James Clerk Maxwell: Las ecuaciones que cambiaron el mundo

James Clerk Maxwell: Las ecuaciones que cambiaron el mundo.

James Clerk Maxwell fue un físico escocés conocido principalmente por haber desarrollado un conjunto de ecuaciones que expresan las leyes básicas de la electricidad y magnetismo así como por la estadística de Maxwell-Boltzmann en la teoría cinética de gases.

Nació el 13 de junio de 1831 en Edimburgo y murió el 5 de noviembre de 1879 en Cambridge. Nació en el seno de una familia escocesa de la clase media, hijo único de un abogado de Edimburgo. Tras la temprana muerte de su madre a causa de un cáncer abdominal -la misma dolencia que pondría fin a su vida-, recibió la educación básica en la Edimburg Academy, bajo la tutela de su tía Jane Cay.

James Clerk Maxwell fue un físico escocés conocido principalmente por haber desarrollado un conjunto de ecuaciones que expresan las leyes básicas de la electricidad y magnetismo así como por la estadística de Maxwell-Boltzmann en la teoría cinética de gases.

Maxwell fue una de las mentes matemáticas más preclaras de su tiempo y se le representa frecuentemente como el ejemplo del científico clásico del siglo XIX cuya influencia se deja notar grandemente en la física del siglo XX habiendo hecho contribuciones fundamentales en la comprensión de la naturaleza. En 1931 con motivo de la conmemoración del centenario de su nacimiento Albert Einstein describió el trabajo de Maxwell como “el más profundo y provechoso que la física ha experimentado desde los tiempos de Newton”.

Maxwell, que desde un principio mostró una gran facilidad para las disciplinas científicas, inició sus estudios universitarios a la edad de 13 años, con 15 años redactó un importante trabajo de mecánica.

Maxwell, que desde un principio mostró una gran facilidad para las disciplinas científicas, inició sus estudios universitarios a la edad de 13 años, con 15 años redactó un importante trabajo de mecánica. A los 25 fue nombrado catedrático en Aberdeen, después en Londres y, en 1871, de un instituto especialmente construido para él en Cambridge. Además de su actividad profesional, Maxwell se dedicó a la realización de estudios de carácter privado en sus posesiones de Escocia. Es el creador de la moderna electrodinámica y el fundador de la teoría cinética de los gases.

Es el creador de la moderna electrodinámica y el fundador de la teoría cinética de los gases.

En el prefacio de su obra Treatise on Electricity and Magnetism (1873) declaró que su principal tarea consistía en justificar matemáticamente conceptos físicos descritos hasta ese momento de forma únicamente cualitativa, como las leyes de la inducción electromagnética y de los campos de fuerza, enunciadas por Michael Faraday.

Con este objeto, Maxwell introdujo el concepto de onda electromagnética, que permite una descripción matemática adecuada de la interacción entre electricidad y magnetismo mediante sus célebres ecuaciones que describen y cuantifican los campos de fuerzas. Su teoría sugirió la posibilidad de generar ondas electromagnéticas en el laboratorio, hecho que corroboró Heinrich Hertz en 1887, ocho años después de la muerte de Maxwell, y que posteriormente supuso el inicio de la era de la comunicación rápida a distancia.

Descubrió las ecuaciones que llevan su nombre (ecuaciones de Maxwell), y que se definen como las relaciones fundamentales entre las perturbaciones eléctricas y magnéticas.

Descubrió las ecuaciones que llevan su nombre (ecuaciones de Maxwell), y que se definen como las relaciones fundamentales entre las perturbaciones eléctricas y magnéticas, que simultáneamente permiten describir la propagación de las ondas electromagnéticas que, de acuerdo con su teoría, tienen el mismo carácter que las ondas luminosas. Más tarde Heinrich Hertz lograría demostrar experimentalmente la veracidad de las tesis expuestas por Maxwell. Sus teorías constituyeron el primer intento de unificar dos campos de la física que, antes de sus trabajos, se consideraban completamente independientes: la electricidad y el magnetismo (conocidos como electromagnetismo). En el año 1859 Maxwell formuló la expresión termodinámica que establece la relación entre la temperatura de un gas y la energía cinética de sus moléculas.

 

La obra científica

Entre sus primeros trabajos científicos Maxwell trabajó en el desarrollo de una teoría del color y de la visión y estudió la naturaleza de los anillos de Saturno demostrando que estos no podían estar formados por un único cuerpo sino que debían estar formados por una miríada de cuerpos mucho más pequeños.

En 1860, Maxwell demostró que era posible realizar fotografías en color utilizando una combinación de filtros rojo verde y azul obteniendo por este descubrimiento la Medalla Rumford ese mismo año.

También fue capaz de probar que la teoría nebular de la formación del Sistema Solar vigente en su época era errónea ganando por estos trabajos el Premio Adams de Cambridge en 1859. En 1860, Maxwell demostró que era posible realizar fotografías en color utilizando una combinación de filtros rojo verde y azul obteniendo por este descubrimiento la Medalla Rumford ese mismo año.

