Mnoge naučne publikacije i časopisi nedavno su objavili članke o dostignućima u fizici i savremenim naučnicima, a retke su publikacije o fizičarima iz prošlosti. Željeli bismo da ispravimo ovu situaciju i podsjetimo na jednog od istaknutih fizičara prošlog stoljeća, Jamesa Clerka Maxwella. Ovo je poznati engleski fizičar, otac klasične elektrodinamike, statističke fizike i mnogih drugih teorija, fizičkih formula i izuma. Maxwell je postao osnivač i prvi šef Cavendish laboratorije.
Kao što znate, Maxwell je došao iz Edinburga i rođen je 1831. godine u plemićkoj porodici, koja je imala vezu sa škotskim prezimenom Clerks of Penicuik. Maxwellovo djetinjstvo proteklo je na imanju Glenlar. Džejmsovi preci su bili političari, pesnici, muzičari i naučnici. Vjerovatno je on naslijedio sklonost ka nauci.
Džejmsa je bez majke (pošto je umrla kada je on imao 8 godina) odgajao otac koji se brinuo o dečaku. Otac je želio da njegov sin studira prirodne nauke. James se odmah zaljubio u tehnologiju i brzo je razvio praktične vještine. Mali Maxwell je prve lekcije kod kuće uzeo uporno, jer mu se nisu sviđale oštre metode obrazovanja koje je koristio učitelj. Dalje školovanje odvijalo se u aristokratskoj školi, gdje je dječak pokazao velike matematičke sposobnosti. Maxwell je posebno volio geometriju.
Mnogim velikim ljudima geometrija se činila nevjerovatnom naukom, a čak je sa 12 godina govorio o udžbeniku geometrije kao o svetoj knjizi. Maksvel je voleo geometriju kao i druga naučna svetila, ali je imao loš odnos sa školskim drugovima. Stalno su mu smišljali uvredljive nadimke, a jedan od razloga je bila njegova smiješna odjeća. Maksvelovog oca smatrali su ekscentrikom i sinu je kupovao odeću koja mu je izmamila osmeh.
Maxwell je već u djetinjstvu pokazao velika obećanja na polju nauke. Godine 1814. poslan je da studira u Edinburškoj gimnaziji, a 1846. je nagrađen medaljom za zasluge u matematici. Njegov otac je bio ponosan na svog sina i dobio je priliku da predstavi jedan od naučnih radova svog sina pred odborom Edinburške akademije nauka. Ovaj rad se bavio matematičkim proračunima eliptičnih figura. Tada se ovaj rad zvao "O crtanju ovala i ovala s mnogo trikova". Napisana je 1846. godine i objavljena za široke narodne mase 1851. godine.
Maxwell je počeo intenzivno studirati fiziku nakon prelaska na Univerzitet u Edinburghu. Kalland, Forbes i drugi su postali njegovi učitelji. Odmah su u Jamesu vidjeli visok intelektualni potencijal i neodoljivu želju za proučavanjem fizike. Prije ovog perioda, Maxwell se bavio određenim granama fizike i proučavao optiku (posvetio je dosta vremena polarizaciji svjetlosti i Newtonovim prstenovima). U tome mu je pomogao poznati fizičar William Nicol, koji je svojevremeno izumio prizmu.
Naravno, Maxwellu nisu bile strane druge prirodne nauke, a posebnu pažnju je posvetio proučavanju filozofije, istorije nauke i estetike.
Godine 1850. ušao je u Kembridž, gde je Njutn nekada radio, a 1854. je stekao akademsku diplomu. Nakon toga, njegova istraživanja dotiču se oblasti električne energije i električnih instalacija. A 1855. dobio je članstvo u vijeću Triniti koledža.
Maksvelov prvi značajniji naučni rad bio je O Faradejevim linijama sile, koji se pojavio 1855. Svojevremeno je Boltzmann o Maxwellovom članku rekao da ovaj rad ima duboko značenje i pokazuje koliko svrsishodno mladi naučnik pristupa naučnom radu. Boltzmann je vjerovao da Maksvel ne samo da razumije pitanja prirodnih nauka, već je dao i poseban doprinos teorijskoj fizici. Maxwell je u svom članku iznio sve trendove u evoluciji fizike u narednih nekoliko decenija. Kasnije su Kirchhoff, Mach i. došli do istog zaključka.
Kako je nastala Cavendish laboratorija?
Po završetku studija na Kembridžu, Džejms Maksvel ostaje ovde kao učitelj, a 1860. godine postaje član Kraljevskog društva u Londonu. Istovremeno se preselio u London, gdje je dobio mjesto šefa odsjeka za fiziku na King's Collegeu na Univerzitetu u Londonu. Na ovoj poziciji radio je 5 godina.
Godine 1871. Maxwell se vratio u Cambridge i stvorio prvu laboratoriju u Engleskoj za istraživanja u oblasti fizike, koja je nazvana Cavendish Laboratory (u čast Henryja Cavendisha). Maksvel je ostatak svog života posvetio razvoju laboratorije, koja je postala pravi centar naučnih istraživanja.
