Джеймс Клерк Максвелл, британский физик, математик и механик

Джеймс Клерк Максвелл — физик: биография, олимпиада и особенности

Джеймс Клерк Максвелл, британский физик, математик и механик

Джеймс Максвелл — физик, который первым сформулировал основы классической электродинамики. Их применяют до сих пор. Известно знаменитое уравнение Максвелла, именно он ввел в эту науку такие понятия, как ток смещения, электромагнитное поле, предсказал электромагнитные волны, природу и давление света, сделал множество других важных открытий.

Детство физика

Физик Максвелл родился в XIX веке, в 1831 году. Он появился на свет в шотландском Эдинбурге. Герой нашей статьи происходил из рода Клерков, его отец владел фамильным имением в Южной Шотландии. В 1826 году он нашел себе супругу по имени Фрэнсис Кей, они сыграли свадьбу, а через 5 лет у них родился Джеймс.

В младенчестве Максвелл с родителями переехал в имение Миддлби, здесь он и провел детство, которое было сильно омрачено смертью матери от рака. Еще в первые годы жизни он активно интересовался окружающим миром, увлекался поэзией, его окружали так называемые «научные игрушки». Например, предшественник кинематографа «магический диск».

В 10-летнем возрасте он начал заниматься с домашним учителем, но это оказалось неэффективным, тогда в 1841 году он переехал в Эдинбург к своей тете. Здесь он начал посещать Эдинбургскую академию, в которой упор делался на классическое образование.

В 1847 году будущий физик Джеймс Максвелл начинает учиться в Эдинбургском университете. Тут он изучал труды по физике, магнетизму и философии, ставил многочисленные лабораторные опыты.

Больше всего его интересовали механические свойства материалов. Он их исследовал с помощью поляризованного света.

Такая возможность у физика Максвелла появилась после того, как его коллега Уильям Николь подарил ему два собственноручно собранных поляризационных прибора.

В то время он изготавливал большое количество моделей из желатина, подвергал их деформациям, следил за цветными картинами в поляризованном свете. Сравнивая свои опыты с теоретическими изысканиями, Максвелл вывел много новых закономерностей и проверил старые. В то время результаты этой работы были чрезвычайно важны для строительной механики.

Максвелл в Кембридже

В 1850 году Максвелл желает продолжить образование, хотя отец и не в восторге от этой затеи. Ученый отправляется в Кембридж. Там он поступает в недорогой колледж Питерхаус. Имевшаяся там учебная программа не удовлетворяла Джеймса, к тому же учеба в Питерхаусе не давала никаких перспектив.

Только в конце первого семестра ему удалось убедить отца и перевестись в более престижный Тринити-колледж. Через два года он становится стипендиатом, получает отдельную комнату.

При этом Максвелл практически не занимается научной деятельностью, больше читает и посещает лекции видных ученых своего времени, пишет стихи, участвует в интеллектуальной жизни университета. Герой нашей статьи много общается с новыми людьми, за счет этого компенсирует природную застенчивость.

Интересным был распорядок дня Максвелла. С 7 утра до 5 вечера он трудился, затем засыпал. Снова вставал в 21.30, читал, а с двух до полтретьего ночи занимался бегом прямо в коридорах общежития. После этого снова ложился, чтобы проспать до самого утра.

Работы по электричеству

Во время пребывания в Кембридже физик Максвелл всерьез увлекается проблемами электричества. Он исследует магнетизм, природу магнитных и электрических эффектов.

К тому времени Майкл Фарадей выдвинул теорию электромагнитной индукции, силовых линий, способных соединять отрицательный и положительный электрические заряды. Однако такая концепция действия на расстоянии не нравилась Максвелла, интуиция ему подсказывала, что где-то есть противоречия.

Поэтому он решил построить математическую теорию, которая объединила бы результаты, полученные сторонниками дальнодействия, и представление Фарадея. Он использовал метод аналогии и применил результаты, которых ранее добился Уильямом Томсоном при анализе процессов теплопередачи в твердом теле.