 

El calor es movimiento

El problema que Maxwell se puso a sí mismo en 1860 fue el de la conducta de los gases, especialmente en relación con los cambios de temperatura. En aquellos tiempos, todavía no se comprendía, realmente, qué era el calor; la idea de que se trataba de una especie de fluido que pasaba de los cuerpos calientes a los fríos seguía teniendo un apoyo considerable. Maxwell se interrogó acerca del comportamiento de las moléculas al moverse rápidamente, y sus excelentes habilidades matemáticas le permitieron tratar el problema de forma estadística.

El calor no era algo que fluía de un lugar a otro, era, simplemente, otra palabra para describir la actividad de las moléculas de una sustancia en cuestión.

Desarrolló una ecuación que describía la distribución de velocidades de las moléculas de gas a una temperatura dada. La ecuación mostraba que, aunque algunas moléculas se movían, comparativamente, despacio y algunas, excepcionalmente, rápido, la mayoría lo hacían a una velocidad media que se incrementaba al aumentar la temperatura y que disminuía al enfriarse. La temperatura, y el propio calor, se producían a causa del movimiento de las moléculas, y eso era tan cierto en los líquidos y sólidos como en los gases. El calor no era algo que fluía de un lugar a otro, era, simplemente, otra palabra para describir la actividad de las moléculas de una sustancia en cuestión.

 

Las ecuaciones de Maxwell

Algo más tarde, Maxwell publicó dos artículos, clásicos dentro del estudio del electromagnetismo. Las relaciones de igualdad entre las distintas derivadas parciales de las funciones correspondientes a los campos eléctrico y magnético, denominadas ecuaciones de Maxwell, están presentes de ordinario en cualquier libro de texto de la especialidad. Sus aportes a la teoría electromagnética lo sitúan entre los grandes científicos de la historia.

En el prefacio de su obra Treatise on Electricity and Magnetism (1873) declaró que su principal tarea consistía en justificar matemáticamente conceptos físicos descritos hasta ese momento de forma únicamente cualitativa, como las leyes de la inducción electromagnética y de los campos de fuerza, enunciadas por Michael Faraday.

En el prefacio de su obra Treatise on Electricity and Magnetism (1873) declaró que su principal tarea consistía en justificar matemáticamente conceptos físicos descritos hasta ese momento de forma únicamente cualitativa, como las leyes de la inducción electromagnética y de los campos de fuerza, enunciadas por Michael Faraday. Con este objeto, Maxwell introdujo el concepto de onda electromagnética, que permite una descripción matemática adecuada de la interacción entre electricidad y magnetismo mediante sus célebres ecuaciones que describen y cuantifican los campos de fuerzas. Su teoría sugirió la posibilidad de generar ondas electromagnéticas en el laboratorio, hecho que corroboró Heinrich Hertz en 1887, ocho años después de la muerte de Maxwell, y que posteriormente supuso el inicio de la era de la comunicación rápida a distancia.

 

Homenajes a Maxwell

El nombre de James Clerk Maxwell ha sido homenajeado en múltiples ocasiones, tales como:

– El maxwell (Mx), es la unidad compuesta para la medición de flujo magnético.

– El cráter lunar Maxwell lleva este nombre en su memoria.

– El asteroide (12760) Maxwell también conmemora su nombre.

– El edificio James Clerk Maxwell en el campus Waterloo del King’s College londinense. En la universidad también reciben su nombre una cátedra y una sociedad para físicos sin graduar.

– El Centro James Clerk Maxwell de la Academia de Edimburgo.

Maxwell introdujo el concepto de onda electromagnética, que permite una descripción matemática adecuada de la interacción entre electricidad y magnetismo mediante sus célebres ecuaciones que describen y cuantifican los campos de fuerzas.

– Maxwell, el software de análisis electromagnético de ANSYS.

– El Centro Maxwell de la Universidad de Cambridge, dedicado a las relaciones academia-industria en el ámbito de las ciencias físicas y la tecnología.

– El Premio James Clerk Maxwell en física plasmática de la Sociedad Americana de Física.

– Premio Maxwell del IEEE.

– Una estatua en la Calle George de Edimburgo.

Una estatua en la Calle George de Edimburgo.

– Así mismo, los Maxwell Montes de Venus llevan su nombre.

– La brecha Maxwell dentro de los anillos de Saturno.

– El telescopio James Clerk Maxwell, el mayor telescopio astronómico del mundo (15 metros) para longitudes de onda por debajo del milímetro.

– El Edificio James Clerk Maxwell de la Universidad de Edimburgo, donde se sitúan las facultades de meteorología, matemáticas y física.

– La empresa de fabricación de GPUs Nvidia nombró la arquitectura de su serie GeForce 900 en honor a Maxwell.

– La Star of Caledonia, una escultura propuesta pero aún no construida, rinde tributo a Maxwell.

El Edificio James Clerk Maxwell de la Universidad de Edimburgo, donde se sitúan las facultades de meteorología, matemáticas y física.

 

Fuente: Wikipedia

 

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