Malo se zna o Maksvelovom životu, jer nije vodio beleške ili dnevnike. Bio je skromna i stidljiva osoba. Maksvel je umro u 48. godini od raka.
Šta je naučno nasleđe Džejmsa Maksvela?
Maxwellova naučna aktivnost pokrivala je mnoga područja u fizici: teoriju elektromagnetnih pojava, kinematičku teoriju plinova, optiku, teoriju elastičnosti i dr. Prvo što je zanimalo Jamesa Maxwella bilo je proučavanje i provođenje istraživanja u fiziologiji i fizici vida boja.
Maxwell je po prvi put uspio dobiti sliku u boji, koja je dobijena zahvaljujući istovremenoj projekciji crvenog, zelenog i plavog raspona. Time je Maxwell još jednom dokazao svijetu da je slika vida u boji zasnovana na trokomponentnoj teoriji. Ovo otkriće označilo je početak stvaranja fotografija u boji. U periodu od 1857-1859, Maxwell je bio u mogućnosti da istraži stabilnost Saturnovih prstenova. Njegova teorija kaže da će prstenovi Saturna biti stabilni samo pod jednim uslovom - nepovezanošću čestica ili tijela.
Od 1855. Maksvel je posebnu pažnju posvetio radu u oblasti elektrodinamike. Postoji nekoliko naučnih radova iz ovog perioda "O Faradayevim linijama sila", "O fizičkim linijama sile", "Traktat o elektricitetu i magnetizmu" i "Dinamička teorija elektromagnetnog polja".
Maxwell i teorija elektromagnetnog polja.
Kada je Maxwell počeo proučavati električne i magnetske fenomene, mnoge od njih su već bile dobro proučene. Je napravljeno Coulombov zakon, Amperov zakon, također je dokazano da su magnetske interakcije povezane djelovanjem električnih naboja. Mnogi naučnici tog vremena bili su pristalice teorije dugog dometa, koja kaže da se interakcija događa trenutno i u praznom prostoru.
Glavnu ulogu u teoriji akcije kratkog dometa odigrale su studije Majkla Faradaja (30-ih godina 19. veka). Faraday je tvrdio da je priroda električnog naboja zasnovana na okolnom električnom polju. Polje jednog naboja povezano je sa susjednim u dva smjera. Struje međusobno djeluju uz pomoć magnetskog polja. Prema Faradeyu, magnetska i električna polja su opisana od njega u obliku linija sile, koje su elastične linije u hipotetičkom mediju - u eteru.
Maxwell je podržavao Faradayevu teoriju o postojanju elektromagnetnih polja, odnosno bio je pristalica procesa koji se pojavljuju oko naboja i struje.
Maksvel je objasnio Faradejeve ideje u matematičkom obliku, što je fizici zaista bilo potrebno. Uvođenjem koncepta polja, Coulombovi i Ampereovi zakoni postali su uvjerljiviji i dublji značajniji. U konceptu elektromagnetne indukcije, Maxwell je mogao razmotriti svojstva samog polja. Pod djelovanjem naizmjeničnog magnetnog polja u praznom prostoru nastaje električno polje sa zatvorenim linijama sile. Ova pojava se naziva vrtložno električno polje.
Maxwellovo sljedeće otkriće bilo je da naizmjenično električno polje može generirati magnetsko polje, slično kao obična električna struja. Ova teorija je nazvana hipoteza struje pomaka. U budućnosti, Maxwell je izrazio ponašanje elektromagnetnih polja u svojim jednačinama.
Referenca. Maxwellove jednadžbe su jednadžbe koje opisuju elektromagnetne pojave u različitim medijima i vakuumskom prostoru, a odnose se i na klasičnu makroskopsku elektrodinamiku. Ovo je logičan zaključak izvučen iz eksperimenata zasnovanih na zakonima električnih i magnetskih fenomena.
Glavni zaključak Maxwellovih jednadžbi je konačnost širenja električnih i magnetskih interakcija, što je razlikovalo teoriju interakcije kratkog dometa i teoriju interakcije dugog dometa. Karakteristike brzine su se približile brzini svjetlosti od 300.000 km/s. To je Maxwellu dalo razlog da tvrdi da je svjetlost fenomen povezan s djelovanjem elektromagnetnih valova.
Molekularno-kinetička teorija Maksvelovih gasova.
Maxwell je doprinio proučavanju molekularne kinetičke teorije (sada se ova nauka zove statistička mehanika). Maxwell je prvi došao na ideju o statističkoj prirodi zakona prirode. Stvorio je zakon raspodjele molekula po brzinama, a uspio je izračunati i viskoznost gasova u odnosu na indikatore brzine i srednju slobodnu putanju molekula gasa. Takođe, zahvaljujući Maxwellovom radu, imamo niz termodinamičkih odnosa.
Referenca. Maksvelova distribucija je teorija distribucije brzina molekula sistema u uslovima termodinamičke ravnoteže. Termodinamička ravnoteža je uslov za translatorno kretanje molekula opisano zakonima klasične dinamike.