Так он впервые дал аргументированное математическое обоснование тому, как идет передача электрического действия в определенной среде.

Цветные снимки

В 1856 году Максвелл отправляется в Абердин, где вскоре женится. В июне 1860 году на съезде Британской ассоциации, который проходит в Оксфорде, герой нашей статьи делает важный доклад о своих исследования в области теории цветов, подкрепляя их конкретными экспериментами с помощью цветового ящика. В том же году его награждают медалью за работу над соединением оптики и цветов.

В 1861 году он предоставляет в Королевском институте неопровержимые доказательства верности своей теории — это цветная фотография, над которой он работал еще с 1855 года. Такого в мире еще никто не делал. Негативы он снял через несколько фильтров — синий, зеленый и красный. Освещая негативы через те же фильтры, ему удается получить цветное изображение.

Уравнение Максвелла

Сильное влияние в биографии Джеймса Клерка Максвелла на него оказали физики Фарадей и Томсон. В результате он приходит к заключению, что магнетизм обладает вихревой природой, а электрический ток — поступательной. Он создает механическую модель, чтобы наглядно все продемонстрировать.

В результате ток смещения привел к знаменитому уравнению непрерывности, которое до сих пор используется для электрического заряда. По мнению современников, это открытие стало самым значимым вкладом Максвелла в современную физику.

Последние годы жизни

Последние годы своей жизни Максвелл провел в Кембридже на различных административных должностях, становился президентом философского общества. Вместе с учениками исследовал распространение волн в кристаллах.

Сотрудники, которые с ним работали, неоднократно отмечали, что он был максимально прост в общении, всецело отдавался исследованиям, имел уникальную способность проникать в суть самой проблемы, был очень проницательным, при этом адекватно реагировал на критику, никогда не стремился стать знаменитым, но в то же время был способен на весьма утонченный сарказм.

Первые симптомы серьезного заболевания у него проявились в 1877 году, когда Максвеллу исполнилось всего 46 лет. Он все чаще стал задыхаться, ему трудно было есть и проглатывать пищу, возникали сильные боли.

Уже через два года ему было совсем тяжело читать лекции, выступать на публике, он очень быстро уставал. Врачи отмечали, что его состояние постоянно ухудшалось. Диагноз медиков был неутешителен — рак брюшной полости. В конце года, окончательно ослабев, он вернулся из Гленлэра в Кембридж. Облегчить его страдания пытался доктор Джеймс Паджет, известный в то время.

В ноябре 1879 году Максвелл умер. Гроб с его телом перевезли из Кембриджа в фамильное имение, похоронив рядом с родителями на небольшом деревенском кладбище в Партоне.

Олимпиада в честь Максвелла

Память о Максвелле сохранилась в названиях улиц, зданий, астрономических объектов, наград и благотворительных фондов. Также ежегодно в Москве проходит олимпиада по физике имени Максвелла.

Она проходит для учеников с 7 по 11 классы включительно. Для школьников 7-8 классов результаты олимпиады Максвелла по физике являются заменой регионального и Всероссийского этапа олимпиады школьников по физике.

Чтобы участвовать в региональном этапе, нужно получить достаточное количество баллов на предварительном отборе. Региональный и финальный этапы олимпиады Максвелла по физике проходят в два этапа. Один из них теоретический, а второй — экспериментальный.

Интересно, что задания олимпиады Максвелла по физике на всех этапах совпадают по уровню сложности с испытаниями финальных этапов Всероссийской олимпиады школьников.

Источник: https://FB.ru/article/377198/djeyms-klerk-maksvell---fizik-biografiya-olimpiada-i-osobennosti

Джеймс Клерк Максвелл биография и вклад в науку / Общая культура

Джеймс Клерк Максвелл, британский физик, математик и механик

Джеймс Клерк Максвелл (1831 — 1879) был ученым шотландского происхождения, который специализировался в области математической физики и чей вклад отметил до и после в истории этой науки.

