ג’יימס קלרק מקסוול

• ביוגרפיה
• חשמל ומגנטיות
• 5 דקות קריאה

הפיזיקאי שגילה שהאור הוא גל של חשמל ומגנטיות — ציר זמן של חייו, מה אומרות המשוואות שלו, ואיפה הן פועלות בטלפון שבכיס שלכם.

התשובה בקצרה

ג’יימס קלרק מקסוול היה פיזיקאי סקוטי שחי בין 1831 ל־1879. הוא כתב משוואות שמאחדות את החשמל והמגנטיות לתורה אחת, ומהן הסיק שהאור הוא גל אלקטרומגנטי.

1. משוואות מקסוול: מתארות כל תופעה של חשמל ומגנטיות.
2. האור כגל אלקטרומגנטי: וחיזוי של גלים שאינם נראים לעין, כמו גלי רדיו.
3. תמונת הצבע הראשונה: ב־1861, מתוך הבנה איך העין רואה צבעים.

למי זה מיועד: חשמל, מגנטיות ואור נלמדים בחטיבת הביניים, והגלים האלקטרומגנטיים חוזרים בתיכון. אם אתם צריכים רק את המשוואות — הן בסעיף השני.

מי היה ג’יימס קלרק מקסוול

מקסוול נולד באדינבורו שבסקוטלנד, וגדל באחוזה כפרית. כילד שאל שוב ושוב איך דברים עובדים, ובבית הספר צחקו עליו בגלל הבגדים המוזרים שלו. בגיל 14 כתב מאמר מתמטי על ציור צורות אליפטיות. המאמר הוצג בחברה המדעית של אדינבורו, אבל מישהו אחר הקריא אותו — מקסוול נחשב צעיר מדי.

שנה	מה קרה
1831	נולד באדינבורו, סקוטלנד.
1846	המאמר המדעי הראשון שלו מוצג, בגיל 14.
1850	עובר ללמוד באוניברסיטת קיימברידג’.
1856	מתמנה לפרופסור באברדין, סקוטלנד.
1857	זוכה בפרס על מחקר שמראה שהטבעות של שבתאי בנויות מאינספור גופים קטנים.
1861	מציג את תמונת הצבע הראשונה.
1865	מפרסם את התורה שלפיה האור הוא גל אלקטרומגנטי.
1871	מתמנה למנהל הראשון של מעבדת קוונדיש בקיימברידג’.
1879	נפטר בקיימברידג’, בגיל 48.

המשוואות: חשמל, מגנטיות ואור

מקסוול בנה על הרעיונות של מייקל פאראדיי. פאראדיי דמיין קווים בלתי נראים שממלאים את החלל סביב מטענים ומגנטים, אבל לא ידע לתאר אותם במתמטיקה. מקסוול תרגם את הקווים האלה למשוואות, שמתארות את השדה החשמלי ואת השדה המגנטי, ואיך כל אחד מהם משפיע על השני.

מתוך המשוואות עלה משהו מפתיע. שדה חשמלי שמשתנה יוצר שדה מגנטי, ושדה מגנטי שמשתנה יוצר שדה חשמלי. השניים יכולים להחזיק זה את זה ולהתקדם יחד בחלל, כמו גל — גם בלי שום חומר. מקסוול חישב את המהירות של הגל הזה מתוך מדידות של חשמל ומגנטיות בלבד.

התוצאה יצאה קרובה מאוד למהירות האור, שנמדדה קודם לכן בדרך אחרת לגמרי. מקסוול הסיק שזה לא צירוף מקרים: האור עצמו הוא גל חשמלי ומגנטי. הוא חזה גם שקיימים גלים כאלה באורכים אחרים, שהעין לא רואה. שמונה שנים אחרי מותו הצליח הפיזיקאי היינריך הרץ ליצור במעבדה גלי רדיו — והם התנהגו בדיוק לפי המשוואות.

צבעים, גזים וטבעות שבתאי

מקסוול הראה שבעזרת שלושה צבעי אור — אדום, ירוק וכחול — אפשר ליצור כמעט כל צבע שהעין רואה. כדי להוכיח את זה, הוא דאג שסרט משובץ יצולם שלוש פעמים, בכל פעם דרך מסנן בצבע אחר, והקרין את שלוש התמונות זו על זו. כך נוצרה תמונת הצבע הראשונה.

הוא גם חקר גזים. הוא הראה שהמולקולות בגז לא נעות כולן באותה מהירות: חלקן איטיות, חלקן מהירות, ורובן באמצע. ככל שהגז חם יותר, המהירות הממוצעת גבוהה יותר. הרעיון הזה עומד בבסיס ההבנה של חום וטמפרטורה.

איפה רואים את זה בחיים

• אינטרנט אלחוטי

  הטלפון מתקשר עם הנתב ועם אנטנות סלולריות בגלים אלקטרומגנטיים. אלה הגלים שמקסוול חזה, ואיש לא ראה לפניו.

• המסך שמולכם

  כל נקודה במסך בנויה משלוש נקודות אור זעירות: אדומה, ירוקה וכחולה. השילוב ביניהן יוצר את כל הצבעים — בדיוק כמו בתמונה של מקסוול.

• צמיג בשמש

  כשהאוויר בצמיג מתחמם, המולקולות נעות מהר יותר ופוגעות בדפנות חזק יותר. לכן הלחץ בצמיג עולה ביום חם.

שאלות נפוצות

מה אומרות משוואות מקסוול במילים פשוטות?

מטענים חשמליים יוצרים שדה חשמלי. אין מגנט עם קוטב אחד בלבד. שדה מגנטי שמשתנה יוצר שדה חשמלי. וזרם חשמלי, או שדה חשמלי שמשתנה, יוצרים שדה מגנטי. מארבעת הכללים האלה אפשר לגזור כל תופעה של חשמל ומגנטיות.

מה הקשר בין מקסוול לפאראדיי?

פאראדיי גילה את התופעות בניסויים, ודמיין את השדות כקווים. מקסוול, שהיה צעיר ממנו בארבעים שנה, נתן לרעיונות שלו צורה מתמטית. השניים נפגשו והעריכו מאוד זה את זה.

למה משוואות מקסוול חשובות כל כך?

כי הן הראו שחשמל, מגנטיות ואור הם תופעה אחת. בלעדיהן לא היו רדיו, טלוויזיה, טלפון נייד או אינטרנט אלחוטי. אלברט איינשטיין פיתח את תורת היחסות מתוך ניסיון להבין אותן לעומק.

רוצים להבין שדות בלי לשנן?

בקורס החשמל והמגנטיות כל נושא מוסבר בסרטון, מהמטען הבודד ועד השדה המגנטי, עם תרגילים פתורים לאורך הדרך. משלמים פעם אחת, והקורס נשאר אצלכם.

לקורס החשמל והמגנטיות

או מתחילים בחינם: ספר החשמל והמגנטיות, להורדה