Maksvel je imao mnogo naučnih radova koji su objavljeni: „Teorija toplote“, „Materija i kretanje“, „Električnost u elementarnoj prezentaciji“ i drugi. Maksvel nije samo preselio nauku u to razdoblje, već je bio zainteresovan i za njegovu istoriju. Svojevremeno je uspio da objavi radove G. Cavendisha, koje je dopunio svojim komentarima.
Šta će svijet pamtiti o Jamesu Clerku Maxwellu?
Maxwell je bio aktivan u proučavanju elektromagnetnih polja. Njegova teorija o njihovom postojanju nije dobila svjetsko priznanje sve do jedne decenije nakon njegove smrti.
Maksvel je prvi klasifikovao materiju i svakoj dodelio sopstvene zakone, koji nisu svedeni na zakone Njutnove mehanike.
Mnogi naučnici su pisali o Maksvelu. Fizičar R. Feynman je za njega rekao da je Maksvel, koji je otkrio zakone elektrodinamike, gledao kroz vekove u budućnost.
Epilog. James Clerk Maxwell umro je 5. novembra 1879. u Kembridžu. Sahranjen je u malom škotskom selu u blizini njegove omiljene crkve, koja se nalazi nedaleko od njegovog porodičnog imanja.
MAXWELL James Clerk (Maxwell James Clerk (13. VI.1831 - 5. XI.1879) - Engleski fizičar, član Edinburškog (1855) i Londonskog (1861) Kraljevskog društva. R. u Edinburgu. Studirao je visoke krznene čizme u Edinburgu (1847-50) i Cambridgeu (1850-54). Na kraju potonjeg, kratko je predavao na Triniti koledžu, 1856 - 60 - profesor na Univerzitetu Aberdeen, 1860 - 65 - King's College London, od 1871 - prvi profesor eksperimentalne fizike na Kembridžu. Pod njegovim rukovodstvom nastala je čuvena Cavendish laboratorija u Kembridžu, na čijem je čelu bio do kraja života.
Radovi su posvećeni elektrodinamici, molekularnoj fizici, opštoj statistici, optici, mehanici, teoriji elastičnosti. Maxwellov najznačajniji doprinos dao je molekularnoj fizici i elektrodinamici.
U kinetičkoj teoriji gasova, čiji je jedan od osnivača, uspostavio je 1859. statistički zakon koji opisuje raspodelu molekula gasa po brzinama (Maksvelova raspodela). Godine 1866. dao je novi izvod funkcije raspodjele brzina molekula na osnovu razmatranja sudara naprijed i nazad, razvio teoriju prijenosa u općem obliku, primjenjujući je na procese difuzije, provođenja topline i unutrašnjeg trenja i uveo koncept vremena opuštanja.
Prvi je 1867. pokazao statističku prirodu drugog zakona termodinamike ("Maxwellov demon"), a 1878. uveo je termin "statistička mehanika". 
Maksvelovo najveće naučno dostignuće je teorija elektromagnetnog polja koju je stvorio 1860–65, koju je formulisao kao sistem od nekoliko jednačina (Maxwellovih jednačina) koje izražavaju sve osnovne zakone elektromagnetnih pojava (prve jednačine diferencijalnog polja napisao je Maksvel 1855. –56). Maxwell je u svojoj teoriji elektromagnetnog polja (1861) koristio novi koncept - struju pomaka, dao (1864) definiciju elektromagnetnog polja i predvidio (1865) novi važan efekat: postojanje elektromagnetnog zračenja (elektromagnetnih talasa) u slobodni prostor i njegovo širenje u prostoru brzinom svjetlosti. Potonje mu je dalo razloga da (1865.) svjetlost smatra jednom od vrsta elektromagnetnog zračenja (ideja o elektromagnetskoj prirodi svjetlosti) i da otkrije vezu između optičkih i elektromagnetskih pojava. Teoretski je izračunao pritisak svjetlosti (1873). Postavite omjer ε
= n 2 (1860).
Predvidio efekte Stewart - Tolman i Einstein - de Haas (1878), skin efekat.
Formulirao je i teoremu iz teorije elastičnosti (Maxwellov teorem), uspostavio odnose između glavnih termofizičkih parametara (Maxwellove termodinamičke relacije), razvio teoriju vida boja, proučavao stabilnost Saturnovih prstenova, pokazujući da prstenovi nisu čvrsti ili tečnost, ali su roj meteorita.
Dizajnirao niz uređaja.
Bio je poznati popularizator fizičkog znanja.
Objavio je prvi put (1879) rukopise G. Cavendish .
Kompozicije:
- Odabrani spisi o teoriji elektromagnetnog polja. - Državna izdavačka kuća tehničke i teorijske literature. M., 1952 (Serija "Klasici prirodnih nauka").
- Govori i članci. Državna izdavačka kuća tehničke i teorijske literature. M.-L., 1940 (Serija "Klasici prirodnih nauka").
- Materija i kretanje. - Izhevsk, Istraživački centar "Regularna i haotična dinamika", 2001.
- Traktat o elektricitetu i magnetizmu. - M., Nauk, 1989 (Serija "Klasici nauke"). Svezak 1. Svezak 2.