Считается, что одним из самых важных ученых, которые имели записи, был признан специально для формулировки теории электромагнитного излучения. Его идея заложила основы, на которых строится известное сегодня радио.

Кроме того, этот физик также разработал теории о причине устойчивости колец Сатурна, одной из планет Солнечной системы; он работал с кинетикой газов и, как известно, был первым, кто напечатал цветную фотографию.

Открытия Клерка Максвелла внесли вклад в фундамент современной физики. Многие эксперты в этой области считают его ученым 19-го века, оказавшим наибольшее влияние в области физики ХХ века..

Вклад, который он внес в научную область, считается с той же степенью важности, что и вклад Исаака Ньютона и Альберта Эйнштейна..

индекс

  • 1 Биография
    • 1.1 Первые годы
    • 1.2 Первые исследования
    • 1.3 Высшее образование
    • 1.4 Личная потеря и брак
    • 1.5 Достижения в профессиональной сфере
  • 2 Вклад в науку
    • 2.1 Расследования
    • 2.2 Смерть
  • 3 Вклад в науку
    • 3.1 Электромагнетизм
    • 3.2 Данные о кольцах Сатурна
    • 3.3 Исследование кинетической теории газов
    • 3.4 Цветовое зрение
  • 4 Ссылки

Первые годы

Джеймс Клерк Максвелл родился 13 июня 1831 года в Эдинбурге, Шотландия, в семье среднего класса. Он был единственным ребенком в паре, которая вышла замуж в преклонном возрасте; его мать родила его в 40 лет.

Его отец, Джон Клерк Максвелл из Миддлби, известный адвокат, унаследовал свою фамилию от важной семьи того времени. Фамилия Джеймса была синонимом шотландского высшего общества. Фрэнсис Кей была именем ее матери, женщины, которая принадлежала к семье с высоким положением в обществе того времени..

Вскоре после рождения клерка семья переехала в коттедж под названием Glenlair House, который находился в деревне Middlebie и приходе..

Первые исследования

Когда Максвеллу было примерно восемь лет, в 1839 году его мать умерла от рака брюшной полости. После мероприятия Клерк начал получать уроки от репетитора, который утверждал, что у молодого человека были проблемы с обучением из-за количества времени, которое ему потребовалось для запоминания информации..

Тем не менее, клерк Максвелл проявил большое любопытство в раннем возрасте и замечательную способность изучать новые идеи. Вскоре после того, как он начал посещать частные уроки, его тетя отправила его в школу в Эдинбургской академии в 1841 году, где он подружился с людьми, которые отметили его будущее.

Несмотря на его замечательное любопытство к учебе, учебная программа, которую он получил в школе, его не интересовала. По этой причине он начал склоняться к науке до такой степени, что даже опубликовал свою первую статью, касающуюся этой области, когда ему было всего 14 лет..

В эссе Клерк Максвелл описал серию овальных кривых, которые по аналогии можно нарисовать с помощью булавок и нитей, с помощью эллипса. Его интерес к геометрии и механическим моделям продолжался в течение всей его жизни как студента и помог ему в течение его времени как исследователя.

Высшее образование

В 16 лет Джеймс Клерк Максвелл начал учиться в Эдинбургском университете, одном из самых важных в Шотландии. За то время, что он оставался в этом учреждении, он опубликовал две научные статьи своего авторства..

Кроме того, физик посвятил несколько часов дополнительного обучения тем, кого он получил в университете. Он пришел, чтобы экспериментировать с импровизацией химических, электрических и магнитных устройств в доме, где он жил.

Часть этих практик служила для обнаружения фотоупругости (средства, определяющие распределение напряжения в физических структурах).

В 1850 году, когда физику было около 19 лет, он поступил в Кембриджский университет, и его интеллектуальные способности стали признаваться. В институте в Кембридже работал профессор математики Уильям Хопкинс, который считал Максвелла одним из своих самых важных учеников.

Через четыре года после начала обучения в этом учреждении, в 1854 году он был удостоен премии Смита. Эта престижная награда была вручена ему за проведение эссе о оригинальном научном исследовании..

