James Clark Maxwell: Videnskabsmanden og hans dæmon. Videnskabelige værker af James Maxwell

James Clerk Maxwell (1831-79) - engelsk fysiker, skaberen af ​​klassisk elektrodynamik, en af ​​grundlæggerne af statistisk fysik, organisator og første direktør (siden 1871) af Cavendish Laboratory, forudsagde eksistensen af ​​elektromagnetiske bølger, fremsatte ideen om lysets elektromagnetiske natur og etablerede den første statistiske lov. - loven om fordelingen af ​​molekyler efter hastighed, opkaldt efter ham.

Han udviklede Michael Faradays ideer og skabte teorien om elektrisk magnetisk felt(Maxwells ligninger); introducerede begrebet forskydningsstrøm, forudsagde eksistensen af ​​elektromagnetiske bølger og fremsatte ideen om lysets elektromagnetiske natur. Etablerede en statistisk fordeling opkaldt efter ham. Han studerede gassers viskositet, diffusion og varmeledningsevne. Maxwell viste, at Saturns ringe består af separate kroppe. Arbejder med farvesyn og kolorimetri (Maxwell disk), optik (Maxwell effekt), elasticitetsteori (Maxwells sætning, Maxwell-Cremona diagram), termodynamik, fysiks historie mv.

Familie. Studieår

James Maxwell blev født den 13. juni 1831 i Edinburgh. Det var han eneste søn Den skotske adelsmand og advokat John Clerk, som efter at have arvet boet efter en slægtninges kone, født Maxwell, tilføjede dette navn til sit efternavn. Efter fødslen af ​​deres søn flyttede familien til det sydlige Skotland til deres egen ejendom, Glenlare ("Shelter in the Valley"), hvor drengen tilbragte sin barndom.

I 1841 sendte James' far ham til en skole kaldet Edinburgh Academy. Her skrev Maxwell i en alder af 15 sin første videnskabelige artikel, "On Drawing Ovals." I 1847 kom han ind på University of Edinburgh, hvor han studerede i tre år, og i 1850 flyttede han til University of Cambridge, hvor han dimitterede i 1854. På dette tidspunkt var James Maxwell en førsteklasses matematiker med den fremragende udviklede intuition af en fysiker.

Oprettelse af Cavendish Laboratory. Undervisningsarbejde

Efter sin eksamen fra universitetet blev James Maxwell efterladt i Cambridge til pædagogisk arbejde. I 1856 modtog han en stilling som professor ved Marischal College ved University of Aberdeen (Skotland). I 1860 blev han valgt til medlem af Royal Society of London. Samme år flyttede han til London og accepterede et tilbud om at tiltræde stillingen som leder af afdelingen for fysik ved King's College, University of London, hvor han arbejdede indtil 1865.

Da han vendte tilbage til Cambridge University i 1871, organiserede og ledede Maxwell Storbritanniens første specielt udstyrede laboratorium til fysiske eksperimenter, kendt som Cavendish Laboratory (opkaldt efter den engelske videnskabsmand Henry Cavendish). Dannelsen af ​​dette laboratorium, som ved overgangen til det 19.-20. århundrede. forvandlet til en af største centre verdensvidenskab, dedikeret Maxwell de seneste år af dit liv.

Generelt er der kun få fakta fra Maxwells liv. Genert og beskeden søgte han at leve i ensomhed og førte ikke dagbog. I 1858 giftede James Maxwell sig, men familieliv, tilsyneladende, viste sig uden held, forværrede hans usociabilitet og fremmedgjorde ham fra sine tidligere venner. Der er spekulationer om, at meget af det vigtige materiale om Maxwells liv gik tabt ved branden i hans Glenlare-hjem i 1929, 50 år efter hans død. Han døde af kræft i en alder af 48.