- Izvodi iz radova:
književnost:
- V. Kartsev. Maxwell. Život divnih ljudi. Mlada garda; Moskva; 1974
Filmovi:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Biografija
Rođen u porodici škotskog plemića iz plemićke porodice činovnika (Clerks).
Studirao je prvo na Akademiji u Edinburgu, Univerzitetu u Edinburgu (1847-1850), zatim na Univerzitetu u Kembridžu (1850-1854) (Peterhouse i Trinity College).
Naučna djelatnost
Maksvel je završio svoj prvi naučni rad još u školi, osmislivši jednostavan način za crtanje ovalnih oblika. Ovaj rad je objavljen na sastanku Kraljevskog društva i čak objavljen u njegovim Zbornicima. Kada je bio član odbora Triniti koledža, bavio se eksperimentima na teoriji boja, govoreći kao nasljednik Jungove teorije i Helmholtzove teorije tri osnovne boje. U eksperimentima s miješanjem boja, Maxwell je koristio poseban vrh, čiji je disk podijeljen na sektore obojene različitim bojama (Maxwellov disk). Kada se vrh okretao brzo, boje su se spojile: ako je disk obojen na način na koji su locirane boje spektra, izgledao je bijeli; ako je jedna polovina obojena crveno, a druga polovina žutom, izgledalo je narandžasto; miješanje plave i žute dalo je utisak zelene. Godine 1860. Maxwell je nagrađen Rumfordovom medaljom za svoj rad na percepciji boja i optici.
Jedno od prvih Maksvelovih radova bila je njegova kinetička teorija gasova. Naučnik je 1859. godine održao prezentaciju na sastanku Britanskog udruženja, u kojoj je naveo raspodjelu molekula po brzinama (Maxwellova raspodjela). Maxwell je razvio ideje svog prethodnika u razvoju kinetičke teorije plinova R. Clausiusa, koji je uveo koncept "srednje srednje vrijednosti slobodnog puta". Maxwell je pošao od ideje o plinu kao skupu savršeno elastičnih loptica koje se nasumično kreću u zatvorenom prostoru. Kuglice (molekule) se mogu podijeliti u grupe prema njihovim brzinama, dok u stacionarnom stanju broj molekula u svakoj grupi ostaje konstantan, iako mogu napustiti grupe i ući u njih. Iz takvog razmatranja proizilazilo je da su "čestice raspoređene prema brzinama prema istom zakonu prema kojem se raspoređuju greške posmatranja u teoriji metode najmanjih kvadrata, odnosno u skladu sa Gausovom statistikom." Kao dio svoje teorije, Maxwell je objasnio Avogadrov zakon, difuziju, provodljivost toplote, unutrašnje trenje (teorija transporta). 1867. pokazao je statističku prirodu drugog zakona termodinamike ("Maxwellov demon").
Godine 1831, godine kada je Maxwell rođen, M. Faraday je izveo klasične eksperimente koji su ga doveli do otkrića elektromagnetne indukcije. Maxwell je počeo proučavati elektricitet i magnetizam oko 20 godina kasnije, kada su postojala dva pogleda na prirodu električnih i magnetnih efekata. Naučnici kao što su A. M. Ampere i F. Neumann držali su se koncepta djelovanja dugog dometa, smatrajući elektromagnetne sile analogom gravitacijskog privlačenja između dvije mase. Faraday je bio zagovornik ideje o linijama sile koje povezuju pozitivne i negativne električne naboje, odnosno sjeverni i južni pol magneta. Linije sile ispunjavaju čitav okolni prostor (polje, Faradayevom terminologijom) i određuju električne i magnetske interakcije. Nakon Faradaya, Maxwell je razvio hidrodinamički model linija sila i izrazio tada poznate odnose elektrodinamike matematičkim jezikom koji odgovara Faradejevim mehaničkim modelima. Glavni rezultati ove studije ogledaju se u radu "Faradayeve linije sile" ( Faradejeve linije sile, 1857). 1860-1865, Maxwell je stvorio teoriju elektromagnetnog polja, koju je formulisao kao sistem jednačina (Maxwellove jednačine) opisujući osnovne zakone elektromagnetnih pojava: 1. jednačina izražava Faradejevu elektromagnetnu indukciju; 2. - magnetoelektrična indukcija, koju je otkrio Maxwell i zasnovana na konceptima struja pomaka; 3. - zakon održanja količine električne energije; 4. - vrtložna priroda magnetnog polja.
Nastavljajući da razvija ove ideje, Maxwell je došao do zaključka da bilo kakve promjene u električnom i magnetskom polju moraju uzrokovati promjene u linijama sile koje prodiru u okolni prostor, odnosno da moraju postojati impulsi (ili valovi) koji se šire u mediju. Brzina širenja ovih talasa (elektromagnetni poremećaj) zavisi od dielektrične i magnetske permeabilnosti medija i jednaka je odnosu elektromagnetne jedinice prema elektrostatičkoj jedinici. Prema Maxwellu i drugim istraživačima, ovaj omjer je 3,4 * 10 10 cm/s, što je blizu brzine svjetlosti, koju je sedam godina ranije izmjerio francuski fizičar A. Fizeau. U oktobru 1861. Maxwell je obavijestio Faradaya o svom otkriću da je svjetlost elektromagnetna smetnja koja se širi u neprovodnom mediju, odnosno neka vrsta elektromagnetnih talasa. Ova završna faza istraživanja prikazana je u Maxwellovom djelu Traktat o elektricitetu i magnetizmu, 1864., a čuveni Traktat o elektricitetu i magnetizmu (1873.) sažeo je njegov rad o elektrodinamici.
