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Équation de Maxwell-Faraday

1861
  • Michael Faraday
  • James Clerk Maxwell
Installation de laboratoire illustrant l'équation de Maxwell-Faraday en électromagnétisme.

(generate image for illustration only)

This is the differential form of Faraday’s law of induction, one of Maxwell’s four equations. It states that a time-varying magnetic field ([latex]\mathbf{B}[/latex]) always accompanies a spatially varying, non-conservative electric field ([latex]\mathbf{E}[/latex]). The relationship is expressed as [latex]\nabla \times \mathbf{E} = -\frac{\partial \mathbf{B}}{\partial t}[/latex]. This equation governs how changing magnetic fields create electric fields at a specific point in space.

The Maxwell-Faraday equation is a fundamental law of electromagnetism that describes how a changing magnetic field generates an electric field. In its differential form, [latex]\nabla \times \mathbf{E} = -\frac{\partial \mathbf{B}}{\partial t}[/latex], it provides a localized, microscopic description of this phenomenon. Here, [latex]\nabla \times[/latex] is the curl operator, which measures the rotational tendency of a vector field. [latex]\mathbf{E}[/latex] represents the electric field, and [latex]\mathbf{B}[/latex] is the magnetic field. The term [latex]\frac{\partial \mathbf{B}}{\partial t}[/latex] is the partial derivative of the magnetic field with respect to time, signifying its rate of change at a specific point in space.

A key implication of this equation is that the induced electric field is non-conservative. A conservative vector field has a curl of zero, meaning the line integral around any closed loop is zero. Since the curl of [latex]\mathbf{E}[/latex] is non-zero in the presence of a changing magnetic field, the work done by this electric field on a charge moving in a closed loop is not zero. This non-zero work per unit charge is precisely the electromotive force (EMF) that drives current in a conductor.

This equation was James Clerk Maxwell’s generalization of Michael Faraday’s experimental findings from 1831. Faraday observed that changing magnetic flux through a circuit induced a current, but he described it in terms of flux and EMF. Maxwell reformulated this observation into a local field equation, making it a cornerstone of his unified theory of electromagnetism. It elegantly connects electricity and magnetism, showing they are not separate phenomena but two facets of a single electromagnetic field. This formulation is crucial for deriving the wave equation for electromagnetic radiation, predicting the existence of light waves, radio waves, and other forms of electromagnetic energy propagating through space.

UNESCO Nomenclature: 2205
– Electromagnetism

Taper

Loi physique

Perturbation

Fondamentaux

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Hans Christian Ørsted’s discovery of the magnetic effect of electric current (1820)
  • André-Marie Ampère’s formulation of the law governing forces between currents
  • Michael Faraday’s experimental discovery of electromagnetic induction (1831)
  • Le développement du calcul vectoriel

Applications

  • générateurs électriques
  • moteurs à induction
  • transformateurs
  • transfert d'énergie sans fil
  • cuisson à induction
  • têtes d'enregistrement magnétiques
  • accélérateurs de particules

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

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