Videnskabelige aktiviteter

Maxwells usædvanligt brede sfære af videnskabelige interesser dækkede teorien om elektromagnetiske fænomener, den kinetiske teori om gasser, optik, teorien om elasticitet og meget mere. Et af hans første værker var forskning i fysiologi og fysik af farvesyn og kolorimetri, påbegyndt i 1852. I 1861 opnåede James Maxwell først et farvebillede ved samtidig at projicere røde, grønne og blå lysbilleder på en skærm. Dette beviste gyldigheden af ​​trekomponentteorien om syn og skitserede måder at skabe farvefotografering på. I sine værker 1857-59 studerede Maxwell teoretisk stabiliteten af ​​Saturns ringe og viste, at Saturns ringe kun kan være stabile, hvis de består af partikler (legemer), der ikke er forbundet med hinanden.

I 1855 begyndte D. Maxwell en række af sine hovedværker om elektrodynamik. Artiklerne "Om Faradays kraftlinjer" (1855-56), "Om fysiske kraftlinjer" (1861-62) og "Dynamisk teori om det elektromagnetiske felt" (1869) blev publiceret. Forskningen blev afsluttet med udgivelsen af ​​en monografi i to bind, "Treatise on Electricity and Magnetism" (1873).

Oprettelse af teorien om elektromagnetiske felter

Da James Maxwell begyndte at forske i elektriske og magnetiske fænomener i 1855, var mange af dem allerede blevet grundigt undersøgt: Især lovene for interaktion mellem stationære elektriske ladninger (Coulombs lov) og strømme (Amperes lov) var blevet etableret; Det er blevet bevist, at magnetiske vekselvirkninger er vekselvirkninger af elektriske ladninger i bevægelse. De fleste videnskabsmænd på den tid troede, at interaktion blev overført øjeblikkeligt, direkte gennem tomhed (teorien om langtrækkende handling).

En afgørende drejning til teorien om kortdistancehandling blev foretaget af Michael Faraday i 30'erne. 1800-tallet Ifølge Faradays ideer skaber en elektrisk ladning et elektrisk felt i det omgivende rum. Feltet af en ladning virker på en anden, og omvendt. Samspillet mellem strømme udføres gennem et magnetfelt. Faraday beskrev fordelingen af ​​elektriske og magnetiske felter i rummet ved hjælp af kraftlinjer, som efter hans opfattelse ligner almindelige elastiske linjer i et hypotetisk medium - verdensæteren.

Maxwell accepterede fuldt ud Faradays ideer om eksistensen af ​​et elektromagnetisk felt, det vil sige om virkeligheden af ​​processer i rummet nær ladninger og strømme. Han mente, at kroppen ikke kan handle, hvor den ikke eksisterer.

Det første, D.K Maxwell - gav Faradays ideer en streng matematisk form, så nødvendig i fysik. Det viste sig, at med introduktionen af ​​begrebet felt begyndte lovene i Coulomb og Ampere at blive udtrykt mest fuldstændigt, dybt og elegant. I fænomenet elektromagnetisk induktion Maxwell så en ny egenskab ved felter: et vekslende magnetfelt genererer i det tomme rum et elektrisk felt med lukkede kraftlinjer (det såkaldte elektriske hvirvelfelt).

Det næste og sidste trin i opdagelsen af ​​det elektromagnetiske felts grundlæggende egenskaber blev taget af Maxwell uden nogen afhængighed af eksperimentet. Han lavede et glimrende gæt på, at et vekslende elektrisk felt genererer et magnetisk felt, ligesom et normalt. elektrisk strøm(forskydningsstrømhypotese). I 1869 blev alle de grundlæggende love for det elektromagnetiske felts opførsel etableret og formuleret i form af et system af fire ligninger, kaldet Maxwells ligninger.

Maxwells ligninger er de grundlæggende ligninger for klassisk makroskopisk elektrodynamik, der beskriver elektromagnetiske fænomener i vilkårlige medier og i vakuum. Maxwells ligninger blev opnået af J.C. Maxwell i 60'erne. 1800-tallet som et resultat af generalisering af lovene for elektriske og magnetiske fænomener fundet af erfaring.

En grundlæggende konklusion fulgte af Maxwells ligninger: den endelige udbredelseshastighed af elektromagnetiske interaktioner. Dette er det vigtigste, der adskiller teorien om kortdistancehandling fra teorien om langdistancehandling. Hastigheden viste sig at være lige hastighed lys i vakuum: 300.000 km/s. Heraf konkluderede Maxwell, at lys er en form for elektromagnetiske bølger.

