맥스웰방정식의 유도

소개

전기/전자/통신 분야의 핵심 과목인 전자기학이지만, 많은 학생들이 전자기학은 커녕, 기초가 되는 '맥스웰 방정식' 조차도 간과하고 넘어가곤 합니다.
저도 훌륭하게 이해한건 아닙니다만, 학교 레포트를 하면서 도서관에서 도움이 될만한 자료가 있는 책들을 다 모아서 내용을 정리하여, 맥스웰 방정식에 관한 레포트를 만들었습니다.
맥스웰 방정식의 기본이 되는 네 개의 법칙들을 하나씩 풀어헤쳐보았습니다.
각 법칙들을 통하여 미분형/적분형의 방적식을 모두 도출하였습니다.

목차

0) 도입
1) 정전계에 대한 가우스 법칙
2) 패러데이 법칙
3) 정자계에 대한 가수으 법칙
4) 암페어 법칙

본문내용

맥스웰(James Clerk Maxwell, 1831~1879)은 영국 에든버러 출생으로, 불과 15세에 「난형곡선(달걀꼴 곡선)에 관한 논문」이라는 어려운 수학논문을 에든버러왕립학회에 제출하고, 17세에는 에든버러 대학, 20세에는 케임브리지대학에 들어가 공부하였다. 청년시절에도 뛰어난 재능을 보인 그는 토성 주위를 돌고 잇는 ‘토성의 고리’가 액체가 아니라 작은 고체 입자일 것이라고 수학적으로 분석한 결론이 있는데, 이는 100여년 뒤 미 우주선 보이저 호에 의해 입증되었다. 24살에 특별연구원으로 선출 되었으며, 이듬해에는 애버딘대학 자연철학 교수로, 30세에는 런던의 킹스칼리지 교수로 재직했다. 이 후 몇 년 뒤 병을 얻어 교수직을 사직하였고, 34세인 1874년에 케임브리지대학 내의 캐번디시연구소 초대 소장이 되었다.
맥스웰이 전자기학에서 거둔 업적은 장(場) 개념의 집대성이다. 패러데이의 고찰에서 출발하여 유체역학적 모델을 써서 수학적 이론을 완성하고, 유명한 전자기장의 기초방정식인 맥스웰방정식(전자기방정식)을 도출하여 그것으로 전자기파의 존재를 증명했다. 전자기파의 전파속도가 광속도와 같고, 전자기파가 횡파라는 사실도 밝힘으로써 빛의 전자기파설의 기초를 세웠다. 1879년 케임브리지에서 암으로 사망하였다.
맥스웰은 빛의 근본적인 성질을 진정으로 이해한 최초의 과학자이다. 그는 전자기파 이외에도 열역학, 광학, 천문학 등 물리학의 다양한 분야에 공헌했다.
아인슈타인은 맥스웰을 ‘뉴턴 이래 가장 심오한 결실을 맺은 이론 물리학자’라고 하였다. 그가 발견한 네 개의 수학 방정식은 오늘날 뉴턴의 운동법칙, 아인슈타인의 상대성 이론과 함께 물리학사상 3대 공헌으로 꼽히고 있다.
전기와 자기는 각각의 개념으로 이해되어, 오래 전부터 광범위하게 연구되어왔다. 이 두 현상을 통합할 수 있는 이론에 대해 아무런 실마리도 찾지 못했지만, 맥스웰이라는 사람이 이 두 현상을 통합할 수 있는 미분방정식을 유도해내었다.
그가 유도해낸 네 개의 방정식으로 인하여 광학과 전기학 및 자기학은 비로소 동일한 이해의 체계 하에서 해석되고 연구될 수 있는 터를 마련하게 되었다.

참고자료

· 맥스웰의 생애 - ⓒ 두산백과사전 EnCyber & EnCyber.com
· 맥스웰 초상화 - 포토야(www.fotoya.net)>맥스웰
· 맥스웰과 전자기파 - 조덕영, 세상을 변화시킨 믿음의 과학자들, 겨자씨, 2006
· 전자기파 서론 - 대학물리학교재편찬위원회, 대학물리학, (주)북스힐, 2003
· 통화하는 사진 - cafe.naver.com/o15cafe, jdmwife
· 전자기파와 맥스웰 방정식 - Young & Freedman 원저, 대학물리학교재편찬위원회 역, 대학물리학, 2003, (주)북스힐
· 가우스 법칙․패러데이 법칙 - Young & Freedman 원저, 대학물리학교재편찬위원회 역, 대학물리학, 2003, (주)북스힐
· 〃 - D. Halliday, R. Resnick, J. Walker 공저, 경상대학교외 공역, 일반물리학(Fundmentals of Physics:Extended 7/e), 범한서적주식회사2006
· 〃 - William H, Hayt, Jr. John A. Buck, 강형부 외 4인 공역, 전자기학 (Engineering Electromagnetics), McGraw-Hill Korea, 2005
· 정전기 사진 - 네이버카페(blog.naver.com/causeiloveu/140045259885), ‘폐인정배’
· 정자기장에 대한 가우스 법칙 - Matthew N.O.Sadiku 저, 신철재 외 공역, 전자기학, 2004, 흥릉과학출판사
· 암페어의 법칙 -matthew N.O.Sadiku 저, 신철재 외 공역, 전자기학, 2004, 흥릉출판
· 한규환 외 공저, 전자기학, 2004, 광문각
· 〃 - Young & Freedman 원저, 대학물리학교재편찬위원회 역,
· 대학물리학, 2003, (주)북스힐
· 〃 - William H, Hayt, Jr. John A. Buck, 강형부 외 4인 공역, 전자기학 (Engineering Electromagnetics), McGraw-Hill Korea, 2005
· 전자기파의 전파 - http://blog.naver.com/dt31707?Redirect=Log&logNo=40001389593