Кроме того, он был выбран, чтобы получить стипендию, и он отказался вернуться в Шотландию, чтобы позаботиться о своем отце, который был в тяжелом состоянии здоровья..

Личная потеря и брак

В 1856 году он был назначен профессором естественной философии в Маришальском колледже, но его отец умер до его назначения, что означало значительную потерю для физика из-за сильных связей, которые связывали его с его отцом..

Ученый был примерно на 15 лет моложе других учителей, преподававших в Маришальском колледже; Тем не менее, это не помешало выработать твердую приверженность занимаемой им должности. Он разработал новые учебные программы и программы конференций со студентами..

Два года спустя, в 1858 году, он женился на Кэтрин Мэри Дьюар, дочери директора Маришальского колледжа. У них никогда не было детей вместе. Спустя годы он был назначен профессором естественной философии в Королевском колледже Лондона, Англия..

Достижения в профессиональной сфере

Следующие пять лет были самыми позитивными в его карьере благодаря научным достижениям, которых он достиг. За это время он опубликовал две статьи, посвященные теме электромагнитного поля, и продемонстрировал цветную фотографию..

Кроме того, он также сделал теоретическую и экспериментальную работу по вязкости газов. Значение, которое он приобрел в научной сфере, сделало его достойным членства в Королевском научном обществе в 1861 году..

С другой стороны, он отвечал за контроль экспериментального определения электрических единиц для Британской ассоциации. Его вклад в области науки привел к созданию Национальной физической лаборатории.

Он также внес важный вклад в теории скорости света, благодаря измерению соотношения электромагнитных и электростатических единиц электричества..

Вклад в науку

В 1865 году физик бросил свою работу в Королевском колледже, чтобы уйти в свое поместье Гленлер. Он совершил несколько поездок в Лондон и Италию, а через несколько лет начал писать трактат об электричестве и магнетизме..

исследование

Исследование Максвелла по электромагнетизму имело такое значение, что ученый стал считаться одним из самых важных в истории.

В Договор об электричестве и магнетизме, которая была опубликована в 1873 году, главной целью было преобразование физических идей Майкла Фарадея в математическую формулу. Он попытался наглядно проиллюстрировать идеи Фарадея.

Исследования, которые он провел в отношении этого закона, позволили ученому сделать важные открытия в области физики, что касается соответствующей информации о скорости света..

Ученый был выбран в 1871 году, чтобы он, как профессор, работал на новой кафедре, которая была открыта в Кембридже. После этого предложения он начал проектировать Кавендишскую лабораторию и руководил ее строительством. Несмотря на то, что в его ведении было мало учеников, у него была группа известных ученых того времени..

смерть

Восемь лет спустя, в 1879 году, Максвелл начал страдать от болезней несколько раз. Вскоре после того, как он вернулся в Гленлэр; однако его здоровье не улучшилось.

Ученый скончался 5 ноября 1879 года после недолгой болезни. Его похороны не имели публичных почестей; был похоронен на небольшом кладбище в Шотландии.

электромагнетизм

Исследования, которые Максвелл осуществил по закону индукции Фарадея, который поднял вопрос о том, что магнитное поле может измениться на одно электромагнитное, позволили ему осуществить важные открытия в этой научной области..

Пытаясь проиллюстрировать этот закон, ученый добился построения механической модели, которая породила «ток смещения», который мог бы стать основой поперечных волн..

Физик произвел расчет скорости этих волн и обнаружил, что они очень близки к скорости света. Это привело к теории, предполагающей, что электромагнитные волны могут генерироваться в лаборатории, что было продемонстрировано много лет спустя ученым Генрихом Герцем.

Это исследование, проведенное Максвеллом, позволило на протяжении многих лет создавать радио, которое мы знаем сегодня,.

Факты о кольцах Сатурна

В юности ученого приоритет отдавался объяснению того, почему кольца Сатурна продолжали связно вращаться вокруг планеты..

