نظریه الکترومغناطیس ماکسول

در نظریه الکترومغناطیس ماکسول معادلات ماکسول، معادله‌های دیفرانسیل با مشتقات جزئی هستند که به‌همراه قانون نیروی لورنتس، مبانی الکترومغناطیس کلاسیک، اپتیک کلاسیک، و مدارهای الکتریکی را تشکیل می‌دهند. این معادلات، مدل ریاضی فناوری‌های الکتریکی، اپتیکی، و رادیویی مانند تولید توان الکتریکی، موتورهای الکتریکی، مخابرات بی‌سیم، رادار، عدسی‌ها، و … را ارائه می‌کنند. معادلات ماکسول، چگونگی تولیدشدن میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی را توسط بارها و جریان‌های الکتریکی، و نیز تولیدشدن یکی از این میدان‌ها با تغییر میدان دیگر را توصیف می‌کنند. چهار معادله‌‏ای که شیوه رفتار میدان‏ های الکتریکی و مغناطیسی را به زبان ریاضی بیان می‏ کنند. این معادلات هم چنین نشان می ‏دهند که بین نور با الکتریسیته و مغناطیس رابطه برقرار است.

مفهوم معادلات

به صورت مفهومی، معادلات ماکسول توصیف می‌کنند که چگونه بارها و جریان‌های الکتریکی به عنوان منابع برای میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی عمل می‌کنند. علاوه بر این، توضیح می‌دهند که چگونه یک میدان الکتریکی متغیر با زمان یک میدان مغناطیسی متغیر با زمان تولید می‌کند و برعکس. (برای توصیف ریاضی این قوانین پایین را ببینید) دو تا از این معادلات، قانون گاوس و قانون گاوس در مغناطیس، توصیف می‌کنند که چگونه میدان‌ها از بارها سرچشمه می‌گیرند. (برای میدان مغناطیسی، بار مغناطیسی وجود ندارد). دو معادله دیگر توصیف می‌کنند که چگونه میدان به دور منابع خود در گردش است؛ میدان مغناطیسی در اطراف جریان‌های الکتریکی در قانون آمپر اصلاح شده توسط ماکسول، و میدان الکتریکی در اطراف میدان‌های مغناطیسی در قانون فارادی می‌گردد.

به بیان ساده‌تر

این معادلات پیچیده‏‌اند، ولی به زبان ساده توصیف می‏‌کنند:

(۱) رابطۀ کلی بین میدان الکتریکی و بار الکتریکی را؛

(۲) رابطۀ کلی بین میدان مغناطیسی و قطب‌های مغناطیسی را؛

(۳) که چگونه میدان مغناطیسی متغیری جریان الکتریکی تولید می‏‌کند؛

(۴) که چگونه یک جریان الکتریکی یا میدان الکتریکی متغیر میدانی مغناطیسی تولید می‏‌کند. این معادلات وجود امواج الکترومغناطیسی را نیز پیش‌بینی می‏‌کنند و از میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی تشکل می‌شوند و هماهنگ با هم در جهت عمود بر یکدیگر ارتعاش می‌کنند.