W wielu publikacjach i czasopismach naukowych ukazały się ostatnio artykuły dotyczące osiągnięć fizyki i współczesnych naukowców, a publikacje dotyczące fizyków z przeszłości należą do rzadkości. Chcielibyśmy naprawić tę sytuację i przypomnieć jednego z wybitnych fizyków ubiegłego wieku, Jamesa Clerka Maxwella. To słynny angielski fizyk, ojciec elektrodynamiki klasycznej, fizyki statystycznej i wielu innych teorii, wzorów fizycznych i wynalazków. Maxwell został założycielem i pierwszym szefem Cavendish Laboratory.
Jak wiecie, Maxwell pochodził z Edynburga i urodził się w 1831 roku w rodzinie szlacheckiej, która miała związek ze szkockim nazwiskiem Clerks of Penicuik. Dzieciństwo Maxwella spędził w posiadłości Glenlar. Przodkami Jamesa byli politycy, poeci, muzycy i naukowcy. Prawdopodobnie odziedziczył po nim zamiłowanie do nauk ścisłych.
James był wychowywany bez matki (ponieważ zmarła, gdy miał 8 lat) przez ojca, który opiekował się chłopcem. Ojciec chciał, aby jego syn studiował nauki przyrodnicze. James od razu zakochał się w technologii i szybko rozwinął umiejętności praktyczne. Mały Maxwell wytrwale pobierał pierwsze lekcje w domu, ponieważ nie podobały mu się surowe metody wychowawcze stosowane przez nauczyciela. Dalsze szkolenie odbywało się w arystokratycznej szkole, gdzie chłopiec wykazywał się dużymi zdolnościami matematycznymi. Maxwell szczególnie lubił geometrię.
Wielu wielkim ludziom geometria wydawała się niesamowitą nauką i już w wieku 12 lat mówił o podręczniku do geometrii jak o świętej księdze. Maxwell kochał geometrię, podobnie jak innych luminarzy naukowych, ale miał złe relacje z kolegami ze szkoły. Ciągle wymyślali mu obraźliwe przezwiska, a jednym z powodów były jego niedorzeczne ubrania. Ojciec Maxwella był uważany za ekscentryka i kupował synowi ubrania, które wywoływały jego uśmiech.
Maxwell już w dzieciństwie wykazywał wielkie nadzieje w dziedzinie nauki. W 1814 został wysłany na studia do Edinburgh Grammar School, aw 1846 otrzymał medal za zasługi w matematyce. Jego ojciec był dumny ze swojego syna i otrzymał możliwość zaprezentowania jednego z artykułów naukowych syna przed zarządem Akademii Nauk w Edynburgu. Praca ta dotyczyła obliczeń matematycznych figur eliptycznych. Następnie ta praca została nazwana „O rysowaniu owali i owali z wieloma sztuczkami”. Został napisany w 1846 roku i opublikowany w 1851 roku.
Maxwell zaczął intensywnie studiować fizykę po przeniesieniu się na Uniwersytet w Edynburgu. Kalland, Forbes i inni zostali jego nauczycielami. Od razu dostrzegli w Jamesie duży potencjał intelektualny i nieodparte pragnienie studiowania fizyki. Przed tym okresem Maxwell zajmował się pewnymi gałęziami fizyki i studiował optykę (dużo czasu poświęcił polaryzacji światła i pierścieniom Newtona). W tym pomógł mu słynny fizyk William Nicol, który kiedyś wynalazł pryzmat.
Oczywiście inne nauki przyrodnicze nie były obce Maxwellowi, a szczególną uwagę zwracał na studia filozoficzne, historię nauki i estetykę.
W 1850 wstąpił do Cambridge, gdzie pracował kiedyś Newton, aw 1854 uzyskał stopień naukowy. Następnie jego badania dotknęły dziedziny elektryczności i instalacji elektrycznych. A w 1855 roku otrzymał członkostwo w radzie Trinity College.
Pierwszą znaczącą pracą naukową Maxwella była O liniach siły Faradaya, która ukazała się w 1855 roku. Pewnego razu Boltzmann powiedział o artykule Maxwella, że ta praca ma głęboki sens i pokazuje, jak celowo młody naukowiec podchodzi do pracy naukowej. Boltzmann uważał, że Maxwell nie tylko rozumiał zagadnienia nauk przyrodniczych, ale także wniósł szczególny wkład w fizykę teoretyczną. Maxwell nakreślił w swoim artykule wszystkie trendy w ewolucji fizyki na kilka następnych dziesięcioleci. Później Kirchhoff, Mach i. doszli do tego samego wniosku.
Jak powstało Laboratorium Cavendisha?
Po ukończeniu studiów w Cambridge James Maxwell pozostał tu jako nauczyciel, aw 1860 roku został członkiem Royal Society of London. W tym samym czasie przeniósł się do Londynu, gdzie objął stanowisko kierownika wydziału fizyki w King's College na Uniwersytecie Londyńskim. Na tym stanowisku pracował 5 lat.
W 1871 roku Maxwell wrócił do Cambridge i stworzył pierwsze w Anglii laboratorium do badań w dziedzinie fizyki, które nazwano Cavendish Laboratory (na cześć Henry'ego Cavendisha). Resztę życia Maxwell poświęcił rozwojowi laboratorium, które stało się prawdziwym ośrodkiem badań naukowych.