Исследование Максвелла привело к испытанию под названием Об устойчивости движения колец Сатурна. Разработка этого эссе сделала Максвелла достойной научной премии.

Работа пришла к выводу, что кольца Сатурна должны быть образованы массами материи, которые не были связаны друг с другом. Исследование было присуждено за важный вклад в науку, что означало.

Выводы Максвелла по этому вопросу были подтверждены более 100 лет спустя, в 1980 году, космическим зондом, отправленным на планету. Зонд признан мореплаватель, отправлено НАСА.

Исследование кинетической теории газов

Максвелл был первым ученым, применившим методы вероятности и статистики для описания свойств набора молекул, поэтому он мог продемонстрировать, что скорости молекул газа должны иметь статистическое распределение..

Его распределение было известно вскоре после того, как закон распределения Максвелла-Больцмана. Кроме того, физик исследовал свойства, которые позволяют транспортировать газ, основываясь на изменениях температуры и давления в зависимости от вязкости, теплопроводности и диффузии..

Цветовое зрение

Как и другие ученые того времени, Максвелл проявлял замечательный интерес к психологии, особенно к цветовому зрению.

В течение приблизительно 17 лет, между 1855 и 1872 годами, он опубликовал серию исследований, посвященных восприятию цвета, неспособности увидеть цвета и теории об этой области. Благодаря им он получил медаль за одно из своих эссе, озаглавленное К теории цветового зрения.

Исследования некоторых важных ученых, таких как Исаак Ньютон и Томас Янг, послужили основой для проведения исследований, связанных с этой темой. Однако физик особенно интересовался восприятием цвета в фотографии..

Проведя психологическую работу по восприятию цвета, он определил, что, если сумма трех источников света может воспроизвести любой цвет, воспринимаемый человеком, цветные фотографии могут быть получены с использованием специальных фильтров для достижения этого..

Максвелл предположил, что если фотография была сделана в черно-белом режиме с использованием красного, зеленого и синего фильтров, прозрачные отпечатки изображений можно было проецировать на экран с использованием трех протекторов, оборудованных аналогичными фильтрами..

Результат эксперимента по цветовому зрению

В тот момент, когда Мэйуэлл наложил изображение на экран, он понял, что человеческий глаз воспримет результат как полное воспроизведение всех цветов, которые были на сцене..

Спустя годы, в 1861 году, во время лекции в Королевском институте по теории цвета ученый представил первую в мире демонстрацию об использовании цвета в фотографии. Он использовал результаты своего анализа, чтобы оправдать свои идеи.

Однако результаты эксперимента оказались не такими, как ожидалось, из-за разницы в пигментации между фильтрами, используемыми для добавления цвета.

Несмотря на то, что он не достиг желаемых результатов, его исследования по использованию цвета в фотографии послужили основой для создания цветной фотографии несколько лет спустя..

ссылки

  1. Джеймс Клерк Максвелл, Издательство Британской энциклопедии, (2018). Взято с britannica.com
  2. Джеймс Клерк Максвелл, известный научный сотрудник портала (н.д.). Взято с famousscientists.org
  3. Джеймс Клерк Максвелл, Неизвестный портал Шотландии, (н.д.). Взято с сайта uniscoveredscotland.co.uk
  4. Джеймс Клерк Максвелл, Портал Википедия на английском языке (н.д.). Взято с en.wikipedia.org
  5. Кем был Джеймс Клерк Максвелл, Портал Максвелл в Glenlair Trust, (н.д.). Взято с org.uk

Источник: https://ru.thpanorama.com/articles/cultura-general/james-clerk-maxwell-biografa-y-aportes-a-la-ciencia.html

Джеймс Клерк Максвелл, британский физик, математик и механик

Джеймс Клерк Максвелл, британский физик, математик и механик

Джеймс Клерк Максвелл ($1831$ — $1879$) — британский физик, математик и механик.

Биография

Замечание 1

Джеймс Клерк Максвелл родился $13$ июня $1831$ года в Эдинбурге, Шотландия.

