Cosa ha fatto James Maxwell in fisica. Scoperta dell'induzione elettromagnetica e dei fenomeni magneto-ottici

Molte pubblicazioni e riviste scientifiche hanno recentemente pubblicato articoli sui risultati ottenuti nel campo della fisica e degli scienziati moderni, e le pubblicazioni sui fisici del passato sono rare. Vorremmo correggere questa situazione e ricordare uno dei fisici eccezionali del secolo scorso, James Clerk Maxwell. Questo è un famoso fisico inglese, il padre dell'elettrodinamica classica, della fisica statistica e di molte altre teorie, formule fisiche e invenzioni. Maxwell divenne il fondatore e primo capo del Cavendish Laboratory.

Come sapete, Maxwell proveniva da Edimburgo e nacque nel 1831 in una famiglia nobile, che aveva una relazione con il cognome scozzese Clerks of Penicuik. L'infanzia di Maxwell è stata trascorsa nella tenuta di Glenlar. Gli antenati di James erano politici, poeti, musicisti e scienziati. Probabilmente, ha ereditato un debole per le scienze.

James è stato allevato senza madre (dato che lei morì quando lui aveva 8 anni) da un padre che si prendeva cura del ragazzo. Il padre voleva che suo figlio studiasse scienze naturali. James si innamorò immediatamente della tecnologia e sviluppò rapidamente abilità pratiche. Il piccolo Maxwell affrontò le prime lezioni a casa con perseveranza, poiché non gli piacevano i metodi educativi duri usati dall'insegnante. Ulteriore formazione ebbe luogo in una scuola aristocratica, dove il ragazzo mostrò grandi capacità matematiche. A Maxwell piaceva particolarmente la geometria.

Per molte grandi persone, la geometria sembrava essere una scienza straordinaria, e anche all'età di 12 anni parlava di un libro di testo di geometria come di un libro sacro. Maxwell amava la geometria così come altri luminari della scienza, ma aveva un pessimo rapporto con i suoi compagni di scuola. Gli venivano costantemente inventati soprannomi offensivi e uno dei motivi erano i suoi vestiti ridicoli. Il padre di Maxwell era considerato un eccentrico e comprava a suo figlio vestiti che lo facevano sorridere.

Maxwell già da bambino mostrò grandi promesse nel campo della scienza. Nel 1814 fu mandato a studiare alla Edinburgh Grammar School e nel 1846 gli fu assegnata una medaglia per merito in matematica. Suo padre era orgoglioso di suo figlio e gli fu data l'opportunità di presentare uno dei documenti scientifici di suo figlio davanti al consiglio dell'Accademia delle Scienze di Edimburgo. Questo lavoro riguardava i calcoli matematici di figure ellittiche. Quindi questo lavoro si chiamava "Sul disegno di ovali e su ovali con molti trucchi". Fu scritto nel 1846 e pubblicato alle masse nel 1851.

Maxwell iniziò a studiare intensamente la fisica dopo essersi trasferito all'Università di Edimburgo. Kalland, Forbes e altri divennero i suoi insegnanti. Hanno subito visto in James un alto potenziale intellettuale e un desiderio irresistibile di studiare fisica. Prima di questo periodo Maxwell si era occupato di alcuni rami della fisica e aveva studiato l'ottica (dedicò molto tempo alla polarizzazione della luce e agli anelli di Newton). In questo fu aiutato dal famoso fisico William Nicol, che un tempo inventò il prisma.

Naturalmente, Maxwell non era estraneo ad altre scienze naturali e prestò particolare attenzione allo studio della filosofia, della storia della scienza e dell'estetica.

Nel 1850 entrò a Cambridge, dove un tempo Newton aveva lavorato, e nel 1854 conseguì il titolo accademico. Successivamente le sue ricerche hanno toccato il campo dell'elettricità e delle installazioni elettriche. E nel 1855 gli fu concessa l'appartenenza al consiglio del Trinity College.

Il primo lavoro scientifico significativo di Maxwell fu Sulle linee di forza di Faraday, apparso nel 1855. Un tempo, Boltzmann disse sull'articolo di Maxwell che questo lavoro ha un significato profondo e mostra quanto il giovane scienziato si avvicini intenzionalmente al lavoro scientifico. Boltzmann credeva che Maxwell non solo comprendesse le questioni delle scienze naturali, ma desse anche un contributo speciale alla fisica teorica. Maxwell ha delineato nel suo articolo tutte le tendenze nell'evoluzione della fisica per i prossimi decenni. Più tardi Kirchhoff, Mach e.. giunsero alla stessa conclusione.

Come è stato formato il Cavendish Laboratory?

Dopo aver completato gli studi a Cambridge, James Maxwell rimase qui come insegnante e nel 1860 divenne membro della Royal Society di Londra. Allo stesso tempo, si trasferì a Londra, dove gli fu assegnato il posto di capo del dipartimento di fisica del King's College, Università di Londra. Ha lavorato in questa posizione per 5 anni.

Nel 1871 Maxwell tornò a Cambridge e creò il primo laboratorio in Inghilterra per la ricerca nel campo della fisica, chiamato Cavendish Laboratory (in onore di Henry Cavendish). Maxwell dedicò il resto della sua vita allo sviluppo del laboratorio, che divenne un vero e proprio centro di ricerca scientifica.