Niewiele wiadomo o życiu Maxwella, ponieważ nie prowadził żadnych notatek ani pamiętników. Był człowiekiem skromnym i nieśmiałym. Maxwell zmarł w wieku 48 lat na raka.
Jaka jest spuścizna naukowa Jamesa Maxwella?
Działalność naukowa Maxwella obejmowała wiele dziedzin fizyki: teorię zjawisk elektromagnetycznych, kinematyczną teorię gazów, optykę, teorię sprężystości i inne. Pierwszą rzeczą, która zainteresowała Jamesa Maxwella, było badanie i prowadzenie badań w dziedzinie fizjologii i fizyki widzenia kolorów.
Maxwellowi po raz pierwszy udało się uzyskać kolorowy obraz, który uzyskano dzięki jednoczesnej projekcji zakresu czerwonego, zielonego i niebieskiego. W ten sposób Maxwell po raz kolejny udowodnił światu, że kolorowy obraz widzenia opiera się na teorii trójskładnikowej. To odkrycie zapoczątkowało tworzenie kolorowych fotografii. W latach 1857-1859 Maxwell był w stanie zbadać stabilność pierścieni Saturna. Jego teoria mówi, że pierścienie Saturna będą stabilne tylko pod jednym warunkiem - braku połączenia cząstek lub ciał.
Od 1855 roku Maxwell zwracał szczególną uwagę na prace w dziedzinie elektrodynamiki. Istnieje kilka prac naukowych z tego okresu „O liniach siły Faradaya”, „O fizycznych liniach siły”, „Traktat o elektryczności i magnetyzmie” oraz „Dynamiczna teoria pola elektromagnetycznego”.
Maxwell i teoria pola elektromagnetycznego.
Kiedy Maxwell zaczął badać zjawiska elektryczne i magnetyczne, wiele z nich było już dobrze zbadanych. Powstał prawo Coulomba, Prawo Ampere'a, udowodniono również, że oddziaływania magnetyczne są połączone przez działanie ładunków elektrycznych. Wielu ówczesnych naukowców było zwolennikami teorii dalekiego zasięgu, która głosi, że interakcja zachodzi natychmiast iw pustej przestrzeni.
Główną rolę w teorii działań krótkodystansowych odegrały badania Michaela Faradaya (lata 30. XIX wieku). Faraday argumentował, że natura ładunku elektrycznego opiera się na otaczającym polu elektrycznym. Pole jednego ładunku jest połączone z sąsiednim w dwóch kierunkach. Prądy oddziałują za pomocą pola magnetycznego. Według Faradaya pola magnetyczne i elektryczne są przez niego opisywane w postaci linii sił, które są liniami sprężystymi w hipotetycznym ośrodku - w eterze.
Maxwell popierał teorię Faradaya o istnieniu pól elektromagnetycznych, czyli był zwolennikiem powstających procesów wokół ładunku i prądu.
Maxwell wyjaśnił idee Faradaya w formie matematycznej, której fizyka naprawdę potrzebowała. Wraz z wprowadzeniem pojęcia pola prawa Coulomba i Ampera stały się bardziej przekonujące i miały głębsze znaczenie. W koncepcji indukcji elektromagnetycznej Maxwell był w stanie uwzględnić właściwości samego pola. Pod działaniem zmiennego pola magnetycznego w pustej przestrzeni generowane jest pole elektryczne o zamkniętych liniach sił. Zjawisko to nazywane jest wirowym polem elektrycznym.
Kolejnym odkryciem Maxwella było to, że zmienne pole elektryczne może generować pole magnetyczne, podobnie jak zwykły prąd elektryczny. Teorię tę nazwano hipotezą prądu przesunięcia. W przyszłości Maxwell wyraził zachowanie pól elektromagnetycznych w swoich równaniach.
Odniesienie. Równania Maxwella są równaniami opisującymi zjawiska elektromagnetyczne w różnych ośrodkach i przestrzeni próżni, a także nawiązują do klasycznej elektrodynamiki makroskopowej. Jest to logiczny wniosek wyciągnięty z eksperymentów opartych na prawach zjawisk elektrycznych i magnetycznych.
Głównym wnioskiem z równań Maxwella jest skończoność propagacji oddziaływań elektrycznych i magnetycznych, która wyznaczyła teorię oddziaływań krótkiego zasięgu i teorię oddziaływań dalekiego zasięgu. Charakterystyka prędkości zbliżyła się do prędkości światła 300 000 km/s. Dało to Maxwellowi powód do twierdzenia, że światło jest zjawiskiem związanym z działaniem fal elektromagnetycznych.
Molekularno-kinetyczna teoria gazów Maxwella.
Maxwell przyczynił się do badania teorii kinetyki molekularnej (obecnie ta nauka nazywa się mechanika statystyczna). Maxwell jako pierwszy wpadł na pomysł statystycznej natury praw natury. Stworzył prawo rozkładu cząsteczek według prędkości, a także zdołał obliczyć lepkość gazów w stosunku do wskaźników prędkości i średniej drogi swobodnej cząsteczek gazu. Również dzięki pracy Maxwella mamy szereg relacji termodynamicznych.
Odniesienie. Rozkład Maxwella jest teorią rozkładu prędkości cząsteczek układu w warunkach równowagi termodynamicznej. Równowaga termodynamiczna jest warunkiem ruchu translacyjnego cząsteczek opisanego prawami dynamiki klasycznej.