Его отец был адвокатом, а его мать умерла, когда ему было всего восемь лет.

Он учился в средней школе в Эдинбурге — где он опубликовал свою первую научную статью в возрасте всего $14$ лет.

В $1847$ году он поступил в Эдинбургский университет, где он посещал под руководством сэра Уильяма Гамильтона занятия по логике, математике и естественной философии.

Однако, как и в школе, он был более заинтересован в проведении своих исследований за пределами учебного плана.

Он исследовал свойства поляризованного света и призм, а главное сделал свои ранние исследования с помощью электрических и магнитных установок.

В возрасте $19$ лет, Максвелл переехал в Кембриджский университет, изучая математику, и стал членом Тринити-колледжа.

Он женился на Кэтрин Мэри Дьюара в $1858$. Его жена, дочь руководителя колледжа, помогал ему в его экспериментах. У пары не было детей, и был очень предан по отношению друг к другу.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

В $1860$ году в возрасте $29$ лет он принял профессуру в Королевском колледже в Лондоне. Максвелл остался в Лондоне до $1865$ года, выполняя большую часть своей самой известной работы. Затем он вернулся к своей семье в Шотландию и в течение шести лет он проводил эксперименты и расчеты.

В $1871$ году он стал профессором в Кембриджском университете, где он оставался до самой своей смерти.

Замечание 2

Джеймс Клерк Максвелл заболел раком брюшной полости и умер $5$ ноября $1879$ году в возрасте $48$ лет назад, его мать умерла от той же болезни и в том же возрасте.

Его открытия проложили путь для большей части технологических новшеств современного мира и продолжали оказывать влияние на физику и в следующем столетии.

Научные достижения

Кольца Сатурна

В $1855$ году темой четвертой премии Адамса в Кембридже было объявлено как исследование движений и устойчивости колец Сатурна.

Некоторые расчеты о кольцах Сатурна, были сделаны Лапласом еще в $1787$ году.

Максвелл пришел к выводу, что кольца должны состоять из множества мелких частиц, которые независимо друг от друга, вращаются вокруг Сатурна. За это открытие он получил $130$ фунтов и премию Адамса.

Кинетическая теория и термодинамика

Максвелл является одним из основателей кинетической теории газов, и в $1860$ году выводит закон, описывающий статистическое распределение молекул газа, в зависимости от их скорости. В соответствии со своей теорией Максвелл объясняет закон Авогадро, диффузию, теплопроводность и внутреннее трение.

Замечание 3

Распределение Максвелла-Больцмана является одним из его больших вкладов в физику. Такое распределение скоростей частиц описано в идеализированных газах, где частицы движутся свободно и имеют краткие столкновений друг с другом.

Работы Максвелла по термодинамике помогли ему прийти к мысленному эксперименту, который стал известен, как «Демон Максвелла», где второй закон термодинамики нарушается воображаемым способом.

Замечание 4

Самый большой прорыв Максвелла состоялся в $1871$ году, когда он установил термодинамические соотношения Максвелла, которые являются утверждением равенства между вторыми производными термодинамических потенциалов относительно различных термодинамических переменных.

Они выражают основные закономерности электромагнитных явлений и теперь занимают центральное место в физике — являются основой электричества и радио.

Видение цвета

Может быть, не так популярны его вклады в науку фотографии, в частности, открытие того, что цветное изображение может быть получено путем деления световых фильтров красного, зеленого и синего.

В $1861$ году он представил концепцию цветной фотографии на лекции в Королевском институте.

Строго говоря, эта демонстрация только иллюстрирует концепцию цвета по принципу аддитивного смешения цветов, не приводя к истинной цветовой картине, но считается, что Максвелл изобрел цветную фотографию.