Poco si sa della vita di Maxwell, poiché non teneva appunti o diari. Era una persona modesta e timida. Maxwell morì all'età di 48 anni di cancro.

Qual è l'eredità scientifica di James Maxwell?

L'attività scientifica di Maxwell copriva molte aree della fisica: la teoria dei fenomeni elettromagnetici, la teoria cinematica dei gas, l'ottica, la teoria dell'elasticità e altri. La prima cosa che interessò James Maxwell fu lo studio e la conduzione di ricerche sulla fisiologia e fisica della visione dei colori.

Maxwell per la prima volta è riuscito a ottenere un'immagine a colori, ottenuta grazie alla proiezione simultanea della gamma rosso, verde e blu. In questo modo, Maxwell ha dimostrato ancora una volta al mondo che l'immagine a colori della visione si basa su una teoria a tre componenti. Questa scoperta segnò l'inizio della creazione di fotografie a colori. Nel periodo 1857-1859, Maxwell riuscì a studiare la stabilità degli anelli di Saturno. La sua teoria dice che gli anelli di Saturno saranno stabili solo a una condizione: la non connessione di particelle o corpi.

Dal 1855 Maxwell prestò particolare attenzione al lavoro nel campo dell'elettrodinamica. Sono diversi i lavori scientifici di questo periodo "Sulle linee di forza di Faraday", "Sulle linee di forza fisiche", "Trattato sull'elettricità e sul magnetismo" e "Teoria dinamica del campo elettromagnetico".

Maxwell e la teoria del campo elettromagnetico.

Quando Maxwell iniziò a studiare i fenomeni elettrici e magnetici, molti di essi erano già ben studiati. È stata creata La legge di Coulomb, Legge di Ampère, è stato anche dimostrato che le interazioni magnetiche sono collegate dall'azione delle cariche elettriche. Molti scienziati dell'epoca erano sostenitori della teoria a lungo raggio, secondo la quale l'interazione avviene istantaneamente e nello spazio vuoto.

Il ruolo principale nella teoria dell'azione a corto raggio è stato svolto dagli studi di Michael Faraday (anni '30 del XIX secolo). Faraday sosteneva che la natura della carica elettrica si basa sul campo elettrico circostante. Il campo di una carica è collegato con quello vicino in due direzioni. Le correnti interagiscono con l'aiuto di un campo magnetico. Secondo Faraday, i campi magnetici ed elettrici sono da lui descritti sotto forma di linee di forza, che sono linee elastiche in un mezzo ipotetico - nell'etere.

Maxwell sostenne la teoria di Faraday sull'esistenza dei campi elettromagnetici, cioè era un sostenitore dei processi emergenti attorno alla carica e alla corrente.

Maxwell spiegò le idee di Faraday in forma matematica, di cui la fisica aveva davvero bisogno. Con l'introduzione del concetto di campo, le leggi di Coulomb e di Ampere divennero più convincenti e profondamente significative. Nel concetto di induzione elettromagnetica Maxwell riuscì a considerare le proprietà del campo stesso. Sotto l'azione di un campo magnetico alternato nello spazio vuoto, viene generato un campo elettrico con linee di forza chiuse. Questo fenomeno è chiamato campo elettrico a vortice.

La scoperta successiva di Maxwell fu che un campo elettrico alternato poteva generare un campo magnetico, proprio come una normale corrente elettrica. Questa teoria è stata chiamata ipotesi della corrente di spostamento. In futuro, Maxwell espresse il comportamento dei campi elettromagnetici nelle sue equazioni.

Riferimento. Le equazioni di Maxwell sono equazioni che descrivono fenomeni elettromagnetici in vari mezzi e nello spazio vuoto e si riferiscono anche all'elettrodinamica macroscopica classica. Questa è una conclusione logica tratta da esperimenti basati sulle leggi dei fenomeni elettrici e magnetici.
La conclusione principale delle equazioni di Maxwell è la finitezza della propagazione delle interazioni elettriche e magnetiche, che distingueva la teoria dell'interazione a corto raggio e la teoria dell'interazione a lungo raggio. Le caratteristiche di velocità si avvicinavano alla velocità della luce di 300.000 km/s. Ciò diede a Maxwell motivo di sostenere che la luce è un fenomeno associato all'azione delle onde elettromagnetiche.

Teoria cinetico-molecolare dei gas di Maxwell.

Maxwell ha contribuito allo studio della teoria cinetica molecolare (ora questa scienza si chiama meccanica statistica). Maxwell fu il primo ad avere l'idea della natura statistica delle leggi della natura. Ha creato la legge della distribuzione delle molecole in base alla velocità ed è anche riuscito a calcolare la viscosità dei gas in relazione agli indicatori di velocità e al percorso libero medio delle molecole di gas. Inoltre, grazie al lavoro di Maxwell, abbiamo una serie di relazioni termodinamiche.

Riferimento. La distribuzione di Maxwell è una teoria della distribuzione della velocità delle molecole di un sistema in condizioni di equilibrio termodinamico. L'equilibrio termodinamico è una condizione per il movimento traslazionale delle molecole descritto dalle leggi della dinamica classica.