Arbejder på den molekylære kinetiske teori om gasser

James Maxwells rolle i udviklingen og etableringen af ​​molekylær kinetisk teori er ekstremt vigtig ( moderne navn- statistisk mekanik). Maxwell var den første til at udtale sig om naturlovenes statistiske karakter. I 1866 opdagede han den første statistiske lov - loven om fordelingen af ​​molekyler efter hastighed (Maxwell distribution). Derudover beregnede han viskositeten af ​​gasser afhængig af molekylernes hastigheder og gennemsnitlige frie vej og udledte en række termodynamiske relationer.

Maxwells fordeling er hastighedsfordelingen af ​​molekyler i et system i en tilstand af termodynamisk ligevægt (forudsat at den translationelle bevægelse af molekyler er beskrevet af den klassiske mekaniks love). Etableret af J.C. Maxwell i 1859.

Maxwell var en strålende popularisator af videnskab. Han skrev en række artikler til Encyclopedia Britannica og populære bøger: "The Theory of Heat" (1870), "Matter and Motion" (1873), "Electricity in Elementary Exposition" (1881), som blev oversat til russisk; holdt foredrag og referater kl fysiske emner for et bredt publikum. Maxwell viste også stor interesse for videnskabens historie. I 1879 udgav han G. Cavendishs værker om elektricitet og forsynede dem med omfattende kommentarer.

Evaluering af Maxwells arbejde

Videnskabsmandens værker blev ikke værdsat af hans samtidige. Ideer om eksistensen af ​​et elektromagnetisk felt virkede vilkårlige og ufrugtbare. Først efter at Heinrich Hertz eksperimentelt beviste eksistensen af ​​elektromagnetiske bølger forudsagt af Maxwell i 1886-89, fik hans teori universel accept. Dette skete ti år efter Maxwells død.

Efter eksperimentel bekræftelse af det elektromagnetiske felts realitet blev der gjort en grundlæggende videnskabelig opdagelse: der er forskellige typer stof, og hver af dem har sine egne love, der ikke kan reduceres til Newtons mekaniske love. Maxwell selv var dog næppe klart klar over dette og forsøgte først at bygge mekaniske modeller af elektromagnetiske fænomener.

Den amerikanske fysiker Richard Feynman sagde fremragende om Maxwells rolle i udviklingen af ​​videnskaben: "I menneskehedens historie (hvis man ser på det, f.eks. ti tusinde år senere), vil den mest betydningsfulde begivenhed i det 19. århundrede uden tvivl være Maxwells opdagelse. af elektrodynamikkens love. På baggrund af denne vigtige videnskabelige opdagelse borgerkrig i Amerika i samme årti vil ligne en provinsiel hændelse."

James Maxwell er gået bort 5. november 1879, Cambridge. Han er ikke begravet i de store mænds grav i England - Westminster Abbey - men i en beskeden grav ved siden af ​​sin elskede kirke i en skotsk landsby, ikke langt fra familiens ejendom.

JavaScript er deaktiveret i din webbrowser.
For at udføre beregninger skal du aktivere ActiveX-kontroller!

James Clark Maxwell levede kun 48 år, men hans bidrag til matematik, fysik og mekanik er svært at overvurdere. Albert Einstein udtalte selv, at han skyldte sin relativitetsteori til Maxwells ligninger for det elektromagnetiske felt.

Der er et hus i India Street i Edinburgh med en plakette på væggen:
"James Clarke Maxwell
Naturforsker
Født her 13. juni 1831."

Den kommende store videnskabsmand tilhørte en gammel adelsfamilie og tilbragte det meste af sin barndom på sin fars ejendom, Middleby, der ligger i det sydlige Skotland. Han voksede op nysgerrig og aktivt barn, og selv da bemærkede hans slægtninge, at hans yndlingsspørgsmål var: "Hvordan gør man dette?" og "Hvordan sker det?"