Teorija elektromagnetnog polja, a posebno zaključak iz nje o postojanju elektromagnetnih valova za vrijeme Maxwellovog života ostali su čisto teorijske odredbe koje nisu imale nikakvu eksperimentalnu potvrdu, a često su ih suvremenici doživljavali kao "igru uma". Godine 1887 Njemački fizičar Heinrich Hertz postavio je eksperiment koji je u potpunosti potvrdio Maxwellove teorijske zaključke.
Poslednjih godina svog života Maksvel se bavio pripremama za štampanje i objavljivanjem rukopisnog nasleđa Kevendiša. Dva velika toma pojavila su se u oktobru 1879.
MAXWELL (Maxwell) James Clerk ( Službenik) (1831-79), engleski fizičar, tvorac klasične elektrodinamike, jedan od osnivača statističke fizike, organizator i prvi direktor (od 1871) Cavendish laboratorije. Razvijajući ideje M. Faradaya, stvorio je teoriju elektromagnetnog polja (Maxwellove jednačine); uveo koncept struje pomaka, predvidio postojanje elektromagnetnih valova, iznio ideju o elektromagnetnoj prirodi svjetlosti. Uspostavio statističku distribuciju nazvanu po njemu. Istraživali su viskoznost, difuziju i toplotnu provodljivost gasova. On je pokazao da su prstenovi Saturna sastavljeni od odvojenih tijela. Zbornik radova o vidu boja i kolorimetriji (Maxwellov disk), optici (Maxwellov efekat), teoriji elastičnosti (Maxwellov teorem, Maxwell-Cremona dijagram), termodinamici, historiji fizike itd.
MAXWELL (Maxwell) James Clerk (13. jun 1831, Edinburg - 5. novembar 1879, Cambridge), engleski fizičar, tvorac klasične elektrodinamike, jedan od osnivača statističke fizike, osnivač jednog od najvećih svjetskih naučnih centara s kraja 19. 19. vijek. 20ti vijek - Laboratorija Cavendish; stvorio teoriju elektromagnetnog polja, predvidio postojanje elektromagnetnih valova, iznio ideju o elektromagnetnoj prirodi svjetlosti, uspostavio prvi statistički zakon - zakon raspodjele molekula po brzini, nazvan po njemu.
Porodica. Godine studija
Maksvel je bio jedini sin škotskog plemića i advokata Džona Klerka, koji je nasledio imanje supruge jednog rođaka, rođene Maksvel, svom porodičnom prezimenu dodao ovo ime. Nakon rođenja sina, porodica se preselila u Južnu Škotsku, na svoje imanje Glenlar („Sklonište u dolini“), gdje je dječak proveo svoje djetinjstvo. Njegov otac je 1841. poslao Džejmsa u školu pod nazivom Edinburška akademija. Ovdje, sa 15 godina, Maxwell je napisao svoj prvi naučni članak "O crtanju ovala". Godine 1847. upisao je Univerzitet u Edinburgu, gde je studirao tri godine, a 1850. se preselio na Univerzitet u Kembridžu, gde je diplomirao 1854. U to vreme Maksvel je bio prvoklasni matematičar sa izvanredno razvijenom intuicijom fizičara.
Stvaranje Cavendish laboratorije. Nastavni rad
Nakon diplomiranja, Maxwell je ostavljen u Kembridžu radi predavača. Godine 1856. dobio je zvanje profesora na Marishall koledžu na Univerzitetu Aberdeen (Škotska). Godine 1860. izabran je za člana Kraljevskog društva u Londonu. Iste godine se preselio u London, prihvativši ponudu da preuzme mjesto šefa odsjeka za fiziku na King's Collegeu na Londonskom univerzitetu, gdje je radio do 1865. godine.
Vrativši se na Univerzitet Kembridž 1871. godine, Maksvel je organizovao i vodio prvu specijalno opremljenu laboratoriju u Velikoj Britaniji za fizičke eksperimente, poznatu kao Cavendish Laboratory (po engleskom naučniku G. Cavendishu). Formiranje ove laboratorije, koja je na prijelazu 19.-20. pretvoren u jedan od najvećih centara svjetske nauke, Maxwell je posvetio posljednje godine svog života.
Malo se zna o Maksvelovom životu. Stidljiv, skroman, trudio se da živi u samoći; nije vodio dnevnike. Godine 1858. Maxwell se oženio, ali porodični život je, očigledno, bio neuspješan, pogoršao njegovu nedruštvenost, udaljio ga od bivših prijatelja. Postoji pretpostavka da su mnogi važni materijali o Maksvelovom životu izgubljeni tokom požara 1929. godine u njegovoj kući u Glenlaru, 50 godina nakon njegove smrti. Umro je od raka u 48. godini.