Между $1855$ и $1872$ годами он продолжил свои исследования, связанные с восприятием цвета и дальтонизмом, и первым был награжден медалью Румфорда.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/dzheyms_klerk_maksvell_britanskiy_fizik_matematik_i_mehanik/

Джеймс Клерк Максвелл

Джеймс Клерк Максвелл, британский физик, математик и механик

  • Известные личности
  • Знаменитые физики
  • Джеймс Клерк Максвелл

Джеймс Клерк Максвелл (1831-79) — английский физик, создатель классической электродинамики, один из основоположников статистической физики, организатор и первый директор (с 1871) Кавендишской лаборатории, предсказал существование электромагнитных волн, выдвинул идею электромагнитной природы света, установил первый статистический закон — закон распределения молекул по скоростям, названный его именем.

Развивая идеи Майкла Фарадея, создал теорию электромагнитного поля (уравнения Максвелла); ввел понятие о токе смещения, предсказал существование электромагнитных волн, выдвинул идею электромагнитной природы света. Установил статистическое распределение, названное его именем.

Исследовал вязкость, диффузию и теплопроводность газов. Максвелл показал, что кольца Сатурна состоят из отдельных тел.

Труды по цветному зрению и колориметрии (диск Максвелла), оптике (эффект Максвелла), теории упругости (теорема Максвелла, диаграмма Максвелла — Кремоны), термодинамике, истории физики и др.

Семья. Годы учения

Джеймс Максвелл родился 13 июня 1831, в Эдинбурге.  Он был единственным сыном шотландского дворянина и адвоката Джона Клерка, который, получив в наследство поместье жены родственника, урожденной Максвелл, прибавил это имя к своей фамилии. После рождения сына семья переехала в Южную Шотландию, в собственное поместье Гленлэр («Приют в долине»), где и прошло детство мальчика.

В 1841 отец отправил Джеймса в школу, которая называлась «Эдинбургская академия». Здесь в 15 лет Максвелл написал свою первую научную статью «О черчении овалов».

В 1847 он поступил в Эдинбургский университет, где проучился три года, и в 1850 перешел в Кембриджский университет, который окончил в 1854.

К этому времени Джеймс Максвелл был первоклассным математиком с великолепно развитой интуицией физика.

Создание Кавендишской лаборатории. Преподавательская работа

По окончании университета Джеймс Максвелл был оставлен в Кембридже для педагогической работы. В 1856 он получил место профессора Маришал-колледжа в Абердинском университете (Шотландия).

В 1860 избран членом Лондонского королевского общества.

В том же году переехал в Лондон, приняв предложение занять пост руководителя кафедры физики в Кинг-колледже Лондонского университета, где работал до 1865 года.

Вернувшись в 1871 в Кембриджский университет, Максвелл организовал и возглавил первую в Великобритании специально оборудованную лабораторию для физических экспериментов, известную как Кавендишская лаборатория (по имени английского ученого Генри Кавендиша). Становлению этой лаборатории, которая на рубеже 19-20 вв. превратилась в один из крупнейших центров мировой науки, Максвелл посвятил последние годы своей жизни.

Вообще фактов из жизни Максвелла известно немного. Застенчивый, скромный, он стремился жить уединенно и не вел дневников.

В 1858 Джеймс Максвелл женился, но семейная жизнь, видимо, сложилась неудачно, обострила его нелюдимость, отдалила от прежних друзей.

Существует предположение, что многие важные материалы о жизни Максвелла погибли во время пожара 1929 в его гленлэрском доме, через 50 лет после его смерти. Он умер от рака в возрасте 48 лет.

Научная деятельность

Необычайно широкая сфера научных интересов Максвелла охватывала теорию электромагнитных явлений, кинетическую теорию газов, оптику, теорию упругости и многое другое. Одними из первых его работ были исследования по физиологии и физике цветного зрения и колориметрии, начатые в 1852.

В 1861 Джеймс Максвелл впервые получил цветное изображение, спроецировав на экран одновременно красный, зеленый и синий диапозитивы. Этим была доказана справедливость трехкомпонентной теории зрения и намечены пути создания цветной фотографии.

В работах 1857-59 Максвелл теоретически исследовал устойчивость колец Сатурна и показал, что кольца Сатурна могут быть устойчивы лишь в том случае, если состоят из не связанных между собой частиц (тел).

