Создание Максвеллом теории электромагнитного поля

     Более точную наглядную иллюстрацию уравнений  Максвелла предложил английский физик Брэгг в виде воображаемой модели, известной под названием  «цепочка Брэгга». «Представьте себе цепочку, сделанную из чередующихся железных и медных колец . Замыкая на мгновение  ключ К, мы посылаем ток от батареи в первое медное кольцо. Следующее, сделанное из железа кольцо намагничивается. Возникновение магнитного поля в нем вызывает индукционный ток в третьем кольце. Этот ток вызывает магнитное поле и т. д.»

     Генрих  Герц писал о теории Максвелла: «Нельзя  изучать эту удивительную теорию, не испытывая по времени такого чувства, будто математические формулы живут  собственной жизнью, обладают собственным  разумом — кажется, что эти  формулы умнее нас, умнее даже самого автора, как будто они дают нам больше, чем в свое время  в них заложено» .

     «Трактат  по электричеству и магнетизму»', в котором Джеймс Кларк Максвелл подвёл итоги двухвековому развитию учения об электрических и магнитных  явлениях, был издан в 1873 году. Современники называли его «библией электричества»'. Книга содержала более 1000 страниц, из которых лишь десяток относился  непосредственно к знаменитым уравнениям. Сами уравнения были разбросаны по разным частям, и было их довольно много - 12.

     Выводы  теории Максвелла получают экспериментальное подтверждение в 1887 г., когда Генрих Герц (1857-1894) экспериментально получил электромагнитные волны. С 1887 г. Герц начинает ставить свои опыты. Прежде всего, он находит способ генерирования самых высокочастотных в то время колебаний, используя открытый колебательный контур (вибратор Герца). Обладая малой емкостью и индуктивностью, вибратор действительно позволял получать колебания высокой частоты, возникающие при проскакивании искр в разрядном промежутке диполя. Рядом с этим генератором находился незамкнутый виток. Герц обнаружил, что в момент разряда в генераторе происходит проскакивание искры между незамкнутыми концами витка. Это были первые в мире передатчик и приемник.

     Далее Герц заметил, что влияние генератора на приемник особенно сильно в случае резонанса (частота колебаний генератора совпадает с собственной частотой) Продолжая исследования, Герц при  удалении резонатора от вибратора обнаружил, что в большом помещении с  увеличением расстояния размер искр не убывает монотонно, а периодически меняется. Он объяснил это тем, что  происходит интерференция прямой волны. Этот опыт наиболее убедительно доказывал, что электромагнитные волны, предсказанные  Максвеллом, действительно существуют. Герц ставит опыты с целью проверки тождества световых и электромагнитных волн.

     Почти сразу он обнаруживает ''тень''- непрозрачность металлических листов для ''электрических  лучей'', но не наблюдает огибания. Значит, диэлектрики ''прозрачны'' для волн. Но они должны вызывать преломление. И Герц обнаруживает явление преломления волн в асфальтовой призме весом более чем в тонну, причем отклонение соответствует тому, которое должно быть по Максвеллу. Последующие опыты показали существование отражения волн, а затем и поляризацию. Герц ставит между генератором и приемником решетку из параллельных проволок, от ориентации которой меняется интенсивность искры в приемнике. Зная период колебаний вибратора и измерив длину волны, Герц вычислил скорость распространения электромагнитных волн; она оказывается равной скорости света.

     Все это было изложено в работе «О лучах  электрической силы», вышедшей в  декабре 1888 года. Этот год считается  годом открытия электромагнитных волн и экспериментального подтверждения  теории Максвелла. В 1889 г., выступая на съезде немецких естествоиспытателей, Герц говорил: ''Все эти опыты очень  просты в принципе, тем не менее, они влекут за собой важнейшие  следствия. Они рушат всякую теорию, которая считает, что электрические  силы перепрыгивают пространство мгновенно. Они означают блестящую победу теории Максвелла. Насколько маловероятным  казалось ранее её воззрение на сущность света, настолько трудно теперь не разделить  это воззрение''. Если Максвелл преобразовал представления Фарадея в математические образы, то Герц превратил эти образы в видимые и слышимые электромагнитные волны. Но даже после опытов Герца учение английского физика не получило широкого распространения.

     Хевисайд переписал результаты Максвелла из их первоначальной формы к форме, выраженной в терминах современного векторного анализа, таким образом сведя систему из 20 уравнений с 12 переменными к 4 дифференциальным уравнениям, известным как уравнения Максвелла.

     Он  разрабатывал операционное исчисление, метод решения дифференциальных уравнений с помощью сведения к обыкновенным алгебраическим уравнениям, который поначалу вызвал бурную полемику из-за отсутствия строгого обоснования. Хевисайд разработал понятие вектора и векторный анализ, создал операторный метод для линейных дифференциальных уравнений.

     Хевисайд разработал теорию линий передач (известную как «телеграфные уравнения»). Хевисайд независимо ввёл вектор Пойнтинга и за три года до Лоренца нашел выражение для силы Лоренца. Хевисайд развил идею ионосферы, предсказав существование слоя Кеннелли — Хевисайда.