Maxwell miał wiele opublikowanych prac naukowych: „Teoria ciepła”, „Materia i ruch”, „Elektryczność w elementarnej prezentacji” i inne. Maxwell nie tylko przeniósł naukę w epokę, ale także interesował się jej historią. Swego czasu udało mu się opublikować prace G. Cavendisha, które uzupełnił swoimi komentarzami.
Co świat zapamięta na temat Jamesa Clerka Maxwella?
Maxwell był aktywny w badaniu pól elektromagnetycznych. Jego teoria ich istnienia zyskała światowe uznanie dopiero dziesięć lat po jego śmierci.
Maxwell jako pierwszy sklasyfikował materię i przypisał każdej z nich własne prawa, które nie zostały zredukowane do praw mechaniki Newtona.
Wielu naukowców pisało o Maxwellu. Fizyk R. Feynman powiedział o nim, że Maxwell, który odkrył prawa elektrodynamiki, patrzył przez wieki w przyszłość.
Epilog. James Clerk Maxwell zmarł 5 listopada 1879 w Cambridge. Został pochowany w małej szkockiej wiosce w pobliżu jego ulubionego kościoła, który znajduje się niedaleko jego rodzinnej posiadłości.
MAXWELL James Clerk (Urzędnik Maxwell James (13. VI.1831 - 5. XI.1879) - angielski fizyk, członek Towarzystwa Królewskiego w Edynburgu (1855) i Londynie (1861). R. w Edynburgu. Studiował w Edynburgu (1847-50) i Cambridge (1850-54) wysokie buty futrzane. Pod koniec ostatniego krótkiego okresu wykładał w Trinity College, w latach 1856 - 60 - profesor na Uniwersytecie Aberdeen, w latach 1860 - 65 - w King's College London, od 1871 - pierwszy profesor fizyki doświadczalnej w Cambridge. Pod jego kierownictwem powstało słynne Cavendish Laboratory w Cambridge, którym kierował do końca życia.
Prace dotyczą elektrodynamiki, fizyki molekularnej, statystyki ogólnej, optyki, mechaniki, teorii sprężystości. Najbardziej znaczący wkład Maxwella wniósł do fizyki molekularnej i elektrodynamiki.
W kinetycznej teorii gazów, której jest jednym z twórców, ustanowił w 1859 r. prawo statystyczne opisujące rozkład cząsteczek gazu według prędkości (rozkład Maxwella). W 1866 r. podał nowe wyprowadzenie funkcji rozkładu prędkości cząsteczek w oparciu o uwzględnienie zderzeń do przodu i do tyłu, rozwinął teorię transferu w postaci ogólnej, stosując ją do procesów dyfuzji, przewodzenia ciepła i tarcia wewnętrznego oraz wprowadził pojęcie czasu relaksu.
W 1867 r. pierwszy wykazał statystyczny charakter drugiej zasady termodynamiki („demon Maxwella”), w 1878 r. wprowadził termin „mechanika statystyczna”. 
Największym osiągnięciem naukowym Maxwella jest stworzona przez niego w latach 1860–65 teoria pola elektromagnetycznego, którą sformułował jako układ kilku równań (równania Maxwella) wyrażających wszystkie podstawowe prawa zjawisk elektromagnetycznych (pierwsze równania pola różniczkowego zostały spisane przez Maxwella w 1855 r. –56). W swojej teorii pola elektromagnetycznego Maxwell zastosował (1861) nowe pojęcie - prąd przesunięcia, podał (1864) definicję pola elektromagnetycznego i przewidział (1865) nowy ważny efekt: istnienie promieniowania elektromagnetycznego (fal elektromagnetycznych) w wolna przestrzeń i jej rozchodzenie się w przestrzeni z prędkością światła. Ten ostatni dał mu powód do uznania (1865) światła za jeden z rodzajów promieniowania elektromagnetycznego (idea elektromagnetycznej natury światła) i ujawnienia związku między zjawiskami optycznymi i elektromagnetycznymi. Teoretycznie obliczył ciśnienie światła (1873). Ustaw proporcje ε
= n 2 (1860).
Przewidział skutki działania Stewarta – Tolmana i Einsteina – de Haasa (1878), efekt naskórkowy.
Sformułował również twierdzenie z teorii sprężystości (twierdzenie Maxwella), ustalił zależności między głównymi parametrami termofizycznymi (relacje termodynamiczne Maxwella), rozwinął teorię widzenia barw, zbadał stabilność pierścieni Saturna, wykazując, że pierścienie nie są stałe lub płynne, ale są rojem meteorytów.
Zaprojektował szereg urządzeń.
Był znanym popularyzatorem wiedzy fizycznej.
Po raz pierwszy opublikował (1879) rękopisy G. Cavendisha .
Kompozycje:
- Wybrane pisma z teorii pola elektromagnetycznego . - Państwowe wydawnictwo literatury technicznej i teoretycznej. M., 1952 (seria „Klasyka nauk przyrodniczych”).
- Przemówienia i artykuły. Państwowe wydawnictwo literatury technicznej i teoretycznej. M.-L., 1940 (seria „Klasyka nauk przyrodniczych”).
- Materia i ruch. - Iżewsk, Centrum Badawcze „Regularna i Chaotyczna Dynamika”, 2001.
- Traktat o elektryczności i magnetyzmie. - M., Nauk, 1989 (seria "Klasyka nauki"). Tom 1. Tom 2.
