معادلات ماکسول

جیمز کلرک ماکسول(James Clerk Maxwell)، که در سال کشف قانون القای فاراده به دنیا آمد ، بیشتر عمرکوتاه اما پر بار ، خود را در راه تدوین مبانی نظری کشف های تجربی فاراده صرف کرد. و به این ترتیب توانست  معادلات احساسی خود را که بعد او تحسین همگان را برانگیخت، ابداع کند. بطوری که انیشتین با دو شکافی زیاد در معادلات ماکسول، بهن ظریه نسبت رهنمون شد. انیشتین بزرگترین تحسین کننده ماکسول ، درباره او نوشت: "احساسات او را درلحظه ای تصویر کنید که معادلات دیفرانسیل فرمولبندی می شد. توسط می برایش ثابت کردند که میدانهای الکترومغناطیسی به صورتامواج قطبیده و باسرعت نور منتشر می شوند."  

شباهت معادلات ماکسول با معادلات دیگر

در مطالعه مکانیک کلاسیک وترمودینامیک به یک سری قوانین و معادلات برخورد می کنیم که تا حد امکان یک موضوع را بطور کامل بیان می کنند. مثلا در مکانیک کلاسیک قوانین حرکت نیوتن نقش کلیدی بازی می کنند، به گونه ای که تشریح حرکت بدون استفاده ازاین قوانین عملا غیر ممکن است. در ترمودینامیک نیز سه قانون اساسی وجود دارند که همواره بحث های ترمودینامیک پیرامون این قوانین صورت می گیرد.
اغراق نکرده ایم که اگر بگوییم کلیه مباحث الکترومغناطیس کلاسیک بر اساس معادلات ماکسول صورت می گیرند. البته معادلات دیگری مانند معادله مربوط به شدت میدان الکتریکی و موارد دیگر نیز وجود دارند، اما همه این کمیتها باید به گونه ای تعیین شوند که معادلات ماکسول را ارضا کنند، یعنی جهت امتحان درست یا غلط بودن محاسبه یک کمیت مانند میدان الکترکی یامیدان مغناطیسی کافی است، کمیت مورد نظر درمعادلات ماکسول قرار دهیم، اگر در این معادلات صدق کرد، نتیجه محاسبه درست بوده ،در غیر این صورت نتیجه محاسبه غلط خواهد بود. تاریخچهماکسو لنظریه الکترومغناطیس خود را در کتابی تحت عنوان"رساله*ای درباره الکتریسته و مغناطیس"که در سال 1873 یعنی درست 6سال قبل از نوشتن ، انتشار یافت، ارائه داد. اولیور هوی ساید(Oliver Heaviside)، که به عنوان فردی بسیار خود آموخته و تلگرافچی بیکار شده شهرت داشت، نظریه الکترومغناطیس را در سالهای 1870 بخوبی فرا گرفته بود و همان اوست که نظریه ماکسول را در قالب چهار معادله ای که امروزه می شناسیم، در آورده است.  

مقایسه قوانین حرکت نیوتن با قوانین ماکسولگفتیم که معادلات ماکسول ، درالکترومغناطیس همان اهمیتی را دارد که قوانین حرکت نیوتن درمکانیک کلاسیک دارند. اما میان این دو تفاوت فاحشی وجود دارد. انیشتین نظریه نسبیت خود را در سال 1905 ، یعنی تقریبا 200 سال بعد از اعلام قوانین حرکت نیوتن و در حدود 40 سال بعد از معرفی معادلات ماکسول ارائه داد. همانگونه که معرفی شده است، در حالتهایی که سرعت اجسام نزدیک سرعت نور می*شود، باید قوانین نیوتن بطور جدی تصحیح شوند، اما در این حالتها لزومی ندارد که تغییری در معادلات ماکسول داده شود، این معادلات بانظریه نسبیت خاص کاملا سازگار است. در واقع ، نظریه انیشتین از تفکر عمیق و دقیق او در باره معادلات الکترومغناطیس ماکسول نشات گرفته است.

تشریح معادلات ماکسول·معادله اول که می توان آنراقانون گاوس در الکتریسته نیز نامید، بیان می کند که میدان الکتریکی با مقدار باری آن میدان را ایجاد می کند، رابطه مستقیم دارد. 

 ·معادله دوم که می توان آنراقانون گاوس در مغناطیس نام نهاد، بیان می کند، که تک قطب مغناطیسی وجود ندارد. یعنی بر خلافبارهای مثبت و منفی که می توانند جدا از هم وجود داشته باشند، هرگز نمی توانیم دوقطب مغناطیسی (به عنوان مثال قطبهای یک آهنربا) را از هم جدا کنیم.
·معادله سوم که به قانون القای فارادی معروف است، بیان می کند که اگر میدان مغناطیسی (جدا از نظر تعدادیا از نظر جهت) تغییر کند،میدانالکتریکی در مدار القای می شود که به آن میدان الکتریکی القایی می گویند.
·معادله چهارم که به عنوان  قانون آمپر نیز معروف است، بیان می کند که میدان مغناطیسی می تواند در نتیجه یک میدان الکتریکی متغیر و یا یکجریان الکتریکی متغیر ایجاد کرد