В 1855 Д. Максвелл приступил к циклу своих основных работ по электродинамике. Были опубликованы статьи «О фарадеевых силовых линиях» (1855-56), «О физических силовых линиях» (1861-62), «Динамическая теория электромагнитного поля» (1869). Исследования были завершены выходом в свет двухтомной монографии «Трактат об электричестве и магнетизме» (1873).

Создание теории электромагнитного поля

Когда Джеймс Максвелл в 1855 начал исследования электрических и магнитных явлений, многие из них уже были хорошо изучены: в частности, установлены законы взаимодействия неподвижных электрических зарядов (закон Кулона) и токов (закон Ампера); доказано, что магнитные взаимодействия есть взаимодействия движущихся электрических зарядов. Большинство ученых того времени считало, что взаимодействие передается мгновенно, непосредственно через пустоту (теория дальнодействия).

Решительный поворот к теории близкодействия был сделан Майклом Фарадеем в 30-е гг. 19 в. Согласно идеям Фарадея, электрический заряд создает в окружающем пространстве электрическое поле. Поле одного заряда действует на другой, и наоборот.

Взаимодействие токов осуществляется посредством магнитного поля.

Распределение электрических и магнитных полей в пространстве Фарадей описывал с помощью силовых линий, которые по его представлению напоминают обычные упругие линии в гипотетической среде — мировом эфире.

Максвелл полностью воспринял идеи Фарадея о существовании электромагнитного поля, то есть о реальности процессов в пространстве возле зарядов и токов. Он считал, что тело не может действовать там, где его нет.

Первое, что сделал Д.К. Максвелл — придал идеям Фарадея строгую математическую форму, столь необходимую в физике. Выяснилось, что с введением понятия поля законы Кулона и Ампера стали выражаться наиболее полно, глубоко и изящно.

В явлении электромагнитной индукции Максвелл усмотрел новое свойство полей: переменное магнитное поле порождает в пустом пространстве электрическое поле с замкнутыми силовыми линиями (так называемое вихревое электрическое поле).

Следующий, и последний, шаг в открытии основных свойств электромагнитного поля был сделан Максвеллом без какой-либо опоры на эксперимент.

Им была высказана гениальная догадка о том, что переменное электрическое поле порождает магнитное поле, как и обычный электрический ток (гипотеза о токе смещения).

К 1869 все основные закономерности поведения электромагнитного поля были установлены и сформулированы в виде системы четырех уравнений, получивших название Максвелла уравнений.

Уравнения Максвелла — основные уравнения классической макроскопической электродинамики, описывающие электромагнитные явления в произвольных средах и в вакууме. Уравнения Максвелла получены Дж. К. Максвеллом в 60-х гг. 19 в. в результате обобщения найденных из опыта законов электрических и магнитных явлений.

Из уравнений Максвелла следовал фундаментальный вывод: конечность скорости распространения электромагнитных взаимодействий. Это главное, что отличает теорию близкодействия от теории дальнодействия. Скорость оказалась равной скорости света в вакууме: 300000 км/с. Отсюда Максвелл сделал заключение, что свет есть форма электромагнитных волн.

Работы по молекулярно-кинетической теории газов

Чрезвычайно велика роль Джеймса Максвелла в разработке и становлении молекулярно-кинетической теории (современное название — статистическая механика). Максвелл первым высказал утверждение о статистическом характере законов природы.

В 1866 им был открыт первый статистический закон — закон распределения молекул по скоростям (Максвелла распределение).

Кроме того, он рассчитал значения вязкости газов в зависимости от скоростей и длины свободного пробега молекул, вывел ряд соотношений термодинамики.

Распределение Максвелла — распределение по скоростям молекул системы в состоянии термодинамического равновесия (при условии, что поступательное движение молекул описывается законами классической механики). Установлено Дж. К. Максвеллом в 1859.

Источник: https://calcsbox.com/post/dzejms-klerk-maksvell.html

Booksm
Добавить комментарий