- Wyciągi z prac:
Literatura:
- V. Kartsev. Maxwella. Życie wspaniałych ludzi. Młody strażnik; Moskwa; 1974
Kino:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Biografia
Urodzony w rodzinie szkockiego szlachcica ze szlacheckiej rodziny Clerks (Clerks).
Studiował najpierw w Akademii w Edynburgu, na Uniwersytecie w Edynburgu (1847-1850), następnie na Uniwersytecie w Cambridge (1850-1854) (Peterhouse i Trinity College).
Działalność naukowa
Maxwell ukończył swoją pierwszą pracę naukową jeszcze w szkole, opracowując prosty sposób rysowania owalnych kształtów. Ta praca została zgłoszona na spotkaniu Towarzystwa Królewskiego, a nawet opublikowana w jego Proceedings. Kiedy był członkiem zarządu Trinity College, zajmował się eksperymentami z teorią koloru, występując jako następca teorii Junga i teorii trzech kolorów podstawowych Helmholtza. W eksperymentach z mieszaniem kolorów Maxwell użył specjalnego blatu, którego dysk został podzielony na sektory pomalowane na różne kolory (dysk Maxwella). Kiedy bączek szybko się obracał, kolory się zlewały: jeśli dysk został zamalowany w taki sposób, w jaki znajdują się kolory widma, wydawał się biały; jeśli jedna połowa była pomalowana na czerwono, a druga połowa na żółto, wyglądała na pomarańczową; mieszanie niebieskiego i żółtego dawało wrażenie zieleni. W 1860 roku Maxwell został odznaczony Medalem Rumfoorda za pracę nad percepcją kolorów i optyką.
Jedną z pierwszych prac Maxwella była jego kinetyczna teoria gazów. W 1859 roku naukowiec przedstawił prezentację na spotkaniu Towarzystwa Brytyjskiego, w której przytoczył rozkład cząsteczek według prędkości (rozkład Maxwella). Maxwell rozwinął idee swojego poprzednika w rozwoju kinetycznej teorii gazów R. Clausiusa, który wprowadził pojęcie „średniej średniej drogi swobodnej”. Maxwell wyszedł z idei gazu jako zespołu doskonale sprężystych kulek poruszających się losowo w zamkniętej przestrzeni. Kule (cząsteczki) można podzielić na grupy według ich prędkości, podczas gdy w stanie stacjonarnym liczba cząsteczek w każdej grupie pozostaje stała, chociaż mogą one wychodzić z grup i do nich wchodzić. Z takich rozważań wynikało, że „cząstki rozkładają się według prędkości według tego samego prawa, według którego rozkładają się błędy obserwacji w teorii najmniejszych kwadratów, czyli zgodnie ze statystyką Gaussa”. W ramach swojej teorii Maxwell wyjaśnił prawo Avogadro, dyfuzję, przewodzenie ciepła, tarcie wewnętrzne (teoria transportu). W 1867 roku wykazał statystyczny charakter drugiej zasady termodynamiki („demon Maxwella”).
W 1831 roku, w którym urodził się Maxwell, M. Faraday przeprowadził klasyczne eksperymenty, które doprowadziły go do odkrycia indukcji elektromagnetycznej. Maxwell zaczął badać elektryczność i magnetyzm około 20 lat później, kiedy istniały dwa poglądy na temat natury efektów elektrycznych i magnetycznych. Naukowcy tacy jak AM Ampere i F. Neumann trzymali się koncepcji działania dalekiego zasięgu, uznając siły elektromagnetyczne za odpowiednik przyciągania grawitacyjnego między dwiema masami. Faraday był zwolennikiem idei linii sił, które łączą dodatnie i ujemne ładunki elektryczne, czyli północnego i południowego bieguna magnesu. Linie sił wypełniają całą otaczającą przestrzeń (pole w terminologii Faradaya) i determinują oddziaływania elektryczne i magnetyczne. Idąc za Faradaya, Maxwell opracował hydrodynamiczny model linii sił i wyraził znane wówczas relacje elektrodynamiki w języku matematycznym odpowiadającym modelom mechanicznym Faradaya. Główne wyniki tego badania znajdują odzwierciedlenie w pracy „Linie siły Faradaya” ( Linie sił Faradaya, 1857). W latach 1860-1865 Maxwell stworzył teorię pola elektromagnetycznego, którą sformułował jako układ równań (równania Maxwella) opisujący podstawowe prawa zjawisk elektromagnetycznych: pierwsze równanie wyrażało indukcję elektromagnetyczną Faradaya; 2. - indukcja magnetoelektryczna, odkryta przez Maxwella i oparta na koncepcjach prądów przesunięcia; 3. - prawo zachowania ilości energii elektrycznej; 4. - wirowa natura pola magnetycznego.
Kontynuując rozwijanie tych idei, Maxwell doszedł do wniosku, że wszelkie zmiany w polach elektrycznych i magnetycznych muszą powodować zmiany w liniach sił przenikających otaczającą przestrzeń, to znaczy, że w ośrodku muszą rozchodzić się impulsy (lub fale). Szybkość propagacji tych fal (zaburzenie elektromagnetyczne) zależy od przenikalności dielektrycznej i magnetycznej ośrodka i jest równa stosunkowi jednostki elektromagnetycznej do jednostki elektrostatycznej. Według Maxwella i innych badaczy stosunek ten wynosi 3,4 * 10 10 cm / s, co jest bliskie prędkości światła, zmierzonej siedem lat wcześniej przez francuskiego fizyka A. Fizeau. W październiku 1861 roku Maxwell poinformował Faradaya o swoim odkryciu, że światło jest zaburzeniem elektromagnetycznym rozchodzącym się w ośrodku nieprzewodzącym, czyli rodzajem fal elektromagnetycznych. Ten końcowy etap badań został opisany w pracy Maxwella Treatise on Electricity and Magnetism, 1864, a słynny Traktat o elektryczności i magnetyzmie (1873) podsumował jego prace nad elektrodynamiką.
