§6 Maxwell

 

   II.   Elektrodynamisch   gedeelte.

                    § 6. De transformatie van de Maxwell–Hertz vergelijkingen voor de lege ruimte. Over de aard van de bij een beweging in een magnetisch veld optredende elektromotorische krachten.

We gaan uit van geldigheid van de Maxwell–Hertz vergelijkingen in de lege ruimte voor het stelsel-in-rust K. Dan geldt:

              ;             

                ;              

                ;             

waarbij (X, Y, Z) de vector van de elektrische kracht en (L, M, N) die van de magnetische kracht voorstelt.
Passen we op deze vergelijkingen de in § 3 afgeleide transformatieformules toe, waarbij we de elektromagnetische gebeurtenissen op het daar ingevoerde, met een snelheid v bewegende coördinatensysteem betrekken, dan verkrijgen we de vergelijkingen:  

waarbij                                                

Het relativiteitsprincipe eist nu dat de Maxwell-Hertz vergelijkingen voor de lege ruimte, als ze in het stelsel K geldig zijn, ook in het stelsel k moeten gelden, hetgeen betekent dat voor de in het bewegende stelsel k  -  op grond van de ponderomotorische werking op een elektrisch geladen voorwerp respectievelijk een magnetisch voorwerp  -  gedefinieerde vectoren voor de elektrische kracht (X’, Y’, Z’) en de magnetische kracht (L’, M’, N’)  de volgende vergelijkingen in het bewegende stelsel k moeten gelden:

,            ,

,              ,

,             ,

Blijkbaar moeten nu de beide voor k gevonden stelsels vergelijkingen precies hetzelfde uitdrukken, omdat beide stelsels vergelijkingen equivalent moeten zijn aan de Maxwell–Hertz vergelijkingen voor het stelsel K. Aangezien de stelsels vergelijkingen op de symbolen na die de vectoren voorstellen, overeenstemmen, volgt daaruit dat de functies op overeenkomstige plaatsen in beide stelsels vergelijkingen aan elkaar gelijk moeten zijn op een, voor alle functies gemeenschappelijke factor ψ(v) na, die niet afhankelijk is van ξ, η, ζ en τ , maar wel van de snelheid v afhankelijk kan zijn. Er gelden dan de volgende betrekkingen:

X’ = ψ(v) X ,                               L’ = ψ(v) L ,

Y’ = ψ(v) γ ( Y – N ) ,             M’ = ψ(v) γ ( M + Z ) ,

Z’ = ψ(v) γ ( Z + M ) ,             N’ = ψ(v) γ ( N – Y ).

Wanneer men nu in omgekeerde richting deze stelsels vergelijkingen opstelt, wat in de eerste plaats kan door de net verkregen vergelijkingen op te lossen en in de tweede plaats door op de vergelijkingen de inverse transformatie (van k naar K ) toe te passen, die gekarakteriseerd wordt door de snelheid   –v , dan volgt daaruit, als men in gedachten houdt dat de verkregen stelsels vergelijkingen identiek moeten zijn:

ψ( v ) . ψ( –v ) = 1 .

Verder volgt uit symmetrieoverwegingen 1)

ψ( v ) = ψ( –v ) ;

er geldt dus

ψ( v ) = 1 ,

en onze vergelijkingen krijgen dus de volgende vorm:

X’ = X ,                           L’ = L ,

Y’ = γ ( Y – N ) ,         M’ = γ ( M + Z ) ,

Z’ = γ ( Z + M ) ,         N’ = γ ( N – Y ) .

Over de interpretatie van deze vergelijkingen merken we het volgende op: we gaan uit van een puntvormige hoeveelheid elektriciteit, die in het stelsel-in-rust K gemeten de grootte één heeft, dat wil zeggen dat deze hoeveelheid elektriciteit in rust in K op een even grote hoeveelheid elektriciteit op een afstand van 1 cm een kracht van 1 dyne uitoefent. Volgens het relativiteitsprincipe heeft deze elektrische lading ook in het stelsel-in-beweging gemeten de grootte "één". Als deze hoeveelheid elektriciteit in rust is ten opzichte van het stelsel-in-rust , dan is per definitie de vector (X, Y, Z) gelijk aan de kracht die op die hoeveelheid elektriciteit werkt. Is de hoeveelheid elektriciteit daarentegen ten opzichte van het stelsel-in-beweging in rust (of tenminste op het beschouwde ogenblik), dan is de erop werkende kracht, in het stelsel-in-beweging gemeten,  gelijk aan de vector (X’, Y’ ,Z’ ). De drie linker vergelijkingen hierboven kunnen derhalve op de volgende twee manieren in woorden worden uitgedrukt: 

  1. Als een puntvormige, elektrische eenheidslading zich door een elektromagnetisch veld verplaatst, dan werkt daar behalve een elektrische kracht ook een "elektromotorische kracht" op, die, bij verwaarlozing van de termen die met tweede en hogere machten van v/c worden vermenigvuldigd, gelijk is aan het door de lichtsnelheid gedeelde vectorproduct van de bewegingssnelheid van de eenheidslading en de magnetische kracht. (Oude omschrijving.)
  2. Als een puntvormige, elektrische eenheidslading zich door een elektromagnetisch veld verplaatst, dan is de hierop werkende kracht gelijk aan de ter plekke van de eenheidslading aanwezige elektrische kracht, welke men verkrijgt door de transformatie van het veld naar een ten opzichte van de elektrische eenheidslading rustend coördinatenstelsel. (Nieuwe omschrijving.)

Een analoge redenering geldt voor de "magnetomotorische krachten".

Men ziet dat de elektromotorische kracht  in de hier gepresenteerde theorie slechts de rol van een hulpbegrip speelt, dat zijn invoering te danken heeft aan het feit dat men vroeger niet heeft doorzien dat de elektrische en magnetische krachten niet een  onafhankelijke existentie bezitten, maar afhankelijk zijn van de bewegingstoestand van het coördinatenstelsel .
Verder is het duidelijk dat de in de inleiding genoemde asymmetrie verdwijnt die opduikt bij de beschouwing over de stromen die ontstaan als een magneet en een geleider zich ten opzichte van elkaar verplaatsen . Ook de vraag naar de "plaats" van de elektrodynamische en  elektromotorische krachten (unipolaire machines) heeft geen betekenis.

1) Is bijvoorbeeld  X = Y = Z =L =M = 0  en   N ≠ 0 , dan is het uit symmetrieoverwegingen duidelijk dat bij een wisseling van het teken van v zonder de getalswaarde van N te veranderen, ook het teken van  Y’ moet veranderen, zonder dat zijn getalswaarde verandert.