ωστόσο, παρακαλούμε να λάβετε σοβαρά υπ' όψη ότι
η "Sciencepedia" δεν μπορεί να εγγυηθεί, από καμιά άποψη,
την εγκυρότητα των πληροφοριών που περιλαμβάνει.

"Οι πληροφορίες αυτές μπορεί πρόσφατα
να έχουν αλλοιωθεί, βανδαλισθεί ή μεταβληθεί από κάποιο άτομο,
η άποψη του οποίου δεν συνάδει με το "επίπεδο γνώσης"
του ιδιαίτερου γνωστικού τομέα που σας ενδιαφέρει."

Πρέπει να λάβετε υπ' όψη ότι
όλα τα άρθρα μπορεί να είναι ακριβή, γενικώς,
και για μακρά χρονική περίοδο,
αλλά να υποστούν κάποιο βανδαλισμό ή ακατάλληλη επεξεργασία,
ελάχιστο χρονικό διάστημα, πριν τα δείτε.



Επίσης,
Οι διάφοροι "Εξωτερικοί Σύνδεσμοι (Links)"
(όχι μόνον, της Sciencepedia
αλλά και κάθε διαδικτυακού ιστότοπου (ή αλλιώς site)),
αν και άκρως απαραίτητοι,
είναι αδύνατον να ελεγχθούν
(λόγω της ρευστής φύσης του Web),
και επομένως είναι ενδεχόμενο να οδηγήσουν
σε παραπλανητικό, κακόβουλο ή άσεμνο περιεχόμενο.
Ο αναγνώστης πρέπει να είναι
εξαιρετικά προσεκτικός όταν τους χρησιμοποιεί.

- Μην κάνετε χρήση του περιεχομένου της παρούσας εγκυκλοπαίδειας
αν διαφωνείτε με όσα αναγράφονται σε αυτήν

IonnKorr-System-00-goog.png



>>Διαμαρτυρία προς την wikia<<

- Όχι, στις διαφημίσεις που περιέχουν απαράδεκτο περιεχόμενο (άσεμνες εικόνες, ροζ αγγελίες κλπ.)


Community content is available under CC-BY-SA unless otherwise noted.