Ο Τζέιμς Κλερκ Μάξγουελ (αγγλ.: James Clerk Maxwell) ήταν Σκωτσέζος φυσικός. Γεννήθηκε στο Εδιμβούργο στις 13 Ιουνίου 1831 και πέθανε στο Καίμπριτζ στις 5 Νοεμβρίου 1879.

Καταγόταν από εύπορη οικογένεια της Σκωτίας. Το πατρώνυμό του ήταν Clerk, έγινε όμως διάσημος με το επώνυμο Maxwell της μητέρας του.

Λόγω της οικονομικής άνεσης της οικογένειάς του, ο Μάξγουελ είχε πολυετή κλασσική και φυσικομαθηματική μόρφωση.

Υπήρξε μαθητής του Faraday και μετά από μια λαμπρή σταδιοδρομία στο Εδιμβούργο και στο Κέιμπριτζ, νεότατος κέρδισε την αναγνώριση με την μαθηματική επιστήμη.

Ήδη το 1855 δημοσίευσε την εργασία του «On Faraday’s Lines of Force», με την οποία μαθηματικοποίησε τις εικόνες των δυναμικών γραμμών του Faraday. Ο ίδιος ο Φαραντέι, διάσημος ερευνητής πλέον, τον ενεθάρρυνε σε αυτές τις εργασίες του.

Το 1872 δημοσιεύτηκε η εργασία που έκανε τον Μάξγουελ διάσημο, «A Treatise on Electricity and Magnetism» (Πραγματεία πάνω στον Ηλεκτρισμό και το Μαγνητισμό), στο οποίο παρουσιάζονται οι ονομαζόμενες έκτοτε Εξισώσεις Maxwell.

Βασίζοντας τη μελέτη και την έρευνά του στην θεωρία του Faraday, ανέπτυξε τη θεωρία του Ηλεκτρομαγνητικού Πεδίου σε μαθηματική βάση και κατέστησε δυνατή μια πολύ βαθύτερη κατανόηση των φαινομένων σε αυτόν τον τομέα.

Σε αυτή την διατριβή του, η οποία είναι καρπός περίπου πενταετούς εργασίας σε εθελοντική απομόνωση, στο αγρόκτημά του, στο Γκλένλαιρ της Σκωτίας, μεταξύ άλλων:

• συνενώνονται όλες οι γνώσεις της εποχής περί ηλεκτρομαγνητισμού (δηλαδή τα πορίσματα μίας περιόδου πειραματισμών και εμπειρικής γνώσης 150 ετών, δηλ. Ηλεκτρικός Νόμος Gauss, Μαγνητικός Νόμος Gauss, Νόμος Ampere, Νόμος Faraday), σε μία ομάδα απλών εξισώσεων που έγιναν γνωστές με την ονομασία Εξισώσεις Maxwell.

• θεμελιώνεται θεωρητικά και περιγράφεται με μαθηματικό τρόπο για πρώτη φορά η ύπαρξη του φυσικού φαινομένου που σήμερα ονομάζουμε «ηλεκτρομαγνητικά κύματα»

• γίνεται υπολογισμός της ταχύτητας του φωτός και εξηγείται η διάδοσή του ως Ηλεκτρομαγνητικό Κύμα.

Πρέπει να σημειωθεί εδώ ότι στην εποχή εκείνη δεν είχαν ακόμη αναπτυχθεί οι μαθηματικοί συμβολισμοί (Διανυσματική Ανάλυση κτλ.), γι’ αυτό οι εξισώσεις Maxwell δεν είχαν την απλή μορφή που γνωρίζουμε σήμερα. Οι φυσικοί νόμοι δίνονταν με μορφή που μόνο εξειδικευμένοι και έμπειροι μαθηματικοί ήταν σε θέση να διαβάσουν και να κατανοήσουν.

Ένας εξ αυτών, ο Μπόλτζμαν, λέγεται ότι αναφώνησε, όταν μελέτησε τις πολυπλοκότατες μαθηματικές παραστάσεις της θεωρίας του Μάξγουελ: «Αυτές τις εξισώσεις μόνο ένας θεός μπορεί να τις έγραψε».

Αλλά και γενικότερα, η αναγνώριση του Μάξγουελ ως θεμελιωτή της θεωρίας του ηλεκτρομαγνητισμού ήταν καθολική.

Σε δημοσίευση της εποχής αναφέρεται, ότι «το έργο του Μάξγουελ προβλέπει τις αρχές για όλα τα ηλεκτρομαγνητικά μηχανήματα», άποψη που επιβεβαιώνεται από την μεταγενέστερη εφαρμογή που είχαν οι θεωρίες του Μάξγουελ για τον ηλεκτρομαγνητισμό σε πάρα πολλούς τομείς της Φυσικής, οδηγώντας μεταξύ άλλων στον εξηλεκτρισμό των δυτικών χωρών και συμβάλλοντας στη Δεύτερη Βιομηχανική Επανάσταση.

Σε ανάλογο βαθμό σημαντικές με την Ηλεκτρομαγνητική Θεωρία είναι και οι εργασίες του Maxwell για την Κινητική Θεωρία Αερίων, τη γενική Στατιστική κτλ.

Αναλύοντας τις εξωτερικές δράσεις των μαγνητών διατύπωσε την υπόθεσή του, επί της περιστροφικής κίνησης των μορίων, η οποία και συμπληρώνει επιτυχώς την ανάλογη υπόθεση που είχε διατυπώσει το 1869 ο Tompson William.

Ο Τζέιμς Μάξγουελ δημοσίευσε πλείστα έργα σημαντικότερα των οποίων είναι:

• «Θεωρία της θερμότητας» (1871),
• «Ηλεκτρισμός και μαγνητισμός» (1873) και
• «Ύλη και κίνηση» (1876).

Αλλά και καθαρά μαθηματικές εργασίες έχει δημοσιεύσει ο Μάξγουελ, όπως για τη θεωρία κινήσεως του στρόμβου, την Επιφάνεια Κυκλιδών κ.ά.

Επίσης, συνέλαβε τον τρόπο υλοποίησης της πρώτης έγχρωμης φωτογραφίας.

Πέθανε σε ηλικία 48 ετών στο Καίμπριτζ, όπου δίδασκε ως καθηγητής.

Οι εξισώσεις του Μάξγουελ

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

• τον τρόπο που το Ηλεκτρικό Φορτίο παράγει Ηλεκτρικό Πεδίο (Ηλεκτρικός Νόμος Gauss),
• την διαπιστωμένη πειραματικά απουσία μαγνητικών μονοπόλων,
• τον τρόπο που το Ηλεκτρικό Ρεύμα και το Μεταβαλλόμενο Ηλεκτρικό Πεδίο παράγουν Μαγνητικό Πεδίο (Νόμος Ampere-Maxwell) και
• τον τρόπο που η μεταβολή ενός Μαγνητικού Πεδίου παράγει Ηλεκτρικό Πεδίο (Νόμος Faraday για την επαγωγή).

Συνοπτικά:

• Η 1η εξίσωση είναι γνωστή ως νόμος του Γκάους και περιγράφει μαθηματικά το πειραματικό γεγονός ότι οι πηγές των 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. Το μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο δημιουργεί μαγνητικό πεδίο.

Maxwell James | Science Wiki | Fandom

Εξισώσεις Maxwell | Science Wiki | Fandom

Ο Μάξγουελ και οι εξισώσεις του για τον ηλεκτρομαγνητισμό – Physics4u’s Weblog