Maxwell, James Clerk

[gL.edu] Este artículo recoge contribuciones de Adrià Espí Escrihuela, elaboradas en el contexto de la Clarificación conceptual en torno a las "Telecomunicaciones", bajo la supervisión de J.M. Díaz Nafría.

Figura 1: Grabado de James Clerk Maxwell por G. J. Stodart a partir de una fotografía de de Fergus of Greenock (Fuente: Mediawiki).

James Clerk Maxwell (13 de junio de 1831, Edimburgo, Escocia – 5 de noviembre de 1879 Cambridge, Cambridgeshire, Inglaterra) fue un físico y matemático conocido por la unificación de las teorías eléctricas y magnéticas dando lugar a lo que desde su obra se conoce como teoría electromagnética. Es considerado por muchos científicos como uno de los físicos con mayor influencia en la historia de la disciplina, comparándolas con aportes realizados por Isaac Newton o Albert Einstein. De hecho, sus contribuciones tuvieron una gran repercusión en la física moderna, ayudando así a la formulación de teorías posteriores como la relatividad especial de Albert Einstein o la mecánica cuántica. James Clerk Maxwell fue miembro de la Royal Society de Londres y de la de Edimburgo.

Biografía

Infancia y adolescencia

James Clerk Maxwell nació 13 de junio de 1831 en Edimburgo, Escocia, proveniente de una clase media adinerada. Su padre era abogado y su madre falleció cuando tenía ocho años. Asistió al Edinburgh Academy donde realizó su primer trabajo sobre curvas elípticas cuando tan solo tenía 14 años de edad.

A sus 16 años se matriculó en la universidad de Edimburgo, y en el periodo en el que estuvo en ella publicó una gran cantidad de artículos en revistas científicas.

Edad adulta

En 1850 Maxwell se trasladó a la universidad de Cambridge donde estuvo 6 años (1850 - 1856). Posteriormente trabajó en el Marischal College de Aberdeen (1856 - 1860), en el King’s College de Londres (1860 - 1871) donde realizó sus avances sobre la teoría electromagnética condensado en su famoso Treatise on Electromagnetism. Por último, volvió a la universidad de Cambridge (1871 - 1879). Maxwell falleció a la edad de 48 años de un cáncer abdominal, la misma enfermedad de la que murió su madre a su misma edad.

Contribuciones científicas

Ecuaciones de Maxwell

Si bien la teoría del campo electromagnético desarrollada por J.C. Maxwell se condensaba originalmente en ocho ecuaciones, en su presentación actual éstas se reducen a las cuatro ecuaciones recogidas en la tabla 1: la ley de Gauss para el campo eléctrico, la ley de Gauss par el campo magnético, la ley de Faraday y la ley que comparte con Ampère, llamada ley de Ampère-Maxwell, añadiendo a la formulación amperiana el término de corriente de desplazamiento eléctrico, que depende de la variación temporal del campo eléctrico y que cumple una función similar a la de la corriente eléctrica en la generación del campo magnético. Es precisamente esta compleción la que permite llegar a la ecuación de onda del campo electromagnético con la que se pudo zanjar una discusión centenaria acerca de la naturaleza de la luz, ya que predecía que la velocidad de la radiación electromagnética en general era precisamente la misma que la de la luz. Razón que le hizo exclamar en el momento de su descubrimiento "y la luz se hizo".

Tabla 1: Ecuaciones de Maxwell

Ley	Ecuación diferencial		Significado
Ley de Gauss para el campo eléctrico	$\triangledown \cdot {\vec {E}}={\frac {1}{\varepsilon }}\rho$	(1.1)	Las cargas constituyen las fuentes del campo eléctrico.
Ley de Gauss para el campo magnético	$\triangledown \cdot {\vec {B}}=0$	(1.2)	No existen fuentes (monopolares) de campo magnético.
Ley de Faraday-Lenz	$\triangledown \times {\vec {E}}=-{\frac {\partial {\vec {B}}}{\partial t}}$	(1.3)	La variación temporal del flujo magnético da lugar a una fuerza electromotriz.
Ley de Ampere-Maxwel	$\triangledown \times {\vec {B}}=\mu {\vec {J}}+\mu \varepsilon {\frac {\partial {\vec {E}}}{\partial t}}$	(1.4)	La corriente eléctrica y la de desplazamiento eléctrico dan lugar a una circulación del campo magnético.

En definitiva, sus ecuaciones, permitieron unificar las teorías eléctricas y magnéticas y, como hemos abordado el el artículo sobre la luz, ofreció una explicación física sobre la luz como una manifestación particular del electromagnetismo. A menudo se considera esta obra unificadora como la segunda gran unificación de la física después de la de Isaac Newton.

Distribución de Maxwell-Boltzmann

Contribuyó a realizar la distribución de Maxwell-Boltzmann tratándose de una distribución de probabilidad que explica las velocidades de las partículas en un gas ideal. Esta distribución tiene mucha importancia en la teoría cinética de los gases.

Fotografía en color

En el año 1861 Maxwell consiguió la primera fotografía a color con su método de tres colores que había propuesto anteriormente en 1855, consistía en tomar fotografías en blanco y negro a través de filtros verde, violeta-azul y rojo, para posteriormente proyectar a la vez las fotografías sobre una pantalla obteniendo la imagen deseada en color.

Análisis dimensional moderno

Contribuyó al análisis dimensional moderno donde la idea es tratar a las magnitudes física como diferentes dimensiones para su análisis, esta herramienta marcó de forma significativa las disciplinas de la física y la ingeniería proporcionando una forma de trabajar muy potente.

Teoría del caos

Sentó las bases de la teoría del caos, el caos trata sistemas dinámicos que son muy sensibles a cambios, un ejemplo de sistema caótico es el clima o un péndulo doble, donde pequeños cambios en el sistema produce grandes cambios cuando se avanza en el tiempo.

Maxwell habló sobre este fenómeno en su estudió sobre la estabilidad de los sistemas.

La teoría del caos tiene muchas aplicaciones en muchas áreas distintas y muy diversas como la antropología, economía, ingeniería o informática. Fue la basa para el estudio de sistemas dinámicos complejos.