James Clerk Maxwell

James Clerk Maxwell was een wis- en natuurkundige uit Schotland. Naar hem zijn de vier Maxwell-vergelijkingen genoemd. Op deze grondvergelijkingen is de hele klassieke elektromagnetische theorie gebouwd. Hij wordt samen met Albert Einstein en Isaac Newton tot de grootste natuurkundigen gerekend.

In 1850 ging Maxwell als wiskundestudent naar Trinity College aan de universiteit van Cambridge. Hij bracht er veel tijd door in zijn eigen geïmproviseerde laboratorium, waar hij zijn eerste experimenten deed met elektriciteit en licht. Na zijn afstuderen werkte hij Michael Faraday’s ideeën over elektriciteit en magnetisme verder uit. Michael Faraday had inderdaad veel experimenteel werk gedaan betreffende inductie, en had de dynamo uitgevonden. In 1860 werd Maxwell hoogleraar aan het King’s College in Londen met als hoogtepunt de publicatie van zijn belangrijkste werk over elektromagnetisme.

 

Fig. Het oorspronkelijke Cavendish laboratorium in het centrum van Cambridge, opgericht in 1871 door William Cavendish, 7de hertog van Devonshire

Fig. Het oorspronkelijke Cavendish laboratorium in het centrum van Cambridge, opgericht in 1871 door William Cavendish, 7de hertog van Devonshire

In 1871 werd Maxwell benoemd tot eerste Cavendish-hoogleraar in de experimentele natuurkunde aan de universiteit van Cambridge. Tevens mocht hij hier een compleet nieuw laboratorium inrichten, het Cavendish.

Met zijn totale onderzoekswerk droeg hij bij aan zo ongeveer elke tak van de toenmalige natuurkunde. Zo bewees hij in één van zijn essays (“On the Stability of the Motion of Saturn’s Rings”) dat de ringen van Saturnus niet massief konden zijn. Pas in 1981 werd Maxwells conclusie bevestigd toen de ruimtesonde Voyager 1 close-up-foto’s nam van de Saturnusringen.

Maxwell gaf in één van zijn essays aan dat de ringen van Saturnus niet massief konden zijn. Pas in 1981 werd Maxwells conclusie bevestigd toen de ruimtesonde Voyager 1 close-up-foto’s nam van de Saturnusringen.

James Maxwell, de grondlegger van het elektromagnetisme.

De eerste dynamo, uitgevonden door Michael Faraday is 1832. Een koperen schijf draait in een magneetveld en wekt in een gesloten circuit een elektrische stroom op.

De eerste dynamo, uitgevonden door Michael Faraday is 1832. Een koperen schijf draait in een magneetveld en wekt in een gesloten circuit een elektrische stroom op.

Maxwell’s grootste verdienste ligt in zijn ontdekkingen op het gebied van elektromagnetisme en elektromagnetische golven. Michael Faraday had al veel experimenteel werk gedaan rond inductie en had de dynamo uitgevonden. Hij opperde het idee dat elektrische en magnetische velden zich door de vrije ruimte konden uitspreiden.

Faraday had echter grotere kwaliteiten als experimentator dan als theoreticus. Maxwell bleek in staat om Faraday’s theorie wiskundig uit te werken. De naar hem genoemde basisvergelijkingen, met behulp van vectornotatie teruggebracht naar vier vergelijkingen, zijn nog altijd het uitgangspunt voor de klassieke elektrodynamica. Uit de vergelijkingen is wiskundig af te leiden dat bewegende ladingen elektromagnetische golven uitzenden door de ruimte met de snelheid van het licht. Op basis hiervan opperde Maxwell het idee dat licht een elektromagnetisch golfverschijnsel is.

Elektronische inductie

Maxwell boekte ook resultaten op het gebied van de kinetische gastheorie, waaruit de statistische thermodynamica is voortgekomen. In de kinetische gastheorie worden eigenschappen van gassen, zoals druk, temperatuur, en volume, verklaard vanuit de massa en de beweging van gasmoleculen.

Fig. De druk van een gas ontstaat door botsingen van de gasmoleculen tegen de wand met verndering van impuls p=mv als gevolg.

Fig. De druk van een gas ontstaat door botsingen van de gasmoleculen tegen de wand met verndering van impuls p=mv als gevolg.