théorie électromagnétique de Maxwell

En 1860 environ à travers le travail de Neumann, Weber, Helmholtz et électrodynamique Felici a été considéré comme la science a finalement systématisé, avec des limites clairement définies. La recherche fondamentale est maintenant, semblait-il, nous avons dû aller sur la façon de trouver et le retrait de toutes les conséquences des principes établis et leur application pratique, qui a déjà commencé et la technologie ingénieuse.

Cependant, la perspective d'un travail tranquille violé le jeune physicien écossais James Clerk Maxwell (1831-1879), en montrant une plus large gamme d'applications de l'électrodynamique. Avec raison Duhem a écrit: «Il n'y a aucune nécessité logique ne soit pas poussé à venir avec une nouvelle électrodynamique de Maxwell; il a été guidé que par quelques analogies et le désir de compléter le travail de la Faraday dans le même esprit que les travaux de Coulomb et de Poisson ont été achevés électrodynamique Ampères, et peut-être un sens intuitif de la nature électromagnétique de la lumière ".

Peut-être la principale motivation qui a causé Maxwell pour faire le travail, ne nécessite pas une science de ces années, était un délice pour les nouvelles idées de Faraday, si original, que les scientifiques de l'époque ne sont pas en mesure de les accepter et apprendre. Génération de physiciens théoriques, élevés sur les concepts et l'élégance mathématique des œuvres de Laplace, Poisson et Ampere, Faraday pensait semblait trop vague et expérimentateurs - trop délicate et abstraite. Une chose étrange: Faraday, qui, dans sa formation n'a pas été un mathématicien (il a commencé sa carrière comme un colporteur dans une librairie, puis inscrit dans le laboratoire Davie pour la position poluassistenta-poluslugi), a ressenti le besoin urgent pour le développement d'une méthode théorique est aussi efficace que et des équations mathématiques. Maxwell deviné.

"Arriver à l'étude du travail Faraday - écrit Maxwell dans la préface de son fameux« Traité », - j'ai déterminé que cette méthode de compréhension des phénomènes était aussi un mathématique, bien que non représenté sous la forme de symboles mathématiques classiques, j'ai aussi trouvé que cette méthode peut être exprimée comme sous la forme mathématique usuelle, et donc, par rapport aux méthodes de mathématiciens professionnels.

Par exemple, Faraday a vu des lignes de force qui imprègnent l'ensemble de l'espace, où les mathématiciens ont vu des centres de forces, attirer à distance; Faraday a vu un milieu où ils ne voyaient que la distance. Faraday supposé sources et les causes des phénomènes en actions réelles qui se déroulent dans un environnement qu'ils étaient satisfaits de ce qu'ils trouvent dans la puissance de l'action à distance, attribués à des fluides électriques.

Quand je traduis ce que je considérais les idées de Faraday, sous forme mathématique, j'ai trouvé que dans la plupart des cas, les résultats des deux méthodes coïncident, de sorte que ils ont expliqué le même phénomène, et affichés les mêmes lois de l'action, mais que les méthodes de Faraday ressemblaient ceux dans lesquels nous commençons par l'ensemble et arrivons au privé à travers l'analyse, tandis que les méthodes mathématiques conventionnelles basées sur le principe du passage de renseignements et la construction de l'ensemble par synthèse.

J'ai aussi trouvé "que la plupart des mathématiciens publics méthodes de recherche fructueuses pourraient être beaucoup mieux exprimés en termes des idées issues des travaux de Faraday que dans leur forme originale.

Quant à la méthode mathématique de Faraday, Maxwell dit quelque part que les mathématiciens qui pensaient méthode Faraday est dépourvue de précision scientifique, ne viennent pas avec quelque chose de mieux que d'utiliser des hypothèses sur l'interaction des choses qui ne possèdent pas une réalité physique, comme, par exemple, les éléments actuels " qui se posent à partir de rien, passez la section de fil, puis à nouveau dans le néant ".

Pour donner des idées de forme mathématique Faraday, Maxwell a commencé par dire qu'il avait fait électrodynamique diélectriques. La théorie de Maxwell est directement liée à la théorie Mossotti. Alors que Faraday dans sa théorie de la polarisation diélectrique délibérément laissé ouverte la question de la nature de l'électricité, Mossotti, un partisan des idées de Franklin, imagine l'électricité comme un fluide unique, qu'il appelle l'éther, et que, à son avis, il y a un certain degré de densité dans toutes les molécules . Lorsque la molécule est sous l'induction de la force. Direct concentrée à une extrémité de la molécule et on le dilue à l'autre: pour cette raison, il existe une force positive sur la première extrémité et égal à ce négatif - sur le second.

Maxwell accepte entièrement ce concept dans son «Traité», il écrit:

".Elektricheskaya Polarisation diélectrique est un état de déformation dans le corps qui vient sous l'influence de la force électromotrice et qui disparaissent en même temps que la cessation de la force. Nous pouvons nous donner comme quelque chose qui peut être appelé déplacement électrique produit par la force électromotrice. Lorsque les actes de force électromotrice dans un milieu conducteur, il y provoque un courant, mais si le support est non conducteur ou diélectrique, le courant ne peut pas passer à travers ce milieu. L'électricité, cependant, il est déplacé dans la direction de la force électromotrice et l'amplitude du décalage dépend de l'amplitude de la force électromotrice. Si la force électromotrice est augmentée ou réduite dans la même proportion, respectivement, augmente ou diminue et le déplacement électrique.

Le déplacement est mesuré par la quantité d'électricité par unité de surface en intersection avec l'augmentation du déplacement de zéro à une valeur maximale. Ceci est, par conséquent, une mesure de la polarisation électrique ".