Maxwell pubblicò molti lavori scientifici: "La teoria del calore", "Materia e movimento", "Elettricità nella presentazione elementare" e altri. Maxwell non solo trasferì la scienza in quel periodo, ma si interessò anche alla sua storia. Un tempo riuscì a pubblicare le opere di G. Cavendish, che completò con i suoi commenti.

Cosa ricorderà il mondo di James Clerk Maxwell?

Maxwell era attivo nello studio dei campi elettromagnetici. La sua teoria sulla loro esistenza non ricevette il riconoscimento mondiale fino a un decennio dopo la sua morte.

Maxwell fu il primo a classificare la materia e ad assegnare a ciascuna le proprie leggi, che non si riducevano alle leggi della meccanica newtoniana.

Molti scienziati hanno scritto su Maxwell. Il fisico R. Feynman disse di lui che Maxwell, che scoprì le leggi dell'elettrodinamica, guardò attraverso i secoli nel futuro.

Epilogo. James Clerk Maxwell morì il 5 novembre 1879 a Cambridge. Fu sepolto in un piccolo villaggio scozzese vicino alla sua chiesa preferita, che si trova non lontano dalla tenuta di famiglia.

MAXWELL James Impiegato (Maxwell James Impiegato (13. VI.1831 - 5. XI.1879) - Fisico inglese, membro della Royal Society di Edimburgo (1855) e Londra (1861). R. a Edimburgo. Studiò a Edimburgo (1847-50) e Cambridge (1850-54) stivali alti di pelliccia. Al termine di quest'ultima, insegnò per un breve periodo al Trinity College, nel 1856 - 60 - professore all'Università di Aberdeen, nel 1860 - 65 - al King's College di Londra, dal 1871 - primo professore di fisica sperimentale a Cambridge. Sotto la sua guida fu creato il famoso Laboratorio Cavendish a Cambridge, che diresse fino alla fine della sua vita.

I lavori sono dedicati all'elettrodinamica, alla fisica molecolare, alla statistica generale, all'ottica, alla meccanica, alla teoria dell'elasticità. Il contributo più significativo di Maxwell è stato dato alla fisica molecolare e all'elettrodinamica.
Nella teoria cinetica dei gas, di cui è uno dei fondatori, stabilì nel 1859 una legge statistica che descrive la distribuzione delle molecole di gas in base alla velocità (distribuzione di Maxwell). Nel 1866, fornì una nuova derivazione della funzione di distribuzione della velocità delle molecole basata sulla considerazione delle collisioni in avanti e all'indietro, sviluppò la teoria del trasferimento in forma generale, applicandola ai processi di diffusione, conduzione del calore e attrito interno, e introdotto il concetto di tempo di relax.
Nel 1867 il primo dimostrò la natura statistica della seconda legge della termodinamica (“il demone di Maxwell”), nel 1878 introdusse il termine “meccanica statistica”.

Il più grande risultato scientifico di Maxwell è la teoria del campo elettromagnetico da lui creata nel 1860-65, che formulò come un sistema di diverse equazioni (equazioni di Maxwell) che esprimono tutte le leggi fondamentali dei fenomeni elettromagnetici (le prime equazioni differenziali del campo furono scritte da Maxwell nel 1855 –56). Nella sua teoria del campo elettromagnetico, Maxwell utilizzò (1861) un nuovo concetto: la corrente di spostamento, diede (1864) una definizione di campo elettromagnetico e predisse (1865) un nuovo importante effetto: l'esistenza della radiazione elettromagnetica (onde elettromagnetiche) in spazio libero e sua propagazione nello spazio alla velocità della luce. Quest'ultimo gli diede motivo di considerare (1865) la luce come uno dei tipi di radiazione elettromagnetica (l'idea della natura elettromagnetica della luce) e di rivelare la connessione tra fenomeni ottici ed elettromagnetici. Calcolato teoricamente la pressione della luce (1873). Imposta il rapporto ε = n2 (1860).
Previsti gli effetti di Stewart - Tolman e Einstein - de Haas (1878), effetto pelle.

Formulò anche un teorema nella teoria dell'elasticità (teorema di Maxwell), stabilì relazioni tra i principali parametri termofisici (relazioni termodinamiche di Maxwell), sviluppò la teoria della visione dei colori, studiò la stabilità degli anelli di Saturno, dimostrando che gli anelli non sono solidi o liquidi, ma sono uno sciame di meteoriti.
Progettato una serie di dispositivi.
Fu un famoso divulgatore della conoscenza fisica.
Pubblicò per la prima volta (1879) i manoscritti di G. Cavendish .

Composizioni:

1. Scritti selezionati sulla teoria del campo elettromagnetico. - Casa editrice statale di letteratura tecnica e teorica. M., 1952 (Serie "Classici delle scienze naturali").
2. Discorsi e articoli. Casa editrice statale di letteratura tecnica e teorica. M.-L., 1940 (Serie "Classici delle scienze naturali").
3. Materia e movimento. - Izhevsk, Centro di ricerca "Dinamiche regolari e caotiche", 2001.
4. Trattato di elettricità e magnetismo. - M., Nauk, 1989 (Serie "Classici della scienza"). Volume 1. Volume 2.
5. Estratti da opere:

Letteratura:

1. V. Kartsev. Maxwell. Vita di persone meravigliose. Giovane guardia; Mosca; 1974

Film:

Biografia

Nato nella famiglia di un nobile scozzese da una nobile famiglia di impiegati (impiegati).

