Maxwell

A vida de James Clerk Maxwell

Linha do tempo 1831Nasce em 13 de junho, em Edimburgo, na Escócia. Passa a infância na propriedade da família, Glenlair. 1839A mãe morre de câncer, quando ele tem 8 anos. 1846Aos 14 anos, um trabalho seu sobre curvas ovais é lido na Real Sociedade de Edimburgo. 1850Entra na Universidade de Cambridge. 1855Apresenta a teoria das cores e o trabalho “Sobre as linhas de força de Faraday”. 1856Torna-se professor em Aberdeen, aos 25 anos. 1859Publica o ensaio sobre os anéis de Saturno, premiado com o Prêmio Adams. Apresenta a distribuição das velocidades das moléculas. 1860Perde o emprego com a fusão de duas universidades. Vai para o King’s College, em Londres. 1861Mostra na Royal Institution a primeira fotografia colorida. 1862Calcula que as ondas eletromagnéticas andam à velocidade da luz. 1865Publica “Uma teoria dinâmica do campo eletromagnético” e volta para Glenlair. 1871Torna-se o primeiro professor Cavendish de física experimental, em Cambridge. 1873Publica o Tratado sobre eletricidade e magnetismo. 1879Morre em 5 de novembro, em Cambridge, aos 48 anos. ◀ Anterior Percorrer a viagem Próxima ▶ 1831 EdimburgoNasce em 13 de junho. Mais tarde estuda na Academia e na Universidade de Edimburgo; aos 14 anos, um trabalho seu sobre ovais é lido na Real Sociedade. 1831–1841 GlenlairPassa a infância na propriedade da família, perguntando “como isso funciona?”. A mãe morre quando ele tem 8 anos. 1850–1856 CambridgeEstuda no Trinity College. Apresenta a teoria das cores e o trabalho sobre as linhas de força de Faraday. 1856–1860 AberdeenProfessor aos 25 anos. Ganha o Prêmio Adams com o ensaio sobre os anéis de Saturno e perde o emprego com a fusão das universidades. 1860–1865 LondresNo King’s College, mostra a primeira fotografia colorida e descobre que a luz é uma onda eletromagnética. 1865–1871 GlenlairVolta para o campo e escreve o Tratado sobre eletricidade e magnetismo. 1871–1879 CambridgePrimeiro professor Cavendish, funda o Laboratório Cavendish. Morre em 1879, aos 48 anos. Ative o JavaScript para ver o mapa. As etapas estão na lista abaixo. Maxwell entre a Escócia e a Inglaterra, sempre voltando a Glenlair. Mapa: © colaboradores do OpenStreetMap

October 14, 2026 Iniciar leitura

As cores: o pião e a fita de tartã

A ciência das cores deve, portanto, ser considerada essencialmente uma ciência mental. — James Clerk Maxwell, “Experiments on colour” (1855) Desde Newton se sabia que a luz branca é uma mistura de todas as cores do arco-íris. Mas a cor que vemos é outra coisa: depende do olho e do cérebro. O médico inglês Thomas Young tinha proposto, em 1802, que o olho tem só três tipos de sensores, e que todas as cores que percebemos são combinações das respostas desses três. Era uma hipótese ousada e sem prova. Maxwell, aos 24 anos, transformou-a em matemática.

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Os anéis de Saturno não podem ser sólidos

Os únicos sistemas de anéis que podem existir são, portanto, os compostos por um número indefinido de partículas desconectadas, girando em torno do planeta com velocidades diferentes, de acordo com as suas distâncias. — James Clerk Maxwell, Sobre a estabilidade do movimento dos anéis de Saturno (1859) Galileu viu Saturno pelo telescópio em 1610 e achou que o planeta tinha “orelhas”. Em 1655, Huygens percebeu que eram um anel fino e plano, que não toca o planeta. Duzentos anos depois, ninguém sabia do que o anel era feito. Seria um disco sólido, como um disco de vinil? Um líquido? Uma nuvem de pedras?

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As velocidades das moléculas: a distribuição de Maxwell

Ocupei-me ultimamente de algumas questões sobre o movimento e as colisões de esferas perfeitamente elásticas, como exercício de mecânica. — James Clerk Maxwell, carta a George Stokes (30 de maio de 1859) Num litro de ar há cerca de $2{,}5\times10^{22}$ moléculas, todas se movendo e se chocando bilhões de vezes por segundo. Seguir cada uma é impossível. Em 1859, Maxwell teve uma ideia que mudou a física: não perguntar o que faz cada molécula, mas que fração delas tem cada velocidade. Era a primeira vez que se usavam probabilidades numa lei da física. Ele apresentou o resultado num congresso em Aberdeen, em 1859, e o publicou em 1860.

