James Clerk Maxwell
Resim 1: Fizikçi James Clerk Maxwell
James Clerk Maxwell
James Clerk Maxwell ( ☆ 13. Temmuz. 1831, Edinburgh – † 5. Kasım. 1879 Cambridge) İskoçyalı bir fizikçi ve matematikçi idi. Kendisi Maxwell Denklemleri olarak adlandırılan manyetik ve elektrik alanların matematiksel açıklamaları ile ünlüdür.
Maxwell, Michael Faraday tarafından deneysel olarak keşfedilen ve daha sonra indüksiyon kanunu olarak adlandırılan bir mıknatısın hareketi ile bir iletkende indüklenme elde edilmesini çalışmasına temel almıştı. Faraday hareket eden mıknatısın arkasında çekilen bireysel kuvvet hatları oluştuğundan bahsetmişti. Maxwell aksine mıknatısın etrafındaki tüm uzayın bir güç alanı ile dolu olduğunu düşünmüştü. Bu güç alanını hesaplamak için çok karmaşık diferansiyel denklemler gerekiyordu. Maxwell elektriksel parçacıklılarla yüklü herhangi bir sistemin davranışını belirleyen kanunları eğer bu parçacıkların tüm noktalardaki o anki konumu, hızı ve alan değeri biliniyorsa bulmak için uğraştı.
Sonuca vardıktan sonra Faraday’ın deneysel olarak bulduğu kanunların eksiksiz olamayabileceğini, denklemlerin çok anlama geldiğini, sadece bir elektrik alanında hareket halinde bulunan bir mıknatısın iletkende çok küçük bir akım yaratacağını değil, keza hareket eden bir elektrik yükününde çok küçük bir manyetik alan yaratacağını varsaymadıkça belirli hiçbir sonuca ulaşılamayacağını saptadı. Bu şekilde kabul edildiğinde her şey düzene giriyor ve tam, tek sonucu olan (unique solution) denklemler kurmak mümkün oluyordu.1
- Denklem 1: Bir elektrik yükünün dağılımı bir elektrik alanı yaratır. Bir V hacminin kapalı ∂ V yüzeyinden geçen elektrik akısı bu yüzey tarafından çevrelenmiş hacim içinde bulunan net elektrik yükü ile doğru orantılıdır.
- Denklem 2: Manyetik alan hatları kapalı daireler meydana getirirler. Bir hacmin kapalı yüzeyinden geçen manyetik akı içinde bulunan manyetik yüke eşittir, içinde bir manyetik tek kutup bulunmadığı için de bu manyetik yük değeri sıfırdır.
- Denklem 3: Zamana bağlı olarak değişen bir manyetik alan elektrik alanı meydana getirir. Bir A yüzeyinin ∂ A sınır eğrisi üzerindeki elektriksel dolaşım (circulation) yüzeyden geçen manyetik akının zamana bağlı değişiminin negatif değerine eşittir.
- Denklem 4: Bir zamana bağlı olarak değişen elektriksel yükün ya da elektrik akısının her ikisi de bir manyetik alan meydana getirir. Bir A yüzeyinin ∂ A sınır eğrisinin üzerindeki manyetik dolaşım, elektrik akımı ile zaman içinde değişen elektrik akısının bu yüzeyden geçen miktarının toplamına eşittir.
Bu denklemlerin bir şaşırtıcı sonucu, hareket halinde bulunan mıknatısların meydana getirdiği ve değeri elektrik alanının kuvvetine bağlı bir belirli aynı hıza sahip elektrik ve manyetik alanların dalganın hareketi sırasında yer değiştirebileceğidir. Bu, dalgaların istenen hızının eğer üretilen elektrik alanının enerjisi kendi manyetik alanının enerjisi kadarsa, bir mıknatısa verilmesi gereken hıza karşılık gelen hızdan başka bir şey değildir. Bu hız zaten biliniyordu ve Maxwell bu hızın o zamanlar ışığa atfedilen hıza en uygun olduğuna dikkat çekmişti. Bu nedenle ışık dalgalarının elektromanyetik dalgaların kaynağı olabileceği savını ortaya attı.1
Böylece bu salt matematiksel denklemler sayesinde elektromanyetik dalgaların varlığını önceden tahmin edildi. Elektromanyetik dalgaların varlığı 20 yıl sonra Heinrich Rudolf Hertz tarafından yapılan deneyle doğrulandı ve bu tüm radyo- ve radar tekniğinin temelini oluşturdu.
Bugün artık Maxwell denklemlerinin bu karmaşık integral gösterimi kullanılmamaktadır. Bunun yerine Nabla–operatörü ∇ ) tercih edilmektedir.
Kaynaklar:
- Louis Leprince-Ringuet et al, „Die berühmten Erfinder, Physiker und Ingenieure“, Aulis Verlag Köln (1963), ASIN: B0000BJTE0, S. 205ff
- Josef Leisen, „Die Maxwell- Gleichungen verstehen“, Aufsatz für die Universität Mainz