Studiò prima all'Accademia di Edimburgo, all'Università di Edimburgo (1847-1850), poi all'Università di Cambridge (1850-1854) (Peterhouse e Trinity College).

Attività scientifica

Maxwell completò il suo primo lavoro scientifico mentre era ancora a scuola, inventando un modo semplice per disegnare forme ovali. Questo lavoro fu presentato ad un convegno della Royal Society e perfino pubblicato nei suoi Proceedings. Quando era membro del consiglio del Trinity College, fu impegnato in esperimenti sulla teoria dei colori, proponendosi come successore della teoria di Jung e della teoria dei tre colori primari di Helmholtz. Negli esperimenti sulla miscelazione dei colori, Maxwell ha utilizzato una parte superiore speciale, il cui disco era diviso in settori dipinti in diversi colori (disco di Maxwell). Quando la trottola ruotava velocemente, i colori si fondevano: se il disco veniva dipinto nel modo in cui si trovano i colori dello spettro, sembrava bianco; se la metà era dipinta di rosso e l'altra metà di giallo, appariva arancione; mescolando blu e giallo si dava l'impressione del verde. Nel 1860, Maxwell ricevette la medaglia Rumfoord per il suo lavoro sulla percezione del colore e sull'ottica.

Uno dei primi lavori di Maxwell fu la sua teoria cinetica dei gas. Nel 1859, lo scienziato fece una presentazione a una riunione della British Association, in cui citò la distribuzione delle molecole in base alla velocità (distribuzione maxwelliana). Maxwell sviluppò le idee del suo predecessore nello sviluppo della teoria cinetica dei gas R. Clausius, che introdusse il concetto di "percorso libero medio medio". Maxwell partì dall'idea del gas come un insieme di sfere perfettamente elastiche che si muovono casualmente in uno spazio chiuso. Le sfere (molecole) possono essere divise in gruppi in base alla loro velocità, mentre nello stato stazionario il numero di molecole in ciascun gruppo rimane costante, sebbene possano uscire dai gruppi ed entrarvi. Da tale considerazione ne consegue che "le particelle sono distribuite secondo velocità secondo la stessa legge secondo cui sono distribuiti gli errori di osservazione nella teoria del metodo dei minimi quadrati, cioè secondo la statistica gaussiana". Come parte della sua teoria, Maxwell spiegò la legge di Avogadro, la diffusione, la conduzione del calore, l'attrito interno (teoria dei trasporti). Nel 1867 dimostrò la natura statistica della seconda legge della termodinamica ("il demone di Maxwell").

Nel 1831, anno di nascita di Maxwell, M. Faraday eseguì i classici esperimenti che lo portarono alla scoperta dell'induzione elettromagnetica. Maxwell iniziò a studiare l'elettricità e il magnetismo circa 20 anni dopo, quando esistevano due visioni sulla natura degli effetti elettrici e magnetici. Scienziati come A. M. Ampere e F. Neumann hanno aderito al concetto di azione a lungo raggio, considerando le forze elettromagnetiche come un analogo dell'attrazione gravitazionale tra due masse. Faraday era un sostenitore dell'idea di linee di forza che collegano le cariche elettriche positive e negative, o i poli nord e sud di un magnete. Le linee di forza riempiono tutto lo spazio circostante (campo, nella terminologia di Faraday) e determinano le interazioni elettriche e magnetiche. Dopo Faraday, Maxwell sviluppò un modello idrodinamico delle linee di forza ed espresse le relazioni allora conosciute dell'elettrodinamica in un linguaggio matematico corrispondente ai modelli meccanici di Faraday. I principali risultati di questo studio si riflettono nell'opera "Linee di forza di Faraday" ( Linee di forza di Faraday, 1857). Nel 1860-1865, Maxwell creò la teoria del campo elettromagnetico, che formulò come un sistema di equazioni (equazioni di Maxwell) che descrivono le leggi fondamentali dei fenomeni elettromagnetici: la prima equazione esprimeva l'induzione elettromagnetica di Faraday; 2° - induzione magnetoelettrica, scoperta da Maxwell e basata sui concetti di correnti di spostamento; 3o - la legge di conservazione della quantità di elettricità; 4° - natura vorticosa del campo magnetico.

Continuando a sviluppare queste idee, Maxwell giunse alla conclusione che qualsiasi cambiamento nei campi elettrico e magnetico deve causare cambiamenti nelle linee di forza che penetrano nello spazio circostante, cioè devono esserci impulsi (o onde) che si propagano nel mezzo. La velocità di propagazione di queste onde (disturbo elettromagnetico) dipende dalla permeabilità dielettrica e magnetica del mezzo ed è pari al rapporto tra l'unità elettromagnetica e l'unità elettrostatica. Secondo Maxwell e altri ricercatori, questo rapporto è 3,4 * 10 10 cm / s, che è vicino alla velocità della luce, misurata sette anni prima dal fisico francese A. Fizeau. Nell'ottobre 1861 Maxwell informò Faraday della sua scoperta che la luce è un disturbo elettromagnetico che si propaga in un mezzo non conduttivo, cioè una sorta di onde elettromagnetiche. Questa fase finale della ricerca è delineata nell'opera di Maxwell Trattato sull'elettricità e sul magnetismo, 1864, e il famoso Trattato sull'elettricità e il magnetismo (1873) riassume il suo lavoro sull'elettrodinamica.