Da James fyldte ti, efter familiebeslutning, kom han ind på Edinburgh Academy, hvor han studerede flittigt, dog uden at vise nogen særlige talenter. Men da han blev båret væk af geometrien, opfandt Maxwell ny måde tegne ovaler. Indholdet af hans arbejde med ovale kurvers geometri blev beskrevet i Transactions of the Royal Society of Edinburgh for 1846. Forfatteren var kun fjorten år gammel på det tidspunkt. Som sekstenårig gik Maxwell til University of Edinburgh, hvor han valgte fysik og matematik som hovedfag. Derudover interesserede han sig for filosofiens problemer og tog kurser i logik og metafysik.

Den allerede nævnte "Proceedings of the Royal Society of Edinburgh" udgav yderligere to værker af en talentfuld studerende - om rullende kurver og om elastiske egenskaber faste stoffer. Det sidste emne var vigtigt for konstruktionsmekanik.

Efter at have studeret i Edinburgh flyttede 19-årige Maxwell til Cambridge University, først til St. Peter's College, derefter til det mere prestigefyldte Trinity College. Studiet af matematik der blev udført på et dybere niveau, og kravene til eleverne var mærkbart højere end i Edinburgh. På trods af dette lykkedes det Maxwell at opnå andenpladsen i den offentlige tretrins eksamen i matematik for en bachelorgrad.

Hos Cambridge interagerede Maxwell meget med forskellige mennesker, sluttede sig til apostlenes klub, som bestod af 12 medlemmer forenet af deres bredde og originalitet i tankegangen. Han deltog i Arbejderkollegiets aktiviteter, skabt til uddannelse almindelige mennesker, holdt foredrag der.

I efteråret 1855, da Maxwell afsluttede sine studier, blev han optaget på Holy Trinity College og inviteret til at forblive som lærer. Lidt senere sluttede han sig til Royal Society of Edinburgh - Skotlands nationale videnskabelige sammenslutning. I 1856 forlod Maxwell Cambridge til et professorat ved Marischal College i den skotske by Aberdeen.

Efter at være blevet venner med kollegiets rektor, pastor Daniel Dewar, mødte Maxwell sin datter Catherine Mary. De annoncerede deres forlovelse i senvinteren 1858 og blev gift i juni. Ifølge memoirerne fra biografen og ven af ​​videnskabsmanden Lewis Campbell viste deres ægteskab sig at være et eksempel på utrolig hengivenhed. Det er kendt, at Katherine hjalp sin mand med laboratorieforskning.

Generelt var Aberdeen-perioden meget frugtbar i Maxwells liv. Mens han stadig var i Cambridge, begyndte han at forske i strukturen af ​​Saturns ringe, og i 1859 blev hans monografi offentliggjort, hvor han beviste, at de er faste kroppe, der kredser rundt om planeten. Samtidig skrev videnskabsmanden en artikel "Forklaringer om den dynamiske teori om gasser", hvori han udledte en funktion, der afspejler fordelingen af ​​gasmolekyler afhængigt af deres hastighed, senere kaldet Maxwell-fordelingen. Dette var et af de første eksempler på statistiske love, der beskriver adfærden ikke af et objekt eller en enkelt partikel, men adfærden af ​​mange objekter eller partikler. "Maxwells dæmon", et tankeeksperiment, hvor et intelligent, ulegemligt væsen adskiller gasmolekyler ved hastighed, som forskeren senere opfandt, demonstrerede den statistiske natur af termodynamikkens anden lov.

I 1860 blev flere colleges fusioneret til University of Aberdeen, og nogle afdelinger blev afskaffet. Den unge professor Maxwell blev også afskediget. Men han forblev ikke arbejdsløs så længe, ​​han blev inviteret til at undervise på King's College i London, hvor han opholdt sig i de næste fem år.

Samme år læste videnskabsmanden på et møde i British Association en rapport om sin udvikling vedrørende farveopfattelse, som han senere modtog Rumford-medaljen for fra Royal Society of London. For at bevise rigtigheden af ​​sin egen farveteori præsenterede Maxwell for offentligheden et nyt produkt, der fangede deres fantasi - farvefotografering. Ingen kunne få det før ham.

I 1861 blev Maxwell udnævnt til standardkomitéen, oprettet for at definere de vigtigste elektriske enheder.

Derudover opgav Maxwell ikke forskning i faste stoffers elasticitet og blev tildelt Keith-prisen fra Royal Society of Edinburgh for de opnåede resultater.

