학문

전자기학을 통일한 맥스웰 방정식 4가지의 물리적 개념

가우스 법칙 두 가지, 패러데이 전자기 유도 법칙, 앙페르-맥스웰 법칙으로 구성된 4개의 맥스웰 방정식이 전하, 자기장, 전자기파의 존재를 수학적으로 정립한 물리적 의미를 알려주세요.

1개의 답변이 있어요!

  • 안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

    전기 가우스 법칙 ∇·E = ρ/ε₀는 전하가 전기장의 출발점이자 도착점이라는 뜻이에요. 닫힌 면을 지나는 전기장선의 총량이 그 안의 전하량으로 정해지고, 쿨롱 법칙도 여기서 나와요.

    자기 가우스 법칙 ∇·B = 0은 자기장선에는 시작점과 끝점이 없다는 의미예요. 막대자석을 아무리 잘라도 N극과 S극이 함께 나오고 단독 자극은 없어요.

    패러데이 법칙 ∇×E = −∂B/∂t는 자기장이 변하면 그 둘레에 소용돌이치는 전기장이 생긴다는 내용이에요. 발전기와 변압기가 이 법칙으로 작동해요. 앙페르-맥스웰 법칙 ∇×B = μ₀J + μ₀ε₀∂E/∂t는 전류뿐 아니라 변하는 전기장도 자기장을 만든다는 뜻인데, 뒤의 변위 전류 항은 맥스웰이 직접 추가했어요.

    이 두 식을 엮으면 변하는 자기장이 전기장을, 변하는 전기장이 다시 자기장을 만들며 전하 없이도 스스로 퍼져 나가는 파동 방정식이 나와요. 그 속도가 1/√(μ₀ε₀) ≈ 3×10⁸m/s로 빛의 속도와 일치해서, 빛이 전자기파라는 사실이 밝혀졌고 1888년 헤르츠가 실험으로 확인했어요 :)

    채택 보상으로 550베리 받았어요.

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