La teoria del campo elettromagnetico e, in particolare, la conclusione da essa sull'esistenza delle onde elettromagnetiche durante la vita di Maxwell rimasero disposizioni puramente teoriche che non avevano alcuna conferma sperimentale e furono spesso percepite dai contemporanei come un "gioco mentale" . Nel 1887 Il fisico tedesco Heinrich Hertz organizzò un esperimento che confermò pienamente le conclusioni teoriche di Maxwell.

Negli ultimi anni della sua vita, Maxwell fu impegnato nella preparazione per la stampa e nella pubblicazione del patrimonio manoscritto di Cavendish. Due grandi volumi apparvero nell'ottobre 1879.

MAXWELL (Maxwell) Giacomo Impiegato ( Impiegato) (1831-79), fisico inglese, ideatore dell'elettrodinamica classica, uno dei fondatori della fisica statistica, organizzatore e primo direttore (dal 1871) del Laboratorio Cavendish. Sviluppando le idee di M. Faraday, creò la teoria del campo elettromagnetico (equazioni di Maxwell); introdusse il concetto di corrente di spostamento, predisse l'esistenza delle onde elettromagnetiche, avanzò l'idea della natura elettromagnetica della luce. Stabilì una distribuzione statistica a lui intitolata. Ha studiato la viscosità, la diffusione e la conduttività termica dei gas. Ha dimostrato che gli anelli di Saturno sono composti da corpi separati. Atti sulla visione dei colori e colorimetria (disco di Maxwell), ottica (effetto di Maxwell), teoria dell'elasticità (teorema di Maxwell, diagramma di Maxwell-Cremona), termodinamica, storia della fisica, ecc.

MAXWELL (Maxwell) James Clerk (13 giugno 1831, Edimburgo - 5 novembre 1879, Cambridge), fisico inglese, creatore dell'elettrodinamica classica, uno dei fondatori della fisica statistica, fondatore di uno dei più grandi centri scientifici del mondo tra la fine del XIX e l'inizio 19esimo secolo. 20 ° secolo - Laboratorio Cavendish; creò la teoria del campo elettromagnetico, predisse l'esistenza delle onde elettromagnetiche, avanzò l'idea della natura elettromagnetica della luce, stabilì la prima legge statistica: la legge della distribuzione delle molecole in base alla velocità, a lui intitolata.

Famiglia. Anni di studio

Maxwell era l'unico figlio del nobile e avvocato scozzese John Clerk, il quale, avendo ereditato la proprietà della moglie di un parente, nata Maxwell, aggiunse questo nome al suo cognome. Dopo la nascita del figlio, la famiglia si trasferì nel sud della Scozia, nella propria tenuta Glenlar ("Rifugio nella valle"), dove il ragazzo trascorse la sua infanzia. Nel 1841, suo padre mandò James in una scuola chiamata Accademia di Edimburgo. Qui, all'età di 15 anni, Maxwell scrisse il suo primo articolo scientifico "Sul disegno degli ovali". Nel 1847 entrò all'Università di Edimburgo, dove studiò per tre anni, e nel 1850 si trasferì all'Università di Cambridge, laureandosi nel 1854. A questo punto, Maxwell era un matematico di prima classe con un'intuizione di fisico superbamente sviluppata.

Creazione del Laboratorio Cavendish. Lavoro didattico

Dopo la laurea, Maxwell fu lasciato a Cambridge per lavorare come insegnante. Nel 1856 ottenne una cattedra al Marishall College dell'Università di Aberdeen (Scozia). Nel 1860 fu eletto membro della Royal Society di Londra. Nello stesso anno si trasferì a Londra, accettando un'offerta per ricoprire l'incarico di capo del dipartimento di fisica del King's College, Università di Londra, dove lavorò fino al 1865.

Ritornato all'Università di Cambridge nel 1871, Maxwell organizzò e diresse il primo laboratorio appositamente attrezzato in Gran Bretagna per esperimenti fisici, noto come Cavendish Laboratory (dal nome dello scienziato inglese G. Cavendish). La formazione di questo laboratorio, che a cavallo tra il XIX e il XX secolo. trasformato in uno dei più grandi centri della scienza mondiale, Maxwell dedicò gli ultimi anni della sua vita.

Poco si sa della vita di Maxwell. Timido, modesto, si sforzava di vivere in solitudine; non teneva diari. Nel 1858 Maxwell si sposò, ma la vita familiare, a quanto pare, non ebbe successo, esacerbava la sua asocialità e lo alienava dai suoi ex amici. Si presume che molti materiali importanti sulla vita di Maxwell siano andati perduti durante l'incendio del 1929 nella sua casa di Glenlar, 50 anni dopo la sua morte. Morì di cancro all'età di 48 anni.

