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Ecuaciones de Maxwell
¿Qué son las ecuaciones de Maxwell?
Las ecuaciones de Maxwell comprenden cuatro principios y leyes de los fenómenos eléctricos, magnéticos y ópticos. Forman los cálculos más básicos de la electrodinámica. Las ecuaciones de Maxwell fueron creadas por el físico escocés James Clerk Maxwell entre 1861 y 1864. Las fórmulas definen cómo se relacionan los campos eléctricos y magnéticos. Además, las tesis de Maxwell también describen la relación entre las cargas eléctricas y la corriente eléctrica en ciertas condiciones.
Las ecuaciones de Maxwell de hoy forman la base teórica para la óptica, la electrostática y la ingeniería eléctrica. Son un sistema complejo de ecuaciones diferenciales parciales lineales de primer orden. Los cálculos básicamente describen el comportamiento de las ondas electromagnéticas y, por lo tanto, son de gran importancia en la física hasta el día de hoy.
Las cuatro ecuaciones de Maxwell y sus funciones
Maxwell usó cuatro fórmulas y sus derivaciones para sus ecuaciones, así como varias derivaciones que llevan su nombre hoy. El físico combinó las leyes conocidas en ese momento en un solo tratado y complementó las ecuaciones con la corriente de desplazamiento. En pocas palabras, el contenido físico de las ecuaciones de Maxwell se puede expresar bien en las leyes bien conocidas del electromagnetismo:
- Ecuación de Maxwell o la ley de Coulomb: La primera ecuación describe que los campos eléctricos D están causados por cargas eléctricas (densidad de carga ρ). El conjunto de líneas de campo del campo eléctrico E se caracteriza por la divergencia de un campo (∇ × E).
- Ecuación de Maxwell: esto describe que todas las líneas de campo del campo magnético B son siempre autónomas y no hay monopolos magnéticos. Las líneas de campo no se ejecutan como un vector, sino circular. Además, la dirección de las líneas de campo se define exactamente: siempre describen un círculo desde el polo norte al sur de un imán.
- Ecuación de Maxwell: los campos eléctricos y los voltajes son generados por campos magnéticos variables. Esta es la llamada inducción electromagnética, que resulta de las corrientes de desplazamiento. B representa la densidad de flujo magnético.
- Ecuación de Maxwell o la ley de inundación (Leyes de Ampère): Esto muestra cómo los campos magnéticos son creados por campos eléctricos que varían con el tiempo. μ0 describe la permeabilidad magnética de un vacío o aproximadamente en el espacio aéreo. j son las corrientes del campo magnético.
Las ecuaciones de Maxwell en esta forma siempre se refieren al entorno de un vacío. Sin embargo, en sus consideraciones adicionales, considera el asunto basándose en parámetros específicos del material. Esto es indispensable para la descripción y propagación de campos eléctricos y magnéticos. Las ecuaciones de Maxwell tienen una forma diferencial e integral.
¿Por qué las ecuaciones de Maxwell desafiaron el principio de relatividad?
La teoría especial de la relatividad (SRT) describe el movimiento de campos y cuerpos en el espacio y el tiempo. Fue desarrollado como una extensión del principio de relatividad de Galileo por Albert Einstein. El SRT establece que todas las leyes de la física tienen la misma forma en todos los sistemas inerciales. Esto también se aplica al campo del electromagnetismo, que describe las ecuaciones de Maxwell.
Las características básicas de la SRT son que las longitudes y las duraciones dependen individualmente del estado de movimiento del observador. Así que no hay espacio absoluto ni tiempo. Estas suposiciones se expresan en el tensor matemático de la cantidad. Esto se basa en el espacio tridimensional. Las ecuaciones de Maxwell también se pueden representar como tensor de tensión. Esto se denomina tensor de Maxwell o sensor de intensidad de campo electromagnético.
Las ecuaciones se incluyen en la teoría especial de la relatividad y describen las fuerzas que actúan sobre un cuerpo en aceleración. Al mismo tiempo, los científicos han discrepado durante mucho tiempo acerca de lo absoluto del espacio y el tiempo. Durante años, la teoría de la relatividad no pudo ser completamente probada. Einstein luego rechazó estas dudas con la transición de Galileo a la transformación de Lorentz. Por lo tanto, las ecuaciones de Maxwell todavía tienen un lugar firme en la teoría de la relatividad.