2024-02-25 00:00:00
Pouvez-vous avoir une idée à quel point cela peut être difficile ? unifier en quelques équations simples toute une discipline scientifique ? Et pour ce faire, il n’y a pas seulement le problème d’obtenir équations élégantes qui résume des centaines de siècles de connaissances et un champ d’étude très large, mais nécessite une parfaite compréhension de tous les détails de cette branche de la science et une magnifique maîtrise des mathématiques.
Eh bien, au XIXe siècle, ce défi a été conçu par l’esprit brillant de James Clerk Maxwell, physicien écossais dont les travaux ont jeté les bases d’une révolution dans la compréhension des forces fondamentales de la nature. La discipline principale est électromagnétismemodélisateur du comportement des champs magnétiques et électriques terrestres, et que Maxwell a réussi à apprivoiser grâce à l’approche de une théorie cohérente et quatre équations élégantes.
L’AMPÈRE ET GAUSS
La réussite monumentale de Maxwell dans l’unification des forces de l’électromagnétisme était le point culminant du travail de plusieurs scientifiques qui ont contribué à l’étude de cette discipline avec différentes observations et théories. Par exemple, dans les années 1790, le physicien français Ampère avait déjà formulé la premières lois mathématiques qui décrivait l’interaction entre les courants électriques et les champs magnétiques. Ce sont ses expériences avec les conducteurs et les courants électriques qui ont fourni une base solide pour comprendre le relation entre électricité et magnétisme.
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Michael Faraday, vingt ans plus tard, fit des découvertes fondamentales dans le domaine de l’induction électromagnétique, démontrant ainsi que un champ magnétique qui n’était pas constant pouvait générer du courant électrique. Cependant, malgré ces avancées, la théorie électromagnétique était théoriquement incomplète : la loi de Faraday coexistait avec celle d’Ampère, mais n’a pas pu être intégré totalement. Comme si cela ne suffisait pas, les équations disponibles étaient spécifiques à certains cas, mais présentaient des lacunes lorsqu’elles étaient appliquées à des cas plus généraux.
LE DÉFI DE L’UNIFICATION
Ainsi, les progrès des technologies de la communication et de l’électricité ont mis en évidence la nécessité d’une théorie capable d’expliquer tous les phénomènes électromagnétiques de manière coexister oui complètement intégré. Plusieurs physiciens ont pris conscience de ce défi et ont apporté des contributions très importantes qui ont ensuite perquisitionné la voie à suivre pour Maxwell. Parmi eux se distinguent Hermann Helmholtz, qui a formulé la loi de conservation de l’énergie, et William Thomson, qui a étudié en profondeur la théorie de l’éther et des lignes de force.
Presse à cordon
Cependant, c’est Maxwell qui a relevé le défi d’examiner soigneusement et scrupuleusement les équations existantes et d’exploiter les idées de ces scientifiques pour unifier les lois de l’électromagnétisme en quatre équations, condensant ainsi toute une discipline en formules mathématiques simples applicables à des cas généraux et à des situations plus spécifiques.
Pour ce faire, Maxwell a compris que les lois d’Ampère et de Faraday étaient en réalité deux aspects d’un phénomène plus large : en introduisant la notion de champs électriques et magnétiques qui varient avec le temps, et en formulant les équations qui en résultent, Maxwell a obtenu une théorie unifiée selon laquelle, en plus de expliquant ces phénomènes connus, réussi à prédire l’existence d’ondes électromagnétiquesy compris la lumière.
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LES QUATRE ÉQUATIONS
Alors, quelles étaient ces quatre équations avec lesquelles Maxwell entrelaçait l’électricité et le magnétisme ? Le premier d’entre eux est connu sous le nom Loi de Gauss pour le champ électrique, et exprime, en termes généraux, la manière dont les charges électriques peuvent générer des champs électriques. Autrement dit, c’est une façon d’exprimer comment le charge électrique Il interagit avec son environnement par la création de champs électriques.
Deuxièmement, Maxwell a stipulé que l’appel Loi de Gauss pour le champ magnétique, qui décrit comment il est impossible que des monopôles magnétiques existent et que les lignes qui forment un champ magnétique doivent toujours être fermées. En d’autres termes, un objet magnétique doit toujours avoir une pôle nord et un pôle sud: Il est impossible de trouver un aimant avec un seul pôle.
La troisième loi est connue sous le nom de Loi de Faraday sur l’induction électromagnétique. Grâce à cela, Maxwell explique que chaque fois qu’il y a un champ magnétique en mouvement, un champ magnétique sera induit. force électromotrice, c’est-à-dire une sorte d’étincelle électrique. C’est comme si, d’une certaine manière, le mouvement magnétique générait de l’électricité.
Presse à cordon
Couverture du premier volume de la première édition du « Traité sur l’électricité et le magnétisme » de Maxwell.
Enfin, dans la quatrième équation, Maxwell nous amène à une collision entre champs électriques et magnétiques. C’est le Loi d’Ampère-Maxwell et relie directement la circulation d’un champ électrique le long d’une courbe fermée avec le vitesse du changement d’un champ magnétique au fil du temps.
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L’IMPACT
Collectivement, elles sont toutes connues sous le nom d’équations de Maxwell et constituent la base de toutes les équations de Maxwell. théorie électromagnétique. L’élégance et l’universalité des équations ont permis d’expliquer une grande variété de phénomènes électromagnétiques, ainsi que de favoriser des développements technologiques qui ont transformécomplètement, la société moderne.
Ensemble, ils représentent un triomphe. Ainsi, non seulement ils révolutionnent la physique, mais leur impact s’étend de la communication sans fil à la production d’énergie et à la technologie médicaledémontrant comment la compréhension approfondie de l’électromagnétisme et son unification a permis de traiter différents cas sous la même théorie, déclenchant des innovations qui ont complètement changé le monde que nous connaissons.
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