맥스웰 방정식(Maxwell's equation)

맥스웰 방정식

전기와 자기의 발생과 전기장과 자기장 그리고 전하 밀도와 전류 밀도의 형성을 나타내는 4개의 편미분 방정식이다.

맥스웰 방정식에서는 빛 역시 전자기파의 하나임을 보여준다고 한다.

4가지로 구성된 각각의 방정식은 가우스 법칙, 가우스 자기 법칙, 패러데이 전자기 유도 법칙, 앙페르 회로 법칙으로 불린다.

이 방정식들은 제임스 클러크 맥스웰이 종합한 이 후 맥스웰 방정식으로 불리게 되었는데..

여기서

1) 가우스 법칙

가우스 법칙은 전하에 의해 발생된 전기장의 크기를 설명한다. 따라서 쿨롱의 법칙과 같은 의미를 지니는데, 쿨롱의 법칙은 공간에 놓인 두 점전하 사이에서 발생하는 전기장의 세기가 거리에 따라서 반감이 되는 이유를 설명한다. 회로 이론이나 전자공학에서는 계산이 편리하고 직관적으로 이해하기 쉬운 가우스 법칙을 일반적으로 사용한다고 한다.

2) 가우스 자기 법칙

가우스 자기 법칙에 따르면은 폐곡면의 총 자기선속은 0이라고 한다. 전기와 달리 자기는 홀극이 없는데, N극과 S극이 언제나 함께 존재 해야 한다. 이러한 자기의 성질 때문에 일정 공간으로 들어오는 자기력선과 나가는 자기력선의 크기는 언제나 같을 수 밖에 없다고 한다. 따라서 서로 정반대의 방향으로 작용하는 같은 크기의 힘이라면 그 크기는 언제나 0으로 수렴한다.

3) 패러데이 전자기 유도 법칙

패러데이 전자기 유도 법칙은 자기 선속이 변화를 하면 그 주변에서 전기장이 발생한다는 것인데, 고리의 형태로 만들어진 전선의 가운데서 자석을 위 아래로 움직이게 되면 전류가 발생하는 것을 예로 들 수 있다고 한다. 발전소는 이러한 원리를 이용해서 교류 전류를 발전해 낸다고 한다.

4) 앙페르 맥스웰 회로 법칙

앙페르의 회로 법칙은 전류가 흐르는 전선에 따라 자기장이 발생한다는 것인데, 맥스웰은 이 앙페르 회로 법칙을 좀 더 연구하여 확장된 개념을 만들어냈는데, 전기장의 강도가 변화하면 자기장이 발생하는 것으로 파악 하였고, 축전기를 이용한 실험을 통해서 이 것을 입증하였다. 축전기 자체는 전류를 이동시키지를 못하지만 전계의 변화를 전달할 수는 있다. 맥스웰은 축전기에서 전계가 변화할 때 자기장이 발생하는 것을 측정하여, 전선뿐만 아니라 전계의 강도가 변화하는 모든 곳에서 자기장이 발생할 수 있음을 증명하게 되었다. 전류 변화로 자기장이 발생하는 것을 이용한 도구로 전자석과 전동기 같은 것들이 있다.