Si diélectrique polarisé est constitué d'une pluralité de particules conductrices dispersées dans lesquelles l'électricité est distribuée d'une certaine façon milieu isolant, toute modification de l'état de polarisation doit être accompagné par un changement dans la distribution de l'électricité dans chaque particule, ie. E. Ce courant électrique, bien que seule une quantité limitée de particules conductrices. Autrement dit, chaque changement de l'état de polarisation est accompagnée par le courant de déplacement.

Dans le même "Treatise" Maxwell dit: «Les changements dans la polarisation électrique, évidemment, provoquent des courants électriques. Ces courants peuvent exister que lors d'un changement de polarisation, et parce décalage ne peut pas dépasser une certaine valeur sans provoquer une décharge disruptive, ces courants ne peuvent pas continuer indéfiniment dans la même direction, comme les courants dans les conducteurs. "

Après Maxwell introduit le concept de la force sur le terrain, ce qui est une interprétation mathématique de la notion de champs de force de Faraday, il écrit la relation mathématique pour les concepts précités de déplacement électrique et courant de déplacement. Il arrive à la conclusion que la dite charge du conducteur est la charge de surface du diélectrique entourant, l'énergie stockée dans le diélectrique sous la forme d'une condition de tension que le mouvement de l'objet de l'électricité dans les mêmes conditions que le mouvement d'un fluide incompressible.

Maxwell se résume sa théorie comme «une énergie électrisante est concentrée dans un milieu diélectrique, solide, liquide ou gazeux, milieu dense, ou rares ou totalement dépourvue de matière pondérable, tant qu'elle était capable de transmettre l'action électrique.

L'énergie est contenue dans chaque point du milieu sous la forme de l'état de déformation, appelée la polarisation électrique, dont la valeur dépend de la force électromotrice agissant à ce point ...

Les fluides diélectriques polarisation électrique est accompagnée d'une tension dans la direction des lignes d'induction et égale à la pression dans toutes les directions perpendiculaires aux lignes d'induction; l'amplitude de cette tension ou de pression sur la zone d'unité est numériquement égale à l'énergie par unité de volume à cet endroit. "

Il est difficile d'exprimer plus clairement l'idée de base de cette approche est l'idée de Faraday: le lieu où se produisent des phénomènes électriques, est le mercredi. Comme pour souligner que ceci est la chose la plus importante dans son traité, Maxwell se termine par les mots suivants: «Si nous acceptons ce milieu comme une hypothèse, je crois qu'il devrait occuper une place importante dans nos recherches et que nous devrions essayer de construire un rationnel voir tous les détails de son action, et qui était mon but constant dans ce traité ».

théorie Grounded des diélectriques, Maxwell porte ses concepts avec les ajustements nécessaires pour créer une théorie du magnétisme et de l'induction électromagnétique. Toute sa construction théorique, il résume en quelques équations sont maintenant devenues célèbres: dans les six équations de Maxwell.

Ces équations sont très différentes à partir des équations de la mécanique habituelles - elles définissent la structure du champ électromagnétique.

Alors que les lois de la mécanique sont applicables aux domaines de l'espace, où il est question, les équations de Maxwell appliquent à tout l'espace, indépendamment du fait qu'il existe ou ne sont pas présents là-bas, les charges corporelles ou électriques. Ils déterminent les changements dans le champ, alors que les lois de la mécanique déterminent le changement de particules de matière. En outre, la mécanique newtonienne a refusé la continuité de l'action dans l'espace et le temps, alors que les équations de Maxwell établissent la continuité des phénomènes. Ils relient les événements liés dans le temps et l'espace: sur un champ donné de «ici» et «maintenant», nous pouvons en déduire l'état du champ à proximité de l'époque. Une telle compréhension du champ est absolument cohérent avec l'idée de Faraday », mais est en conflit insurmontable avec la tradition de deux siècles. Il n'y a donc rien de surprenant dans le fait qu'il a rencontré la résistance.

Les objections formulées contre la théorie de Maxwell de l'électricité, ont été nombreuses et ont été traités comme les concepts fondamentaux ont jeté les bases de la théorie, et peut-être plus encore, à la manière très libre, qui Maxwell utilise pour dériver des conséquences de celle-ci.

Maxwell étape par étape construit sa théorie en utilisant la «dextérité», mis comme justement Poincaré, se référant à la tension théologique, qui se laissent parfois à des scientifiques dans la formulation de nouvelles théories. Lorsque, au cours de la construction du Maxwell analytique rencontre une contradiction apparente, il n'a pas hésité à le surmonter avec l'aide des libertés décourageantes.

Par exemple, il ne coûte rien d'exclure tout membre, pour remplacer le signe d'une expression inappropriée inversée, remplacer la valeur d'une lettre. Pour ceux qui admiraient infaillible construction logique électrodynamique Ampères, la théorie de Maxwell était de faire une mauvaise impression.

Physiciens, il ne pouvait pas être mis en ordre harmonieux, t. E. gratuit d'erreurs logiques et les incohérences. Mais, d'autre part, ils ne peuvent pas abandonner la théorie, qui, comme nous le verrons plus tard, est organiquement liée à l'électricité de l'optique. Par conséquent, à la fin du siècle dernier, la plus grande physique adhéré à la thèse présentée en 1890 par Hertz: le raisonnement du temps et des calculs qui Maxwell est arrivé à sa théorie de l'électromagnétisme, pleins d'erreurs que nous ne pouvons pas le fixer, prendre six-Maxwell équations comme hypothèse de départ, comme un postulat, qui va construire l'ensemble de la théorie de l'électromagnétisme. "La chose principale dans la théorie de Maxwell - il est des équations de Maxwell" - dit Hertz.

Veselovsky O. Shneiberg A. I "Essais sur l'histoire de génie électrique"