Attività scientifica

La portata insolitamente ampia degli interessi scientifici di Maxwell copriva la teoria dei fenomeni elettromagnetici, la teoria cinetica dei gas, l'ottica, la teoria dell'elasticità e molto altro. Uno dei suoi primi lavori fu la ricerca sulla fisiologia e fisica della visione dei colori e della colorimetria, iniziata nel 1852. Nel 1861, Maxwell ottenne per la prima volta un'immagine a colori proiettando simultaneamente trasparenze rosse, verdi e blu su uno schermo. Ciò ha dimostrato la validità della teoria della visione a tre componenti e ha delineato i modi per creare una fotografia a colori. Nei lavori del 1857-59, Maxwell studiò teoricamente la stabilità degli anelli di Saturno e dimostrò che gli anelli di Saturno possono essere stabili solo se sono costituiti da particelle (corpi) non correlate.

Nel 1855 Maxwell iniziò un ciclo dei suoi principali lavori sull'elettrodinamica. Furono pubblicati gli articoli "Sulle linee di campo di Faraday" (1855-56), "Sulle linee di campo fisico" (1861-62) e "Teoria dinamica del campo elettromagnetico" (1869). La ricerca si completò con la pubblicazione della monografia in due volumi Trattato di elettricità e magnetismo (1873).

Creazione della teoria del campo elettromagnetico

Quando Maxwell iniziò le ricerche sui fenomeni elettrici e magnetici nel 1855, molti di essi erano già stati ben studiati: in particolare furono stabilite le leggi di interazione delle cariche elettriche stazionarie (legge di Coulomb) e delle correnti (legge di Ampère); è stato dimostrato che le interazioni magnetiche sono interazioni di cariche elettriche in movimento. La maggior parte degli scienziati dell'epoca credeva che l'interazione venisse trasmessa istantaneamente, direttamente attraverso il vuoto (teoria a lungo raggio).

Una svolta decisiva verso la teoria dell'azione a corto raggio fu compiuta da M. Faraday negli anni '30. 19esimo secolo Secondo le idee di Faraday, una carica elettrica crea un campo elettrico nello spazio circostante. Il campo di una carica agisce su un'altra e viceversa. L'interazione delle correnti viene effettuata mediante un campo magnetico. Faraday ha descritto la distribuzione dei campi elettrici e magnetici nello spazio con l'aiuto di linee di forza che, a suo avviso, assomigliano alle normali linee elastiche in un ipotetico mezzo: l'etere mondiale.

Maxwell accettò pienamente le idee di Faraday sull'esistenza di un campo elettromagnetico, cioè sulla realtà dei processi nello spazio vicino a cariche e correnti. Credeva che il corpo non potesse funzionare dove non esiste.

La prima cosa che Maxwell fece fu dare alle idee di Faraday una forma matematica rigorosa, così necessaria in fisica. Si è scoperto che con l'introduzione del concetto di campo, le leggi di Coulomb e Ampere hanno cominciato ad essere espresse in modo più completo, profondo e aggraziato. Nel fenomeno dell'induzione elettromagnetica, Maxwell vide una nuova proprietà dei campi: un campo magnetico alternato genera nello spazio vuoto un campo elettrico con linee di forza chiuse (il cosiddetto campo elettrico a vortice).

Il passo successivo e ultimo nella scoperta delle proprietà fondamentali del campo elettromagnetico fu compiuto da Maxwell senza fare alcun affidamento sull'esperimento. Ha fatto una brillante ipotesi che un campo elettrico alternato generi un campo magnetico, come una normale corrente elettrica (ipotesi della corrente di spostamento). Nel 1869, tutte le leggi fondamentali che governano il comportamento del campo elettromagnetico erano state stabilite e formulate come un sistema di quattro equazioni, chiamate equazioni di Maxwell.

Dalle equazioni di Maxwell segue una conclusione fondamentale: la finitezza della velocità di propagazione delle interazioni elettromagnetiche. Questa è la cosa principale che distingue la teoria dell'azione a breve raggio dalla teoria dell'azione a lungo raggio. La velocità risultò pari alla velocità della luce nel vuoto: 300.000 km/s. Da ciò Maxwell concluse che la luce è una forma di onde elettromagnetiche.

Lavori sulla teoria cinetica molecolare dei gas

Il ruolo di Maxwell nello sviluppo e nello sviluppo della teoria cinetica molecolare (il nome moderno è meccanica statistica) è estremamente importante. Maxwell fu il primo a fare un'affermazione sulla natura statistica delle leggi della natura. Nel 1866 scoprì la prima legge statistica: la legge della distribuzione delle molecole in base alla velocità (distribuzione di Maxwell). Inoltre, calcolò i valori della viscosità dei gas in funzione delle velocità e del percorso libero medio delle molecole e derivò una serie di relazioni termodinamiche.