Teoria pola elektromagnetycznego, a w szczególności wniosek z niej dotyczący istnienia fal elektromagnetycznych za życia Maxwella, pozostawał czysto teoretycznymi ustaleniami, które nie miały żadnego potwierdzenia eksperymentalnego i często były postrzegane przez współczesnych jako „gra umysłowa” . w 1887 r Niemiecki fizyk Heinrich Hertz przeprowadził eksperyment, który w pełni potwierdził teoretyczne wnioski Maxwella.
W ostatnich latach życia Maxwell zajmował się przygotowywaniem do druku i publikowaniem rękopisów dziedzictwa Cavendisha. Dwa duże tomy ukazały się w październiku 1879 roku.
MAXWELL (Maxwella) James Clerk ( Urzędnik) (1831-79), angielski fizyk, twórca elektrodynamiki klasycznej, jeden z twórców fizyki statystycznej, organizator i pierwszy dyrektor (od 1871) Cavendish Laboratory. Rozwijając idee M. Faradaya stworzył teorię pola elektromagnetycznego (równania Maxwella); wprowadził pojęcie prądu przesunięcia, przewidział istnienie fal elektromagnetycznych, przedstawił ideę elektromagnetycznej natury światła. Założył rozkład statystyczny nazwany jego imieniem. Badał lepkość, dyfuzję i przewodnictwo cieplne gazów. Pokazał, że pierścienie Saturna składają się z oddzielnych ciał. Postępowanie z widzenia barwnego i kolorymetrii (dysk Maxwella), optyka (efekt Maxwella), teoria sprężystości (twierdzenie Maxwella, diagram Maxwella-Cremony), termodynamika, historia fizyki itp.
MAXWELL (Maxwella) James Clerk (13 czerwca 1831, Edynburg - 5 listopada 1879, Cambridge), angielski fizyk, twórca elektrodynamiki klasycznej, jeden z twórców fizyki statystycznej, założyciel jednego z największych na świecie ośrodków naukowych przełomu XIX i XX wieku 19 wiek. XX wiek - Laboratorium Cavendisha; stworzył teorię pola elektromagnetycznego, przewidział istnienie fal elektromagnetycznych, przedstawił ideę elektromagnetycznej natury światła, ustanowił pierwsze prawo statystyczne - prawo rozkładu cząsteczek według prędkości, nazwane jego imieniem.
Rodzina. Lata nauki
Maxwell był jedynym synem szkockiego szlachcica i prawnika Johna Clerka, który odziedziczywszy majątek żony krewnego, z domu Maxwell, dodał to nazwisko do swojego rodowego nazwiska. Po urodzeniu syna rodzina przeniosła się do południowej Szkocji, do własnej posiadłości Glenlar („Schronienie w dolinie”), gdzie chłopiec spędził dzieciństwo. W 1841 roku jego ojciec wysłał Jamesa do szkoły o nazwie Edinburgh Academy. Tutaj, w wieku 15 lat, Maxwell napisał swój pierwszy artykuł naukowy „O rysowaniu owali”. W 1847 wstąpił na Uniwersytet w Edynburgu, gdzie studiował przez trzy lata, aw 1850 przeniósł się na Uniwersytet w Cambridge, który ukończył w 1854. W tym czasie Maxwell był pierwszorzędnym matematykiem o doskonale rozwiniętej intuicji fizyka.
Utworzenie Laboratorium Cavendisha. Praca dydaktyczna
Po ukończeniu studiów Maxwell został w Cambridge, aby pracować jako nauczyciel. W 1856 otrzymał profesurę w Marishall College na Uniwersytecie w Aberdeen (Szkocja). W 1860 został wybrany członkiem Royal Society of London. W tym samym roku przeniósł się do Londynu, przyjmując propozycję objęcia stanowiska kierownika katedry fizyki w King's College na Uniwersytecie Londyńskim, gdzie pracował do 1865 roku.
Po powrocie na Uniwersytet Cambridge w 1871 roku Maxwell zorganizował i kierował pierwszym w Wielkiej Brytanii specjalnie wyposażonym laboratorium do eksperymentów fizycznych, znanym jako Cavendish Laboratory (od angielskiego naukowca G. Cavendisha). Powstanie tego laboratorium, które na przełomie XIX i XX wieku. stał się jednym z największych ośrodków światowej nauki, Maxwell poświęcił ostatnie lata swojego życia.
Niewiele wiadomo o życiu Maxwella. Nieśmiały, skromny, starał się żyć w samotności; nie prowadził pamiętników. W 1858 roku Maxwell ożenił się, ale życie rodzinne najwyraźniej się nie powiodło, zaostrzyło jego nietowarzyskość, zraziło go do dawnych przyjaciół. Istnieje przypuszczenie, że wiele ważnych materiałów dotyczących życia Maxwella zaginęło podczas pożaru w 1929 roku w jego domu w Glenlar, 50 lat po jego śmierci. Zmarł na raka w wieku 48 lat.
