James Clerk Maxwell - Pai da Teoria Moderna do Eletromagnetismo

James Clerk Maxwell (Edimburgo, 13 de Junho de 1831 — Cambridge, 5 de Novembro de 1879) foi um físico e matemático britânico. 

Ele é mais conhecido por ter dado a sua forma final à teoria moderna do eletromagnetismo, que une a eletricidade, o magnetismo e a óptica. Esta é a teoria que surge das equações de Maxwell, assim chamadas em sua honra e porque ele foi o primeiro a escrevê-las juntando a lei de Ampère, por ele próprio modificada, a lei de Gauss, e a lei da indução de Faraday. Maxwell demonstrou que os campos eléctricos e magnéticos se propagam com a velocidade da luz. 

Ele apresentou uma teoria detalhada da luz como um efeito electromagnético, isto é, que a luz corresponde à propagação de ondas eléctricas e magnéticas, hipótese que tinha sido posta por Faraday. Demonstrou em 1864 que as forças elétricas e magnéticas têm a mesma natureza: uma força elétrica em determinado referencial pode tornar-se magnética se analisada noutro, e vice-versa. Ele também desenvolveu um trabalho importante em mecânica estatística, tendo estudado a teoria cinética dos gases e descoberto a chamada distribuição de Maxwell-Boltzmann. 

Maxwell é considerado por muitos o mais importante físico do séc. XIX, o seu trabalho em electromagnetismo foi a base da relatividade restrita de Einstein e o seu trabalho em teoria cinética de gases fundamental ao desenvolvimento posterior da mecânica quântica.

Sua vida

James Clerk Maxwell nasceu em 13 de junho de 1831 na Rua India, 14, em Edimburgo, filho de John Clerk Maxwell, um advogado, e Frances Maxwell O pai de Maxwell era um homem com confortáveis meios financeiros, aparentado com a família Clerk de Penicuik, Midlothian, os titulares do baronato de Clerk de Penicuik, sendo seu irmão o sexto barão. Nascera John Clerk, adicionando o sobrenome Maxwell ao seu próprio depois de ter herdado uma propriedade rural em Middlebie, Kirkcudbrightshire, a partir das conexões com a família de Maxwell, eles próprios membros do pariato.

Os pais de Maxwell não se conheceram e se casaram, até que tivessem passado dos trinta anos, o que era incomum para a época, e Frances Maxwell tinha quase 40 quando James nasceu. Eles tinham tido anteriormente uma criança, uma filha, Elizabeth, que morreu na infância. Chamaram seu único filho sobrevivente de James, um nome que tinha sido usado não só pelo seu avô, mas também por muitos outros de seus ancestrais.

 

Os seus pais John Clerk Maxwell e Frances Maxwell possuíam extensas terras no campo escocês, onde ele cresceu. A sua mãe adoeceu, provavelmente com cancro, e morreu em 1839. Aos 10 anos de idade, Maxwell foi para escola em Edimburgo. Ele fez a universidade em Edimburgo, pensando que aí teria mais possibilidade de vir a ser cientista, do que em uma universidade mais prestigiosa como por exemplo Cambridge onde também tinha sido aceito. Na universidade de Edimburgo, graduou-se em Filosofia Natural (como era nessa época denominada a Física), Filosofia Moral e Filosofia Mental. Em 1850 ele vai estudar matemática na Universidade de Cambridge, mais precisamente no Trinity College. É nesta época que Maxwell inicia o seu estudo das equações de eletromagnetismo, que continuaria praticamente toda a sua vida. Em 1854, graduou-se, entre os melhores estudantes do seu ano, e imediatamente depois apresenta um brilhante artigo à Sociedade Filosófica de Cambridge com o título "On the Transformation of Surfaces by Bending", um dos poucos artigos puramente matemáticos que escreveu.

James e Katherine Maxwell em 1869

Em 1856 Maxwell se tornou professor em Aberdeen, e casa-se aos 27 anos com Katherine Mary Dewar, com quem nunca teve filhos. De 1855 a 1872 publicou com intervalos uma série de investigações sobre a percepção da cor e o daltonismo pela qual receberia a medalha Rumford da Royal Society em 1860. Em 1859 recebeu o prémio Adams por um artigo sobre a estabilidade dos anéis de Saturno, em que demonstra que estes não podem ser completamente sólidos nem fluidos. A estabilidade destes anéis implica que eles têm de ser constituídos por numerosas pequenas partículas sólidas. Do mesmo modo provou que o sistema solar não podia ser formado pela condensação de uma nébula puramente gasosa, mas que esta nébula tinha que conter também pequenas partículas sólidas. Foi também nesta época que Maxwell fez os seus trabalhos mais importantes em física estatística, tendo generalizado o trabalho iniciado por Clausius em que este punha a hipótese de que um gás era formado por moléculas que se movem a uma certa velocidade e que vão mudando de velocidade ao chocar entre si. Maxwell considerou que as partículas se tinham que mover a diferentes velocidades e estudou a distribuição da velocidade destas. Em 1868 a continuação deste trabalho feita por Boltzmann daria origem à chamada distribuição de Maxwell-Boltzmann e ao campo da mecânica estatística.

A primeira fotografia colorida, feita por Maxwell, em 1861.

Em 1860 foi nomeado professor no King's College de Londres e em 1861 foi eleito membro da Royal Society. Durante este período investigou temas em elasticidade e em geometria pura, mas também prosseguiu os seus estudos em visão e óptica, tendo por exemplo demonstrado que se pode produzir uma fotografia a cores utilizando filtros vermelho, verde e azul e sobrepondo as três imagens assim obtidas (ver ao lado imagem da primeira fotografia a cores na história, obtida por este método). 

Após a morte de seu pai, em 1865, Maxwell se aposentou para cuidar das terras da família. Nesta época faz importantes contribuições à física experimental, realizando com a sua esposa uma série de experiências sobre a viscosidade dos gases, em que demonstraram por exemplo que a viscosidade de um gás é independente da sua densidade.

Em 1870 ele publicou o livro "A teoria do calor", que dá a forma final à Termodinâmica moderna e será enormemente influente na física do século XX e em 1871 ele inventou o conceito de Demónio de Maxwell, para demonstrar que a segunda lei da termodinâmica, que diz que a entropia nunca decresce, tem um carácter estatístico. Neste ano ainda aceita dirigir o novo Laboratório Cavendish, em Cambridge. Ele mesmo supervisionou a construção do edifício e a compra de todos os aparelhos científicos. Ele tinha acabado de estabelecer o laboratório como centro de excelência científica quando morreu. 

Durante este período, Maxwell preparou zelosamente a publicação das investigações completas de Henry Cavendish, incluindo os seus estudos de electricidade, o que viria a ser a sua última importante contribuição para a ciência.

Em 1873 ele publicou o Tratado sobre Electricidade e Magnetismo, livro que continha todas as suas ideias sobre este tema e que condensa todo o trabalho que foi fazendo ao longo dos anos. Ele estava preparando uma revisão abrangente deste tratado com as suas novas descobertas neste tema quando morreu em Cambridge prematuramente de cancro do abdómen. Foi enterrado em Parton Kirk, na Escócia.

Referências bibliográficas

• Campbell, Lewis. The Life of James Clerk Maxwell. Edinburgh: MacMillan, 1882.
• Tolstoy, Ivan. James Clerk Maxwell: A Biography. [S.l.]: University of Chicago Press, 1982.