Equações de Maxwell

As “equações de Maxwell” são um conjunto de quatro equações, podendo essas serem escritas tanto na forma diferencial quanto integral, de autoria do famoso matemático e físico James Clerk Maxwell cujo país de origem é a Inglaterra. Tais equações compõem os pilares da teoria eletromagnética clássica (e variantes), sendo que esta é o que nos possibilita hoje o uso de equipamentos essenciais para nosso cotidiano, como equipamentos elétricos, de navegação, rádio e, por conseguinte, até a internet. Dada a magnitude da importância da teoria eletromagnética, não é difícil de imaginar que seu desenvolvimento não foi espontâneo, sendo que este percorreu juntamente com a evolução da humanidade em si. É ainda relevante destacar que o eletromagnetismo é, essencialmente, a correlação entre os fenômenos magnéticos e elétricos.

Os povos antigos já experimentavam a eletricidade e o magnetismo, por meio da observação meramente curiosa de eventos como, no caso da eletricidade, os trovões (descargas elétricas vindas de tempestades) e os famosos “choques” (como quando uma pessoa, subitamente, ao tocar alguma coisa ou alguém leva um choque eletrostático). Essa visão “ingênua” de tais fenômenos seguiu até meados do século XIX, sendo que a compreensão humana acerca destes era senão qualitativa.

Todavia, na década de 1780 Charles Augustin de Coulomb, conhecido apenas como Coulomb, definiu a lei de Coulomb, a qual possibilitou a definição das regras das cargas eletrostáticas (sem movimento), de modo que sua lei (equação 1) remete, de certo modo, à gravitação universal de Newton (equação 2).

Posteriormente, André-Marie Ampère, vulgo Ampère, realizou experimentos os quais promoveram um grande avanço da nossa compreensão acerca do eletromagnetismo. Ampère percebeu que, dada uma corrente elétrica (fluxo/movimento de partículas dotadas de carga elétrica) forte o suficiente, uma agulha magnetizada de uma bússola iria orientar-se perpendicularmente à direção da corrente, estabelecendo, portanto, uma forte relação entre o magnetismo e a eletricidade.

Seguindo a cadeia de cientistas contribuintes, chega-se ao brilhante Michael Faraday, cuja essência sempre foi curiosa. Faraday frequentou a escola somente até seus 13 anos, sendo que precisava trabalhar para ajudar a família. Contudo, mais tarde Faraday foi “descoberto” por Humphry Davy, tendo este feito do jovem seu assistente de laboratório. A relativa falta de escolaridade de Michael Faraday não impediu que o cientista realizasse diversas contribuições à ciência, tendo seu nome incorporado junto com as maiores mentes da história. Faraday, através de observações minuciosas, criatividade e empenho, conseguiu criar o primeiro motor elétrico do mundo (o mundo contemporâneo possui um débito impensável com Faraday!). Além disso, o físico constatou experimentalmente que a variação (não mera presença) de um campo magnético causa a indução de uma corrente elétrica, sendo o inverso também válido (indução de uma corrente elétrica gera um campo magnético).

Apesar de ter realizado inúmeras contribuições à física, Faraday (e nenhum outro cientista até então) havia conseguido sistematizar de forma quantitativa as ideias da eletricidade e do magnetismo. Foi então que Maxwell obteve uma correlação matemática dos fenômenos citados, dando origem ao formal eletromagnetismo clássico, hoje baseado nas quatro equações “enxutas”, sendo elas: “lei de Gauss” (equação 3), “lei de Gauss para o magnetismo” (equação 4), “lei de Faraday” (equação 5) e “lei de Ampère com a correção de Maxwell”(equação 6).

Atualmente, temos derivações do eletromagnetismo clássico, como a mais completa “eletrodinâmica quântica” e formulações relativísticas. É factual que a teoria eletromagnética é um dos feitos mais importantes que a ciência já concretizou, possibilitando que hoje desfrutemos de muitos recursos indispensáveis, como aparelhos elétricos, tecnologia no geral a e eletricidade essencialmente.

Fotos: equações (enumeradas no texto) e James Clerk Maxwell

Fontes: https://engagedscholarship.csuohio.edu/cgi/viewcontent.cgi…& Física experimental (Cristiane R. C. Tavolaro)