نظریه یکپارچه الکترومغناطیس ماکسول

مراحل نهایی در سنتز الکتریسیته و مغناطیس در یک نظریه منسجم توسط ماکسول انجام شد. او عمیقاً تحت تأثیر کار فارادی قرار گرفت و مطالعه خود را در مورد پدیده ها با ترجمه یافته های تجربی فارادی به ریاضیات آغاز کرد. (فارادی خودآموخته بود و هرگز در ریاضیات تسلط نداشت .) در سال 1856 ماکسول این نظریه را مطرح کرد که انرژی میدان الکترومغناطیسی در فضای اطراف رساناها و همچنین در خود رساناها است. او در سال 1864 نظریه الکترومغناطیسی نور خود را تدوین کرد و پیش‌بینی کرد که نور و امواج رادیویی هر دو پدیده‌های الکتریکی و مغناطیسی هستند. در حالی که فارادی کشف کرده بود که تغییرات در میدان های مغناطیسی ایجاد می کندمیدان‌های الکتریکی ، ماکسول برعکس اضافه کرد: تغییرات میدان‌های الکتریکی حتی در غیاب جریان‌های الکتریکی، میدان‌های مغناطیسی ایجاد می‌کنند. ماکسول پیش‌بینی کرد که آشفتگی‌های الکترومغناطیسی که در فضای خالی حرکت می‌کنند دارای میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی در زوایای قائم با یکدیگر هستند و هر دو میدان عمود بر جهت موج هستند . او نتیجه گرفت که امواج با سرعت یکنواختی برابر با سرعت نور حرکت می کنند و نور یکی از اشکال امواج الکترومغناطیسی است . با وجود ظرافت آن‌ها، ایده‌های رادیکال ماکسول تا سال 1886 توسط فیزیکدان آلمانی هاینریش هرتز که وجود امواج الکترومغناطیسی با سرعت نور حرکت می‌کنند، مورد قبول تعداد کمی در خارج از انگلستان قرار گرفت. امواجی که او کشف کرد اکنون به عنوان امواج رادیویی شناخته می شوند .

چهار معادله میدان ماکسول اوج نظریه الکترومغناطیسی کلاسیک را نشان می دهد. تحولات بعدی در نظریه یا به رابطه بین الکترومغناطیس و ساختار اتمی ماده و یا با پیامدهای عملی و نظری معادلات ماکسول مربوط می شود . فرمول او در برابر انقلاب نسبیت و مکانیک کوانتومی مقاومت کرده است . معادلات او برای فواصل به کوچکی 10-10 سانتی متر -100 برابر کوچکتر از اندازه یک اتم مناسب است . ادغام نظریه الکترومغناطیسی و نظریه کوانتومی که به عنوان الکترودینامیک کوانتومی شناخته می شود ، فقط برای فواصل کوچکتر مورد نیاز است.

در حالی که جریان اصلی فعالیت های نظری در مورد پدیده های الکتریکی و مغناطیسی در طول قرن 19 به نشان دادن ارتباط متقابل آنها اختصاص داشت، برخی از دانشمندان از آنها برای کشف خواص جدید مواد و گرما استفاده کردند. وبر پیشنهاد آمپر را مبنی بر وجود جریان های گردشی داخلی با اندازه مولکولی در فلزات ارائه داد. او توضیح داد که چگونه یک ماده زمانی که آهنرباهای مولکولی در جهت های تصادفی قرار می گیرند، خواص مغناطیسی خود را از دست می دهد. تحت تأثیر یک نیروی خارجی، آنها ممکن است در جهت نیرو بچرخند. هنگامی که همه در این جهت قرار می گیرند، به حداکثر درجه ممکن مغناطیسی می رسد، پدیده ای که به عنوان اشباع مغناطیسی شناخته می شود . در سال 1895 پیر کوری فرانسوی کشف کرد که یک ماده فرومغناطیسی دارای دمای خاصی است که بالاتر از آن دیگر مغناطیسی نیست . سرانجام ابررسانایی در سال 1900 توسط فیزیکدان آلمانی هایکه کامرلینگ-اونس کشف شد. در ابررسانایی هادی های الکتریکی در دماهای بسیار پایین تمام مقاومت خود را از دست می دهند .