Działalność naukowa
Niezwykle szeroki zakres zainteresowań naukowych Maxwella obejmował teorię zjawisk elektromagnetycznych, kinetyczną teorię gazów, optykę, teorię sprężystości i wiele innych. Jedną z jego pierwszych prac były badania nad fizjologią i fizyką widzenia kolorów i kolorymetrii, rozpoczęte w 1852 r. W 1861 r. Maxwell po raz pierwszy uzyskał kolorowy obraz, wyświetlając jednocześnie na ekranie przezroczystości czerwoną, zieloną i niebieską. Dowiodło to słuszności trójskładnikowej teorii widzenia i nakreśliło sposoby tworzenia kolorowej fotografii. W pracach z lat 1857-59 Maxwell teoretycznie badał stabilność pierścieni Saturna i wykazał, że pierścienie Saturna mogą być stabilne tylko wtedy, gdy składają się z niepowiązanych cząstek (ciał).
W 1855 roku Maxwell rozpoczął cykl swoich głównych prac dotyczących elektrodynamiki. Opublikowano artykuły „O liniach pola Faradaya” (1855-56), „O liniach pola fizycznego” (1861-62) i „Dynamiczna teoria pola elektromagnetycznego” (1869). Badania zakończyła publikacja dwutomowej monografii „Traktat o elektryczności i magnetyzmie” (1873).
Stworzenie teorii pola elektromagnetycznego
Kiedy Maxwell zaczął badać zjawiska elektryczne i magnetyczne w 1855 r., wiele z nich było już dobrze zbadanych: w szczególności ustalono prawa interakcji stacjonarnych ładunków elektrycznych (prawo Coulomba) i prądów (prawo Ampère'a); udowodniono, że oddziaływania magnetyczne są oddziaływaniami poruszających się ładunków elektrycznych. Większość ówczesnych naukowców uważała, że interakcja jest przenoszona natychmiast, bezpośrednio przez pustkę (teoria dalekiego zasięgu).
Zdecydowanego zwrotu w kierunku teorii działań krótkodystansowych dokonał M. Faradaya w latach 30. XX wieku. 19 wiek Zgodnie z koncepcjami Faradaya ładunek elektryczny wytwarza pole elektryczne w otaczającej przestrzeni. Pole jednego ładunku oddziałuje na inny i odwrotnie. Oddziaływanie prądów odbywa się za pomocą pola magnetycznego. Faraday opisał rozkład pól elektrycznych i magnetycznych w przestrzeni za pomocą linii sił, które jego zdaniem przypominają zwykłe elastyczne linie w hipotetycznym ośrodku - światowym eterze.
Maxwell w pełni zaakceptował idee Faradaya dotyczące istnienia pola elektromagnetycznego, czyli rzeczywistości procesów w przestrzeni w pobliżu ładunków i prądów. Uważał, że ciało nie może funkcjonować tam, gdzie go nie ma.
Pierwszą rzeczą, jaką zrobił Maxwell, było nadanie ideom Faradaya ścisłej formy matematycznej, tak niezbędnej w fizyce. Okazało się, że wraz z wprowadzeniem pojęcia pola prawa Coulomba i Ampera zaczęły być wyrażane najpełniej, głęboko i z gracją. W zjawisku indukcji elektromagnetycznej Maxwell dostrzegł nową właściwość pól: zmienne pole magnetyczne wytwarza w pustej przestrzeni pole elektryczne o zamkniętych liniach sił (tzw. wirowe pole elektryczne).
Następny i ostatni krok w odkryciu podstawowych właściwości pola elektromagnetycznego wykonał Maxwell bez polegania na doświadczeniu. Dokonał genialnego przypuszczenia, że zmienne pole elektryczne generuje pole magnetyczne, podobnie jak zwykły prąd elektryczny (hipoteza prądu przesunięcia). Do 1869 roku wszystkie podstawowe prawa rządzące zachowaniem pola elektromagnetycznego zostały ustalone i sformułowane w postaci układu czterech równań, zwanych równaniami Maxwella.
Z równań Maxwella wynikał fundamentalny wniosek: skończoność prędkości propagacji oddziaływań elektromagnetycznych. Jest to główna rzecz, która odróżnia teorię działania krótkiego zasięgu od teorii działania dalekiego zasięgu. Szybkość okazała się równa prędkości światła w próżni: 300 000 km/s. Z tego Maxwell wywnioskował, że światło jest formą fal elektromagnetycznych.
Zajmuje się molekularno-kinetyczną teorią gazów
Rola Maxwella w rozwoju i rozwoju teorii molekularno-kinetycznej (współczesna nazwa to mechanika statystyczna) jest niezwykle duża. Maxwell był pierwszym, który wypowiedział się na temat statystycznej natury praw natury. W 1866 roku odkrył pierwsze prawo statystyczne - prawo rozkładu cząsteczek według prędkości (rozkład Maxwella). Ponadto obliczył wartości lepkości gazów w zależności od prędkości i średniej drogi swobodnej cząsteczek oraz wyprowadził szereg zależności termodynamicznych.
Maxwell był genialnym popularyzatorem nauki. Napisał szereg artykułów do Encyclopædia Britannica i popularnych książek: „Teoria ciepła” (1870), „Materia i ruch” (1873), „Elektryczność w elementarnej prezentacji” (1881), które zostały przetłumaczone na język rosyjski; wygłaszał wykłady i raporty na tematy fizyczne dla szerokiego grona odbiorców. Maxwell wykazywał również duże zainteresowanie historią nauki. W 1879 roku opublikował prace G. Cavendisha na temat elektryczności, opatrzone obszernymi komentarzami.
