EM : Les prédictions de Maxwell (1831-1879)

Pendant les premiers stades l’étude et le développement des phénomènes électriques et magnétiques étaient considérés comme indépendants. Cependant, en 1865, James Clerk Maxwell (1831-1879) fournit une théorie mathématique qui montra une relation étroite entre tous les phénomènes électriques et magnétiques.

En plus d’avoir unifié les champs distincts de l’électricité et du magnétisme avec sa théorie mathématiques, celle-ci prédit que les champs électriques et magnétiques peuvent se déplacer à travers l’espace comme des vagues (ondes). La théorie qu’il développa, se basait sur les quatre éléments suivants :

  • Les lignes de champ électrique démarrent au voisinage des charges positives et se terminent au voisinage des charges négatives.
  • Les lignes de champ magnétique forment toujours des boucles fermées, elles ne démarrent nulle part, ni ne commencent nulle part.
  • Un champ magnétique variable induit une force électromotrice et donc un champ électrique. Il s’agit d’une déclaration de la loi de Faraday (voir EM : Induction électromagnétique)
  • Les champs magnétiques sont générés par des charges en mouvement (ou courant), comme le résume la loi d’Ampère (voir EM : Le lien entre l’électricité et le magnétisme découvert par Oersted)

La première affirmation est une conséquence de la nature de la force électrostatique entre les particules chargées, donnée par la loi de Coulomb. Elle incarne le fait que des charges libres (des monopoles électriques) existent dans la nature. C’est-à-dire que l’on peut mettre dans sa poche un électron (chargé négativement) et se promener.

La seconde affirmation déclare que les champs magnétiques forment des boucles fermées, illustrées par les lignes de champ magnétique qui forment des cercles autour d’un long fil droit parcouru par un courant (voir ci-dessous). Ces lignes de champ sont des cercles fermés, comme celles d’un aimant, qui forment des boucles fermées. Elle dit, contrairement à la première affirmation, que les charges magnétiques libres (des monopoles magnétiques) n’existent pas dans la nature. C’est-à-dire, dans la nature, il n’existe pas de pôle nord magnétique sans un pôle sud.

Lignes de champ magnétique

Lignes de champ magnétique

Pour les deux autres affirmations, voir les articles mentionnés.

Une des plus grandes découvertes du XIXème siècle a été celle de Maxwell qui a utilisé ces quatre états dans un cadre mathématiques afin de prouver que les champs électriques et magnétiques jouent des rôles symétriques dans la nature. A l’aide des expériences il avait été prouvé qu’à l’aide d’un champ magnétique variable, un champ électrique était produit grâce à Faraday.

Maxwell estima que la nature était symétrique, et il a donc émis l’hypothèse que l’évolution d’un champ électrique doit produire un champ magnétique. Cette hypothèse n’avait pas pu être prouvée expérimentalement au moment où il a développé sa théorie, parce que les champs magnétiques générés par l’évolution des champs électriques sont généralement très faibles et donc difficiles à détecter. En fait, ce qu’Oersted avait pu identifier, c’était le changement de direction de l’aiguille d’une boussole (qui permet d’imaginer une variation du champ magnétique) lors de l’ouverture ou de fermeture d’un circuit électrique.

Pour justifier son hypothèse, Maxwell effectua une recherche pour d’autres phénomènes qui pourraient être expliqués par elle. Il tourna son attention aux mouvements d’oscillations rapides (accélération) de charges, tels que celles d’une tige conductrice reliée à une tension alternative. Ces charges sont accélérées et, selon les prévisions de Maxwell, génèrent des champs électriques et magnétiques variables. Ces variations causent des perturbations électromagnétiques qui se déplacent à travers l’espace comme des vagues (ondes), semblables à des vagues d’eau qui se propagent, lorsque l’on jette un caillou dans un point d’eau.

Les ondes émises par les charges qui oscillent sont des champs électriques et magnétiques qui fluctuent, de sorte qu’elles sont appelées ondes électromagnétiques. A l’aide de la loi de Faraday et de sa propre généralisation de la loi d’Ampère, Maxwell calcula la vitesse des ondes et démontra que celle-ci est égale à la vitesse de la lumière.

Il conclut que la lumière visible et d’autres ondes électromagnétiques sont composées de champs électriques et magnétiques qui fluctuent en permanence traversant l’espace vide. Chaque champ variable induisant l’autre ! Ce fut vraiment une des plus grandes découvertes de la science, au même titre que la découverte de Newton des lois du mouvement. Comme pour les lois de Newton, sa découverte eut une influence profonde sur l’évolution de la science.


Les vues présentées sont les miennes et peuvent évoluer sans qu’il soit nécessaire de faire une mise à jour dans l’article même. Il se pourrait que j’apporte des rectifications ou évolutions dans l’avenir dans un autre article, si de nouveaux éléments viennent contredire mes propos. Les articles présentés ne constituent en rien une invitation à suivre aveuglement.

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