Equações de Maxwell – as leis fundamentais do magnetismo

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Universidade Federal do Oeste do Pará

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The work presents a theoretical construction of Maxwell's equations, which constitute the fundamental equations for the description of electromagnetic phenomena. The study begins with electrostatics, in which the electric field is defined from Coulomb's law, followed by the formulation of Gauss's law in both differential and integral forms. From the conservative nature of the electric field, the scalar potential and Poisson's equation are introduced. Next, magnetostatics is addressed, establishing the magnetic scalar potential, the Biot-Savart law, Gauss's law for magnetism, and Ampère's law, culminating in the definition of the vector potential. The work then advances to the context of electrodynamics, in which electromotive force, Faraday's law, and the displacement current introduced by Maxwell are discussed — a development that generalizes Ampère's law for non-stationary regimes and allows the complete formulation of Electromagnetism. Subsequently, the behaviors of fields in conductive materials, dielectrics, and magnetic materials are analyzed, with emphasis on electric polarization, the electric displacement vector, magnetization, and boundary conditions. Finally, after establishing Maxwell's equations in vacuum and in material media, the work converges to the electromagnetic wave equation, a result that unifies Optics and Electromagnetism.

Resumo

O trabalho apresenta uma construção teórica das equações de Maxwell, as quais constituem as equações fundamentais para a descrição dos fenômenos eletromagnéticos. O estudo parte da eletrostática, na qual se define o campo elétrico a partir da lei de Coulomb, sendo em seguida formulada a lei de Gauss nas formas diferencial e integral. A partir do caráter conservativo do campo elétrico, introduz-se o potencial escalar e a equação de Poisson. Na sequência, aborda-se a magnetostática, estabelecendo-se o potencial escalar magnético, a lei de Biot-Savart, a lei de Gauss para o magnetismo e a lei de Ampère, finalizand-se pela definição do potencial vetorial. O trabalho avança para o contexto da eletrodinâmica, no qual são discutidas a força eletromotriz, a lei de Faraday e a corrente de deslocamento introduzida por Maxwell, feito que generaliza a lei de Ampère para regimes não-estacionários e permite a formulação completa do Eletromagnetismo. Em seguida, são analisados os comportamentos dos campos nos materiais condutores, dielétricos e materiais magnéticos com destaque para a polarização elétrica, o vetor deslocamento elétrico, a magnetização e as condições de contorno. Por fim, após estabelecidas as equações de Maxwell no vácuo e em meios materiais, o trabalho converge para a equação de ondas eletromagnéticas, resultado que unifica a Óptica e o Eletromagnetismo.

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Citação

SHIIYA, Márcia Shiguemi. Equações de Maxwell – as leis fundamentais do magnetismo. Orientador: Karlúcio Heleno Castro Castello Branco. 2026. 133 p. TCC (Trabalho de Conclusão de Curso) – Instituto de Ciências da Educação, Licenciatura em Matemática e Física, Universidade Federal do Oeste do Pará, Santarém, 2026. Disponível em: ttps://repositorio.ufopa.edu.br/handle/123456789/3339. Acesso em: .

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