Naučna djelatnost
Maxwellov neobično širok opseg naučnih interesovanja pokrivao je teoriju elektromagnetnih pojava, kinetičku teoriju gasova, optiku, teoriju elastičnosti i još mnogo toga. Jedno od njegovih prvih radova bilo je istraživanje fiziologije i fizike vida boja i kolorimetrije, započeto 1852. 1861. Maksvel je prvi put dobio sliku u boji tako što je istovremeno projicirao crvene, zelene i plave prozirne folije na ekran. Ovo je dokazalo valjanost trokomponentne teorije vida i naznačilo načine za kreiranje fotografije u boji. U radovima iz 1857-59, Maxwell je teorijski istraživao stabilnost Saturnovih prstenova i pokazao da Saturnovi prstenovi mogu biti stabilni samo ako se sastoje od nepovezanih čestica (tijela).
Godine 1855. Maxwell je započeo ciklus svojih glavnih radova o elektrodinamici. Objavljeni su članci "O Faradejevim linijama polja" (1855-56), "O linijama fizičkog polja" (1861-62) i "Dinamička teorija elektromagnetnog polja" (1869). Istraživanje je završeno objavljivanjem dvotomne monografije Traktat o elektricitetu i magnetizmu (1873.).
Stvaranje teorije elektromagnetnog polja
Kada je Maksvel 1855. počeo da istražuje električne i magnetne fenomene, mnoge od njih su već bile dobro proučene: posebno su ustanovljeni zakoni interakcije stacionarnih električnih naelektrisanja (Coulombov zakon) i struja (Amperov zakon); dokazano je da su magnetne interakcije interakcije pokretnih električnih naboja. Većina naučnika tog vremena vjerovala je da se interakcija prenosi trenutno, direktno kroz prazninu (teorija dugog dometa).
Odlučan zaokret ka teoriji djelovanja kratkog dometa napravio je M. Faraday 1930-ih godina. 19. vijek Prema Faradayjevim idejama, električni naboj stvara električno polje u okolnom prostoru. Polje jednog naboja djeluje na drugo, i obrnuto. Interakcija struja se vrši pomoću magnetnog polja. Faraday je opisao distribuciju električnih i magnetnih polja u prostoru uz pomoć linija sile, koje, po njegovom mišljenju, podsjećaju na obične elastične linije u hipotetičkom mediju - svjetskom etru.
Maxwell je u potpunosti prihvatio Faradejeve ideje o postojanju elektromagnetnog polja, odnosno o realnosti procesa u svemiru u blizini naboja i struja. Vjerovao je da tijelo ne može funkcionirati tamo gdje ne postoji.
Prvo što je Maksvel učinio bilo je da je Faradejevim idejama dao rigoroznu matematičku formu, tako neophodnu u fizici. Pokazalo se da su uvođenjem pojma polja, Coulombovi i Ampereovi zakoni počeli da se izražavaju najpotpunije, dublje i graciozno. U fenomenu elektromagnetne indukcije, Maxwell je vidio novo svojstvo polja: naizmjenično magnetsko polje stvara u praznom prostoru električno polje sa zatvorenim linijama sile (tzv. vrtložno električno polje).
Sljedeći, i posljednji, korak u otkrivanju osnovnih svojstava elektromagnetnog polja napravio je Maxwell bez ikakvog oslanjanja na eksperiment. On je napravio briljantnu pretpostavku da naizmjenično električno polje stvara magnetsko polje, poput obične električne struje (hipoteza struje pomaka). Do 1869. godine, svi osnovni zakoni koji regulišu ponašanje elektromagnetnog polja bili su uspostavljeni i formulisani kao sistem od četiri jednačine, nazvane Maksvelove jednačine.
Iz Maxwellovih jednačina slijedio je fundamentalni zaključak: konačnost brzine širenja elektromagnetnih interakcija. Ovo je glavna stvar koja razlikuje teoriju djelovanja kratkog dometa od teorije djelovanja dugog dometa. Ispostavilo se da je brzina jednaka brzini svjetlosti u vakuumu: 300.000 km/s. Iz ovoga je Maksvel zaključio da je svetlost oblik elektromagnetnih talasa.
Radi na molekularno-kinetičkoj teoriji gasova
Maxwellova uloga u razvoju i razvoju molekularno-kinetičke teorije (moderni naziv je statistička mehanika) je izuzetno velika. Maxwell je bio prvi koji je dao izjavu o statističkoj prirodi zakona prirode. Godine 1866. otkrio je prvi statistički zakon - zakon raspodjele molekula po brzinama (Maxwellova raspodjela). Osim toga, izračunao je vrijednosti viskoziteta plinova u zavisnosti od brzina i srednjeg slobodnog puta molekula, te izveo niz termodinamičkih relacija.
Maksvel je bio sjajan popularizator nauke. Napisao je niz članaka za Encyclopædia Britannica i popularne knjige: "Teorija toplote" (1870), "Materija i kretanje" (1873), "Električnost u osnovnoj prezentaciji" (1881), koje su prevedene na ruski; držao predavanja i izvještaje na fizičke teme za široku publiku. Maksvel je takođe pokazao veliko interesovanje za istoriju nauke. Godine 1879. objavio je radove G. Cavendisha o elektricitetu, dajući im opširne komentare.
