5. CÁC BƢỚC THỰC HIỆN LUẬN VĂN
3.1.4Maxwell (1831 – 1879): Lý thuyết điện từ
James Clerk Maxwell (1831 – 1879), là một nhà toán học, một nhà vật lý học ngƣời Scotland. Ông đã đƣa ra hệ phƣơng trình miêu tả những định luật cơ bản về điện trƣờng và từ trƣờng đƣợc biết đến với tên gọi phƣơng trình Maxwell. Đây là hệ
GVHD: Ths. Nguyễn Hữu Khanh 59 SVTH: Quách Thùy Dƣơng
phƣơng trình chứng minh rằng điện trƣờng và từ trƣờng là thành phần một trƣờng thống nhất, điện từ trƣờng. Ông cũng đã chứng minh rằng trƣờng điện từ có thể truyền đi trong không gian dƣới dạng sóng với tốc độ không đổi là 300 000 km/s, và đƣa ra giả thuyết rằng ánh sáng là sóng điện từ.
Hình 3.12: James Clerk Maxwell
Có thể nói Maxwell là nhà vật lý học thế kỷ 19 có ảnh hƣởng nhất tới nền vật lý của thế kỷ 20, ngƣời đã đóng góp vào công cuộc xây dựng mô hình toán học mới của nền khoa học hiện đại. Vào năm 1931, nhân kỉ niệm 100 ngày sinh của Maxwell, Albert Einstein đã ví công trình của Maxwell là "sâu sắc nhất và hiệu quả nhất mà vật lý học có đƣợc từ thời của Isaac Newton".
* Ánh sáng: cuộc hôn phối giữa điện và từ:
Năm 1864, trong bài báo “Một lý thuyết động lực về trường điện từ”, Maxwell đã tổng hợp các kiến thức về điện và từ đã đƣợc các nhà vật lý xây dựng trƣớc đó thành một hệ gồm 4 phƣơng trình, mỗi phƣơng trình chỉ dài vỏn vẹn một dòng và đƣợc biểu diễn bằng ngôn ngữ toán học cô đọng. Bốn phƣơng trình này đƣợc hậu thế biết đến với tên gọi “Hệ phương trình Maxwell”:
(3.3)
Phƣơng trình thứ nhất mô tả định luật Gauss, cho biết đƣờng sức điện xuất phát hoặc kết thúc ở các điện tích. Phƣơng trình thứ hai mô tả các đƣờng sức của cảm ứng từ là khép kín hoặc đi ra xa vô tận, từ đó không có cái gọi là ―từ tích‖ hay ―đơn cực từ‖.
Hai phƣơng trình còn lại mô tả sự kết hợp giữa điện và từ: từ trƣờng biến thiên sinh ra điện trƣờng xoáy, đến lƣợt mình điện trƣờng biến thiên cũng sinh ra từ trƣờng xoáy.
Từ các phƣơng trình trên, Maxwell đã ngạc nhiên khi phát hiện ra rằng sóng điện từ thực chất cũng chính là sóng ánh sáng. Bởi thứ nhất, ông đã dựa vào các phƣơng trình để vẽ ra một kịch bản về cuộc hôn nhân giữa điện và từ, theo đó điện và từ trở thành một cặp thống nhất không thể tách rời. Chúng là hai thành phần của sóng
GVHD: Ths. Nguyễn Hữu Khanh 60 SVTH: Quách Thùy Dƣơng
đện từ lan truyền trong không gian dƣới dạng sóng ngang, tức các đỉnh và các hõm sóng nằm trong một mặt phẳng vuông góc với phƣơng truyền sóng. Thứ hai, vào năm 1873, Maxwell đã tính toán chính xác vận tốc truyền sóng điện từ, đáp số này hoàn toàn trùng khớp với vận tốc ánh sáng.
Hình 3.13: Sóng ngang
Trong lịch sử vật lý, Newton đã thống nhất trời và đất thông qua định luật vạn vật hấp dẫn thì đến lƣợt Maxwell đã thống nhất không chỉ điện và từ mà còn cả quang học, ông đƣợc coi là nhà thống nhất vĩ đại thứ hai của vật lý học.