Docenienie pracy Maxwella
Prace naukowca nie zostały docenione przez współczesnych. Pomysły na istnienie pola elektromagnetycznego wydawały się arbitralne i bezproduktywne. Dopiero po tym, jak G. Hertz w latach 1886-89 eksperymentalnie udowodnił istnienie przewidywanych przez Maxwella fal elektromagnetycznych, jego teoria zyskała powszechne uznanie. Stało się to dziesięć lat po śmierci Maxwella.
Po eksperymentalnym potwierdzeniu realności pola elektromagnetycznego dokonano fundamentalnego odkrycia naukowego: istnieją różne rodzaje materii, a każda z nich ma swoje własne prawa, których nie można sprowadzić do praw mechaniki Newtona. Jednak sam Maxwell nie był tego do końca świadomy i początkowo próbował zbudować mechaniczne modele zjawisk elektromagnetycznych.
Amerykański fizyk R. Feynman znakomicie powiedział o roli Maxwella w rozwoju nauki: „W dziejach ludzkości (jeśli spojrzeć na to, powiedzmy, za dziesięć tysięcy lat) najważniejsze wydarzenie XIX wieku niewątpliwie Odkrycie przez Maxwella praw elektrodynamiki Na tle tego ważnego odkrycia naukowego wojna domowa w Ameryce w tej samej dekadzie będzie wyglądać jak prowincjonalny incydent.
Maxwell jest pochowany nie w grobowcu wielkich ludzi Anglii – Opactwie Westminsterskim – ale w skromnym grobie obok swojego ulubionego kościoła w szkockiej wiosce, niedaleko rodzinnej posiadłości.
James Maxwell jest fizykiem, który jako pierwszy sformułował podstawy elektrodynamiki klasycznej. Są nadal w użyciu. Znane jest słynne równanie Maxwella, to on wprowadził do tej nauki takie pojęcia jak prąd przesunięcia, pole elektromagnetyczne, przewidywał fale elektromagnetyczne, naturę i ciśnienie światła oraz dokonał wielu innych ważnych odkryć.
Fizyka dzieciństwa
Fizyk Maxwell urodził się w XIX wieku, w 1831 roku. Urodził się w Edynburgu w Szkocji. Bohater naszego artykułu pochodził z klanu Clerks, jego ojciec był właścicielem rodzinnej posiadłości w południowej Szkocji. W 1826 roku znalazł żonę o imieniu Frances Kay, pobrali się, a 5 lat później urodził im się Jakub.
W niemowlęctwie Maxwell i jego rodzice przenieśli się do posiadłości Middleby, gdzie spędził dzieciństwo, które zostało mocno przyćmione przez śmierć jego matki na raka. Już w pierwszych latach życia aktywnie interesował się światem zewnętrznym, lubił poezję, otaczały go tzw. „zabawki naukowe”. Na przykład poprzednikiem kinematografii jest „magiczny dysk”.
W wieku 10 lat rozpoczął naukę u nauczyciela domowego, ale okazało się to nieskuteczne, więc w 1841 roku przeniósł się do Edynburga, aby zamieszkać z ciotką. Tutaj zaczął uczęszczać do Akademii w Edynburgu, która kładła nacisk na klasyczne wykształcenie.
Studia na Uniwersytecie w Edynburgu
W 1847 przyszły fizyk James Maxwell rozpoczął studia w Tut, studiował prace z fizyki, magnetyzmu i filozofii, organizował liczne eksperymenty laboratoryjne. Najbardziej interesowały go właściwości mechaniczne materiałów. Badał je za pomocą światła spolaryzowanego. Fizyk Maxwell miał taką możliwość po tym, jak jego kolega William Nicol podarował mu dwa samodzielnie zmontowane urządzenia polaryzacyjne.
W tym czasie wykonał dużą liczbę modeli z żelatyny, poddał je deformacjom, wykonał kolorowe obrazy w świetle spolaryzowanym. Porównując swoje eksperymenty z badaniami teoretycznymi, Maxwell wydedukował wiele nowych wzorców i przetestował stare. Wyniki tych prac były wówczas niezwykle ważne dla mechaniki budowli.
Maxwella w Cambridge
W 1850 roku Maxwell chce kontynuować naukę, choć jego ojciec nie jest entuzjastycznie nastawiony do tego pomysłu. Naukowiec jedzie do Cambridge. Tam wstępuje do niedrogiego Peterhouse College. Dostępny tam program nauczania nie satysfakcjonował Jamesa, poza tym studia w Peterhouse nie dawały żadnych perspektyw.
Dopiero pod koniec pierwszego semestru udało mu się przekonać ojca i przenieść do bardziej prestiżowego Trinity College. Dwa lata później zostaje stypendystą, otrzymuje osobny pokój.
Jednocześnie Maxwell praktycznie nie angażuje się w działalność naukową, więcej czyta i uczęszcza na wykłady wybitnych naukowców swoich czasów, pisze wiersze i uczestniczy w życiu intelektualnym uniwersytetu. Bohater naszego artykułu dużo komunikuje się z nowymi ludźmi, dzięki czemu rekompensuje swoją naturalną nieśmiałość.