Uvažavanje Maxwellovog rada
Radovi naučnika nisu bili cijenjeni od strane njegovih savremenika. Ideje o postojanju elektromagnetnog polja činile su se proizvoljnim i neproduktivnim. Tek nakon što je G. Hertz 1886-89 eksperimentalno dokazao postojanje elektromagnetnih talasa koje je predvideo Maksvel, njegova teorija je dobila univerzalno priznanje. To se dogodilo deset godina nakon Maksvelove smrti.
Nakon eksperimentalne potvrde realnosti elektromagnetnog polja, došlo je do temeljnog naučnog otkrića: postoje različite vrste materije, a svaka od njih ima svoje zakone koji se ne mogu svesti na zakone Njutnove mehanike. Međutim, sam Maxwell jedva da je toga bio jasno svjestan i u početku je pokušao izgraditi mehaničke modele elektromagnetnih pojava.
Američki fizičar R. Feynman je odlično rekao o ulozi Maksvela u razvoju nauke: „U istoriji čovečanstva (ako je pogledate, recimo, za deset hiljada godina), najznačajniji događaj 19. veka će nesumnjivo biti Maxwellovo otkriće zakona elektrodinamike.U pozadini ovog važnog naučnog otvaranja, građanski rat u Americi u istoj deceniji će izgledati kao provincijski incident.
Maxwell nije sahranjen u grobnici velikih ljudi Engleske - Westminsterskoj opatiji - već u skromnom grobu pored svoje voljene crkve u škotskom selu, nedaleko od porodičnog imanja.
James Maxwell je fizičar koji je prvi formulirao osnove klasične elektrodinamike. U upotrebi su i danas. Poznata je poznata Maxwellova jednadžba, on je taj koji je u ovu nauku uveo pojmove kao što su struja pomaka, elektromagnetno polje, predviđeni elektromagnetni valovi, priroda i pritisak svjetlosti i napravio mnoga druga važna otkrića.
Fizika detinjstvo
Fizičar Maksvel rođen je u 19. veku, 1831. godine. Rođen je u Edinburgu, Škotska. Junak našeg članka dolazi iz klana činovnika, njegov otac je imao porodično imanje u Južnoj Škotskoj. Godine 1826. pronašao je ženu po imenu Frances Kay, vjenčali su se, a 5 godina kasnije im se rodio James.
U djetinjstvu, Maxwell i njegovi roditelji preselili su se na imanje Middleby, gdje je proveo svoje djetinjstvo, koje je u velikoj mjeri zasjenila smrt njegove majke od raka. Već u prvim godinama života aktivno se zanimao za vanjski svijet, volio je poeziju, bio je okružen takozvanim "naučnim igračkama". Na primjer, prethodnik kinematografije je "magični disk".
Sa 10 godina počeo je da uči kod kućnog učitelja, ali se to pokazalo neefikasnim, pa se 1841. preselio u Edinburg da živi kod tetke. Ovdje je počeo pohađati Edinburšku akademiju, koja je naglašavala klasično obrazovanje.
Studira na Univerzitetu u Edinburgu
Godine 1847. budući fizičar James Maxwell počeo je studirati u Tutu, proučavao je radove iz fizike, magnetizma i filozofije, postavio brojne laboratorijske eksperimente. Najviše su ga zanimala mehanička svojstva materijala. Proučavao ih je uz pomoć polarizirane svjetlosti. Fizičar Maxwell je imao takvu priliku nakon što mu je kolega William Nicol poklonio dva polarizirajuća uređaja koja je sam sastavio.
U to vrijeme napravio je veliki broj modela od želatine, podvrgavao ih deformacijama, pratio slike u boji u polariziranom svjetlu. Uspoređujući svoje eksperimente s teorijskim istraživanjima, Maxwell je zaključio mnoge nove obrasce i testirao stare. U to vrijeme rezultati ovog rada bili su izuzetno važni za konstrukcijsku mehaniku.
Maxwella u Kembridžu
1850. Maksvel želi da nastavi školovanje, iako njegov otac nije oduševljen ovom idejom. Naučnik odlazi u Kembridž. Tamo ulazi na jeftin Peterhouse College. Nastavni plan i program koji je tamo bio dostupan nije zadovoljio Jamesa, a osim toga, studiranje u Peterhouseu nije davalo nikakve izglede.
Tek na kraju prvog semestra uspio je uvjeriti oca i prebaciti se na prestižniji Trinity College. Dvije godine kasnije postaje stipendista, dobija zasebnu sobu.
Istovremeno, Maxwell se praktično ne bavi naučnim aktivnostima, više čita i pohađa predavanja istaknutih naučnika svog vremena, piše poeziju i učestvuje u intelektualnom životu univerziteta. Junak našeg članka puno komunicira s novim ljudima, zbog čega nadoknađuje svoju prirodnu stidljivost.