Maxwell fu un brillante divulgatore della scienza. Scrisse numerosi articoli per l'Encyclopædia Britannica e libri popolari: "The Theory of Heat" (1870), "Matter and Motion" (1873), "Electricity in Elementary Presentation" (1881), che furono tradotti in russo; ha tenuto conferenze e relazioni su argomenti fisici per un vasto pubblico. Maxwell mostrò anche grande interesse per la storia della scienza. Nel 1879 pubblicò i lavori di G. Cavendish sull'elettricità, corredandoli di ampi commenti.

Apprezzamento del lavoro di Maxwell

Le opere dello scienziato non furono apprezzate dai suoi contemporanei. Le idee sull'esistenza di un campo elettromagnetico sembravano arbitrarie e improduttive. Solo dopo che G. Hertz nel 1886-89 dimostrò sperimentalmente l'esistenza delle onde elettromagnetiche previste da Maxwell, la sua teoria ricevette un riconoscimento universale. È successo dieci anni dopo la morte di Maxwell.

Dopo la conferma sperimentale della realtà del campo elettromagnetico, è stata fatta una scoperta scientifica fondamentale: esistono diversi tipi di materia, e ognuno di essi ha le proprie leggi che non possono essere ridotte alle leggi della meccanica newtoniana. Tuttavia, lo stesso Maxwell ne era difficilmente consapevole e inizialmente cercò di costruire modelli meccanici dei fenomeni elettromagnetici.

Il fisico americano R. Feynman ha parlato in modo eccellente del ruolo di Maxwell nello sviluppo della scienza: “Nella storia dell'umanità (se la guardi, diciamo, in diecimila anni), l'evento più significativo del 19 ° secolo sarà senza dubbio essere la scoperta da parte di Maxwell delle leggi dell'elettrodinamica.Sullo sfondo di questa importante apertura scientifica, la guerra civile in America nello stesso decennio sembrerà un incidente provinciale.

Maxwell è sepolto non nella tomba del grande popolo inglese - l'Abbazia di Westminster - ma in una tomba modesta accanto alla sua chiesa preferita in un villaggio scozzese, non lontano dalla tenuta di famiglia.

James Maxwell è un fisico che per primo formulò i fondamenti dell'elettrodinamica classica. Sono ancora in uso oggi. La famosa equazione di Maxwell è nota, fu lui a introdurre in questa scienza concetti come la corrente di spostamento, il campo elettromagnetico, la previsione delle onde elettromagnetiche, la natura e la pressione della luce e fece molte altre importanti scoperte.

Infanzia fisica

Il fisico Maxwell nacque nel XIX secolo, nel 1831. È nato a Edimburgo, in Scozia. L'eroe del nostro articolo proveniva dal clan degli impiegati, suo padre possedeva una tenuta di famiglia nel sud della Scozia. Nel 1826 trovò una moglie di nome Frances Kay, si sposarono e 5 anni dopo nacque loro James.

Durante l'infanzia, Maxwell ei suoi genitori si trasferirono nella tenuta di Middleby, dove trascorse la sua infanzia, che fu fortemente oscurata dalla morte di sua madre per cancro. Anche nei primi anni della sua vita era attivamente interessato al mondo esterno, amava la poesia, era circondato dai cosiddetti "giocattoli scientifici". Ad esempio, il predecessore della cinematografia è il "disco magico".

All'età di 10 anni iniziò a studiare con un tutor casalingo, ma questo si rivelò inefficace, così nel 1841 si trasferì a Edimburgo per vivere con sua zia. Qui iniziò a frequentare l'Accademia di Edimburgo, che enfatizzava un'educazione classica.

Studiare all'Università di Edimburgo

Nel 1847, il futuro fisico James Maxwell iniziò a studiare a Tut, studiò opere di fisica, magnetismo e filosofia e organizzò numerosi esperimenti di laboratorio. Era molto interessato alle proprietà meccaniche dei materiali. Li studiò con l'aiuto della luce polarizzata. Il fisico Maxwell ebbe questa opportunità dopo che il suo collega William Nicol gli regalò due dispositivi polarizzatori assemblati da lui stesso.

A quel tempo, realizzò un gran numero di modelli in gelatina, li sottopose a deformazioni, seguì dipinti a colori in luce polarizzata. Confrontando i suoi esperimenti con la ricerca teorica, Maxwell dedusse molti nuovi modelli e testò quelli vecchi. A quel tempo, i risultati di questo lavoro erano estremamente importanti per la meccanica strutturale.

Maxwell a Cambridge

Nel 1850 Maxwell vuole continuare gli studi, anche se suo padre non è entusiasta di questa idea. Lo scienziato va a Cambridge. Lì entra nell'economico Peterhouse College. Il curriculum disponibile lì non soddisfaceva James e inoltre studiare a Peterhouse non offriva alcuna prospettiva.

Solo alla fine del primo semestre riuscì a convincere il padre e a trasferirsi al più prestigioso Trinity College. Due anni dopo, diventa titolare di una borsa di studio, riceve una stanza separata.

Allo stesso tempo, Maxwell praticamente non si impegna in attività scientifiche, legge di più e frequenta lezioni di eminenti scienziati del suo tempo, scrive poesie e partecipa alla vita intellettuale dell'università. L'eroe del nostro articolo comunica molto con nuove persone, per questo compensa la sua naturale timidezza.