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As equações de Maxwell: das linhas de força de Faraday aos vetores

Fiquei quase assustado, no começo, ao ver tanta força matemática aplicada ao assunto, e depois me admirei de ver que o assunto a suportava tão bem. — Michael Faraday, carta a Maxwell (25 de março de 1857) Até 1820, eletricidade e magnetismo eram assuntos separados. A eletricidade fazia faíscas e arrepiava os cabelos; o magnetismo fazia as bússolas apontarem para o norte. Naquele ano, numa aula na Universidade de Copenhague, o dinamarquês Hans Christian Oersted ligou uma pilha a um fio e viu que uma agulha magnética próxima se mexia. A corrente elétrica produzia magnetismo.

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A corrente de deslocamento: o termo que faltava

Das quatro equações de Maxwell, três já eram conhecidas de alguma forma antes dele: a de Gauss, a do magnetismo e a de Faraday. A quarta, a de Ampère, também, mas estava incompleta. O que Maxwell acrescentou a ela foi um único termo, $\mu_0\varepsilon_0\frac{\partial\mathbf E}{\partial t}$. Parece pouco. Foi esse termo que fez a eletricidade e o magnetismo virarem luz. A lei de Ampère Em 1826, o francês André-Marie Ampère encontrou a regra que liga uma corrente ao campo magnético em volta dela. Em linguagem de hoje: se você percorre um caminho fechado em volta de um fio e soma a componente do campo magnético ao longo do caminho, o resultado é proporcional à corrente $I$ que atravessa qualquer superfície apoiada nesse caminho:

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A luz é uma onda eletromagnética

Mal podemos evitar a conclusão de que a luz consiste nas ondulações transversais do mesmo meio que é a causa dos fenômenos elétricos e magnéticos. — James Clerk Maxwell, “On physical lines of force” (1862), com o itálico do original No verão de 1861, em Glenlair, longe dos livros, Maxwell fez uma conta com o seu modelo de vórtices e rodinhas: se o meio que transmite as forças elétricas e magnéticas fosse sacudido, a perturbação se propagaria como uma onda. Com que velocidade? A conta dava um número que dependia só de duas constantes medidas em laboratório com ímãs e cargas. Ele não tinha os valores à mão. Quando voltou a Londres, em outubro, foi procurá-los. O número era a velocidade da luz.

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O legado de James Clerk Maxwell

Essa mudança na concepção da realidade é a mais profunda e a mais fecunda que a física experimentou desde o tempo de Newton. — Albert Einstein, no centenário de Maxwell (1931) Maxwell morreu aos 48 anos, pouco conhecido do grande público. Em vida, quase ninguém além de um pequeno grupo de físicos britânicos aceitava a sua teoria do campo. Hoje, qualquer pessoa que usa um celular depende dela dezenas de vezes por segundo.

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Créditos das imagens

Imagens históricas e fotografias Todas vêm do Wikimedia Commons. Usamos as miniaturas fornecidas pelo Commons, sem edição. Retrato de Maxwell, gravura de G. J. Stodart, 1890: página de origem · domínio público. A fita de tartã, a primeira fotografia colorida, de Maxwell e Thomas Sutton, 1861: página de origem · domínio público. Saturno visto de cima, pela nave Cassini, 2013: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute, página de origem · domínio público. Michael Faraday, fotografia da década de 1850, autor desconhecido: página de origem · domínio público. Folha de rosto do Tratado sobre eletricidade e magnetismo, Oxford, 1873: página de origem · domínio público. A estátua de Maxwell com o cão Toby, em Edimburgo, foto de Зеленый кабинет: página de origem · CC BY-SA 2.0. Figuras do blog A capa, o perfil da onda e o gráfico da distribuição de Maxwell para o nitrogênio são ilustrações originais, com versões em cada idioma do site. O gráfico foi calculado com a fórmula exata da distribuição. A discussão sobre os quatérnios e os vetores, no texto sobre as equações, aproveita trechos do antigo curso de vetores deste site.

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