Maxwellova dnevna rutina bila je zanimljiva. Od 7 do 17 sati radio je, pa zaspao. Ponovo sam ustajao u 21.30, čitao, a od dva do pola tri ujutru sam se bavio džogiranjem pravo po hodnicima hostela. Nakon toga je ponovo otišao u krevet da prespava do jutra.
Elektro radovi
Tokom svog boravka u Kembridžu, fizičar Maksvel se ozbiljno zainteresovao za probleme električne energije. Istražuje magnetne i električne efekte.
Do tada je Michael Faraday iznio teoriju elektromagnetne indukcije, linije sile koje su sposobne povezati negativne i pozitivne električne naboje. Međutim, Maxwellu se ovakav koncept djelovanja na daljinu nije sviđao, njegova intuicija mu je govorila da negdje postoje kontradiktornosti. Stoga je odlučio da konstruiše matematičku teoriju koja bi kombinovala rezultate koje su dobili zagovornici akcije dugog dometa i Faradejevu reprezentaciju. Koristio je metod analogije i primijenio rezultate koje je prethodno postigao William Thomson u analizi procesa prijenosa topline u čvrstim tvarima. Tako je po prvi put dao obrazloženo matematičko opravdanje za to kako se prijenos električnog djelovanja odvija u određenom okruženju.
Snimci u boji
1856. Maksvel je otišao u Aberdin, gde se ubrzo oženio. U junu 1860. godine, na konvenciji Britanskog udruženja, koja se održava u Oksfordu, junak našeg članka daje važan izvještaj o svojim istraživanjima na polju teorije boja, pojačavajući ih specifičnim eksperimentima koristeći kutiju u boji. Iste godine odlikovan je medaljom za rad na kombinaciji optike i boja.
Godine 1861. daje nepobitan dokaz ispravnosti svoje teorije u Kraljevskoj instituciji - ovo je fotografija u boji, na kojoj je radio od 1855. godine. Ovo niko na svetu nije uradio ranije. Negative je snimao kroz nekoliko filtera - plavi, zeleni i crveni. Osvjetljavanjem negativa kroz iste filtere uspijeva dobiti sliku u boji.
Maxwellova jednadžba
Thomson je također imao snažan utjecaj na biografiju Jamesa Clerka Maxwella. Kao rezultat, dolazi do zaključka da magnetizam ima vrtložnu prirodu, a električna struja - translacijsku. On kreira mehanički model da sve vizuelno demonstrira.
Kao rezultat, struja pomaka dovela je do poznate jednadžbe kontinuiteta, koja se i danas koristi za električni naboj. Prema savremenicima, ovo otkriće je bio Maxwellov najznačajniji doprinos modernoj fizici.
poslednje godine života
Maksvel je proveo poslednje godine svog života u Kembridžu na raznim administrativnim pozicijama, postavši predsednik Filozofskog društva. Zajedno sa svojim studentima proučavao je širenje talasa u kristalima.
Zaposleni koji su sa njim radili više puta su istakli da je bio maksimalno jednostavan u komunikaciji, da se u potpunosti posvetio istraživanju, da je imao jedinstvenu sposobnost da pronikne u suštinu samog problema, da je bio veoma pronicljiv, a da je adekvatno odgovarao na kritike, nikada nije težio postao poznat, ali je u isto vrijeme bio sposoban za vrlo rafiniran sarkazam.
Prvi simptomi teške bolesti pojavili su se 1877. godine, kada je Maxwell imao samo 46 godina. Sve je više počeo da se guši, bilo mu je teško da jede i guta hranu, pojavili su se jaki bolovi.
Dve godine kasnije bilo mu je veoma teško da drži predavanja, da govori u javnosti, vrlo brzo se umorio. Ljekari su konstatovali da se njegovo stanje stalno pogoršava. Dijagnoza ljekara je bila razočaravajuća - rak trbušne šupljine. Krajem godine, konačno oslabljen, vratio se iz Glenlarea u Cambridge. Dr Džejms Pedžet, poznat u to vreme, pokušao je da mu ublaži patnju.
U novembru 1879. Maxwell je umro. Kovčeg s njegovim tijelom prevezen je iz Kembridža na porodično imanje, sahranjen pored njegovih roditelja na malom seoskom groblju u Partonu.
Olimpijada u čast Maksvela
Uspomena na Maxwella sačuvana je u nazivima ulica, zgrada, astronomskih objekata, nagrada i dobrotvornih fondacija. Maxwellova fizička olimpijada se takođe održava svake godine u Moskvi.
Izvodi se za učenike od 7. do 11. razreda. Za učenike 7-8 razreda, rezultati Maxwellove olimpijade iz fizike su zamjena za regionalnu i sverusku etapu Olimpijade za školarce iz fizike.
Za učešće u regionalnoj fazi potrebno je da sakupite dovoljno bodova u preliminarnoj selekciji. Regionalna i završna faza Maxwell fizičke olimpijade održavaju se u dvije etape. Jedan od njih je teorijski, a drugi eksperimentalni.
Zanimljivo je da se zadaci Maxwellove olimpijade iz fizike u svim fazama po težini podudaraju s testovima završnih faza Sveruske olimpijade za školsku djecu.