La routine quotidiana di Maxwell era interessante. Dalle 7 alle 17 lavorava, poi si addormentava. Mi sono alzato di nuovo alle 21.30, ho letto e dalle due alle due e mezza sono stato impegnato a fare jogging proprio nei corridoi dell'ostello. Dopodiché andò di nuovo a letto per dormire fino al mattino.

Lavori elettrici

Durante il suo soggiorno a Cambridge, il fisico Maxwell si interessò seriamente ai problemi dell'elettricità. Esplora gli effetti magnetici ed elettrici.

A quel tempo, Michael Faraday aveva avanzato la teoria dell'induzione elettromagnetica, linee di forza in grado di collegare cariche elettriche negative e positive. Tuttavia, a Maxwell non piaceva questo concetto di azione a distanza, la sua intuizione gli diceva che da qualche parte c'erano delle contraddizioni. Pertanto, decise di costruire una teoria matematica che combinasse i risultati ottenuti dai sostenitori dell'azione a lungo raggio e la rappresentazione di Faraday. Utilizzò il metodo dell'analogia e applicò i risultati precedentemente ottenuti da William Thomson nell'analisi dei processi di scambio termico nei solidi. Quindi per la prima volta diede una giustificazione matematica ragionata di come procede la trasmissione dell'azione elettrica in un determinato ambiente.

Scatti a colori

Nel 1856 Maxwell andò ad Aberdeen, dove presto si sposò. Nel giugno 1860, al convegno della British Association, che si tiene a Oxford, l'eroe del nostro articolo fa un importante rapporto sulle sue ricerche nel campo della teoria dei colori, rafforzandole con esperimenti specifici utilizzando una scatola dei colori. Nello stesso anno gli viene assegnata una medaglia per il suo lavoro sulla combinazione di ottica e colori.

Nel 1861 fornisce alla Royal Institution una prova inconfutabile della correttezza della sua teoria: questa è una fotografia a colori su cui lavora dal 1855. Nessuno al mondo lo ha mai fatto prima. Ha scattato i negativi attraverso diversi filtri: blu, verde e rosso. Illuminando i negativi attraverso gli stessi filtri, riesce ad ottenere un'immagine a colori.

L'equazione di Maxwell

Thomson ha avuto una forte influenza anche nella biografia di James Clerk Maxwell. Di conseguenza, giunge alla conclusione che il magnetismo ha una natura vorticosa e la corrente elettrica - traslazionale. Crea un modello meccanico per dimostrare visivamente tutto.

Di conseguenza, la corrente di spostamento portò alla famosa equazione di continuità, utilizzata ancora oggi per la carica elettrica. Secondo i contemporanei, questa scoperta fu il contributo più significativo di Maxwell alla fisica moderna.

ultimi anni di vita

Maxwell trascorse gli ultimi anni della sua vita a Cambridge ricoprendo vari incarichi amministrativi, diventando presidente della Philosophical Society. Insieme ai suoi studenti studiò la propagazione delle onde nei cristalli.

I dipendenti che hanno lavorato con lui hanno ripetutamente notato che era il più semplice possibile nella comunicazione, si dedicava interamente alla ricerca, aveva una capacità unica di penetrare nell'essenza del problema stesso, era molto perspicace, pur rispondendo adeguatamente alle critiche, non ha mai aspirato a diventare famoso, ma nel contempo era capace di un sarcasmo raffinatissimo.

I primi sintomi di una grave malattia apparvero nel 1877, quando Maxwell aveva solo 46 anni. Cominciò sempre più a soffocare, era difficile per lui mangiare e deglutire il cibo, c'erano forti dolori.

Due anni dopo, è stato molto difficile per lui tenere una conferenza, parlare in pubblico, si è stancato molto rapidamente. I medici hanno notato che le sue condizioni peggioravano costantemente. La diagnosi dei medici è stata deludente: cancro della cavità addominale. Alla fine dell'anno, finalmente indebolito, tornò da Glenlare a Cambridge. Il dottor James Paget, allora conosciuto, cercò di alleviare la sua sofferenza.

Nel novembre 1879 Maxwell morì. La bara con il suo corpo fu trasportata da Cambridge alla tenuta di famiglia, sepolta accanto ai suoi genitori nel piccolo cimitero del villaggio di Parton.

Olimpiadi in onore di Maxwell

La memoria di Maxwell è conservata nei nomi di strade, edifici, oggetti astronomici, premi e fondazioni di beneficenza. Ogni anno a Mosca si tengono le Olimpiadi della fisica Maxwell.

Funziona per gli studenti dalle classi 7 a 11 comprese. Per gli scolari delle classi 7-8, i risultati delle Olimpiadi di fisica di Maxwell sostituiscono la fase regionale e tutta russa delle Olimpiadi per gli scolari di fisica.

Per partecipare alla fase regionale è necessario ottenere abbastanza punti nella selezione preliminare. Le fasi regionali e finali delle Olimpiadi di fisica Maxwell si svolgono in due fasi. Uno di questi è teorico e il secondo è sperimentale.

È interessante notare che i compiti delle Olimpiadi Maxwell di fisica in tutte le fasi coincidono in termini di difficoltà con le prove delle fasi finali delle Olimpiadi panrusse per gli scolari.