Codzienna rutyna Maxwella była interesująca. Od 7:00 do 17:00 pracował, potem zasnął. Wstałem ponownie o 21.30, czytałem, a od drugiej do wpół do drugiej byłem zajęty bieganiem po korytarzach hostelu. Potem znowu poszedł spać, żeby przespać do rana.
Roboty elektryczne
Podczas pobytu w Cambridge fizyk Maxwell poważnie zainteresował się problemami elektryczności. Zajmuje się badaniem efektów magnetycznych i elektrycznych.
W tym czasie Michael Faraday przedstawił teorię indukcji elektromagnetycznej, linii sił zdolnych do łączenia ujemnych i dodatnich ładunków elektrycznych. Jednak Maxwellowi nie podobała się ta koncepcja działania na odległość, jego intuicja podpowiadała mu, że gdzieś są sprzeczności. Postanowił więc skonstruować teorię matematyczną, która połączyłaby wyniki uzyskane przez zwolenników działania długofalowego i reprezentacji Faradaya. Zastosował metodę analogii i zastosował wyniki osiągnięte wcześniej przez Williama Thomsona w analizie procesów wymiany ciepła w ciałach stałych. Tak więc po raz pierwszy podał uzasadnione matematyczne uzasadnienie tego, jak przebiega transmisja działania elektrycznego w określonym środowisku.
Kolorowe ujęcia
W 1856 roku Maxwell wyjechał do Aberdeen, gdzie wkrótce się ożenił. W czerwcu 1860 roku na zjeździe Towarzystwa Brytyjskiego, odbywającym się w Oksfordzie, bohater naszego artykułu składa ważny raport ze swoich badań w dziedzinie teorii koloru, wzmacniając je konkretnymi eksperymentami z wykorzystaniem kolorowego pudełka. W tym samym roku został odznaczony medalem za pracę nad połączeniem optyki i kolorów.
W 1861 r. dostarcza niezbitego dowodu słuszności swojej teorii w Instytucie Królewskim - jest to kolorowa fotografia, nad którą pracuje od 1855 r. Nikt na świecie tego wcześniej nie zrobił. Negatywy przepuścił przez kilka filtrów – niebieski, zielony i czerwony. Oświetlając negatywy przez te same filtry, udaje mu się uzyskać kolorowy obraz.
Równanie Maxwella
Thomson miał również silny wpływ na biografię Jamesa Clerka Maxwella. W rezultacie dochodzi do wniosku, że magnetyzm ma charakter wirowy, a prąd elektryczny - translacyjny. Tworzy mechaniczny model, aby wszystko wizualnie zademonstrować.
W rezultacie prąd przesunięcia doprowadził do słynnego równania ciągłości, które jest nadal używane do określenia ładunku elektrycznego. Według współczesnych odkrycie to było najbardziej znaczącym wkładem Maxwella we współczesną fizykę.
ostatnie lata życia
Maxwell spędził ostatnie lata swojego życia w Cambridge na różnych stanowiskach administracyjnych, stając się prezesem Towarzystwa Filozoficznego. Wraz ze swoimi studentami badał rozchodzenie się fal w kryształach.
Współpracujący z nim pracownicy wielokrotnie zwracali uwagę, że był maksymalnie prosty w komunikacji, poświęcał się całkowicie badaniom, miał wyjątkową zdolność wnikania w istotę samego problemu, był bardzo wnikliwy, a jednocześnie adekwatnie reagował na krytykę, nigdy nie aspirował do stał się sławny, ale jednocześnie był zdolny do wysoce wyrafinowanego sarkazmu.
Pierwsze objawy poważnej choroby pojawiły się w 1877 roku, kiedy Maxwell miał zaledwie 46 lat. Coraz bardziej zaczął się dusić, trudno mu było jeść i połykać pokarmy, pojawiały się silne bóle.
Dwa lata później bardzo trudno mu było wykładać, przemawiać publicznie, bardzo szybko się męczył. Lekarze zauważyli, że jego stan stale się pogarsza. Diagnoza lekarzy była rozczarowująca – rak jamy brzusznej. Pod koniec roku, ostatecznie osłabiony, wrócił z Glenlare do Cambridge. Znany wówczas dr James Paget starał się ulżyć mu w cierpieniu.
W listopadzie 1879 zmarł Maxwell. Trumna z jego ciałem została przewieziona z Cambridge do rodzinnej posiadłości, pochowana obok rodziców na małym wiejskim cmentarzu w Parton.
Olimpiada na cześć Maxwella
Pamięć o Maxwellu jest zachowana w nazwach ulic, budynków, obiektów astronomicznych, nagród i fundacji charytatywnych. Olimpiada fizyki Maxwella odbywa się również corocznie w Moskwie.
Działa dla uczniów od klas 7 do 11 włącznie. Dla uczniów klas 7-8 wyniki Olimpiady Maxwella z fizyki są substytutem regionalnego i ogólnorosyjskiego etapu olimpiady dla dzieci w wieku szkolnym z fizyki.
Aby wziąć udział w etapie regionalnym, należy zdobyć odpowiednią liczbę punktów we wstępnej selekcji. Regionalne i końcowe etapy Olimpiady Fizyki Maxwella odbywają się w dwóch etapach. Jeden z nich ma charakter teoretyczny, a drugi eksperymentalny.
Co ciekawe, zadania Olimpiady Maxwella z fizyki na wszystkich etapach pokrywają się pod względem trudności z testami końcowych etapów Ogólnorosyjskiej Olimpiady dla dzieci w wieku szkolnym.