Mens han arbejdede på King's College London, afsluttede Maxwell sin teori om det elektromagnetiske felt. Selve ideen om feltet blev foreslået af den berømte fysiker Michael Faraday, men hans viden var ikke nok til at præsentere sin opdagelse på formlersproget. Den matematiske beskrivelse af elektromagnetiske felter blev det største videnskabelige problem for Maxwell. Baseret på metoden til analogier, takket være hvilken lighederne mellem elektrisk interaktion og varmeoverførsel i et fast legeme, overførte videnskabsmanden forskningsdataene om varme til elektricitet og var den første til at kunne matematisk underbygge overførslen elektrisk handling i miljøet.

Året 1873 var præget af udgivelsen af ​​"Treatise on Electricity and Magnetism", hvis betydning kan sammenlignes med Newtons "Mathematical Principles of Philosophy." Ved hjælp af ligninger beskrev Maxwell elektromagnetiske fænomener og konkluderede, at der er elektromagnetiske bølger, at de udbreder sig med lysets hastighed og lyset i sig selv er af elektromagnetisk karakter.

Afhandlingen blev offentliggjort, da Maxwell allerede havde været leder af fysiklaboratoriet ved Cambridge University i to år (siden 1871), hvis skabelse betød anerkendelse i det videnskabelige samfund af den enorme betydning af den eksperimentelle tilgang til forskning.

Ikke mindre væsentlig opgave Maxwell så populariseringen af ​​videnskaben. For at gøre dette skrev han artikler til Encyclopedia Britannica, et værk, hvor han forsøgte at gøre det i et enkelt sprog forklare de grundlæggende begreber stof, bevægelse, elektricitet, atomer og molekyler.

I 1879 forværredes Maxwells helbred meget. Han vidste, at han var alvorligt syg, og at hans diagnose var kræft. Da han indså, at han var dødsdømt, udholdt han modigt smerten og mødte roligt døden, som indtraf den 5. november 1879.

Selvom Maxwells værker fik en værdig vurdering i videnskabsmandens levetid, blev deres egentlige betydning klart først år senere, da begrebet et felt i det tyvende århundrede var solidt etableret i videnskabelig brug, og Albert Einstein udtalte, at Maxwells ligninger for det elektromagnetiske felt gik forud. hans relativitetsteori.

Videnskabsmandens hukommelse er udødeliggjort i navnene på en af ​​bygningerne på University of Edinburgh, hovedbygningen og koncertsalen på University of Salford og James Clerk Maxwell Center ved Edinburgh Academy. I Aberdeen og Cambridge kan du finde gader opkaldt efter ham. Westminster Abbey har en mindeplade dedikeret til Maxwell, og besøgende på University of Aberdeen Art Gallery kan se en buste af videnskabsmanden. I 2008 blev et bronzemonument til Maxwell rejst i Edinburgh.

Mange organisationer og priser er også forbundet med Maxwells navn. Det fysiklaboratorium, han stod i spidsen for, etablerede et stipendium til de mest talentfulde kandidatstuderende. British Institute of Physics uddeler Maxwell-medaljen og prisen til unge fysikere, der har ydet betydelige bidrag til videnskaben. University of London har et Maxwell-professorat og et Maxwell Student Society. Maxwell Foundation blev oprettet i 1977 og arrangerer konferencer i fysik og matematik.

Sammen med anerkendelsen blev Maxwell kåret som den mest berømte skotske videnskabsmand i en meningsmåling fra 2006, hvilket alt sammen indikerer, at stor rolle, som han spillede i videnskabens historie.

"... der indtraf et stort vendepunkt, som for altid er forbundet med navnene Faraday, Maxwell, Hertz. Broderparten i denne revolution tilhører Maxwell... Efter Maxwell blev den fysiske virkelighed udtænkt i form af kontinuerlige felter, der kan ikke forklares mekanisk... Denne ændring i virkelighedsbegrebet er den mest dybe og frugtbare af dem, som fysikken har oplevet siden Newtons tid."

Einstein

Aforismer og citater af James Maxwell.
”Når et fænomen kan beskrives som særligt tilfælde et generelt princip, der gælder for andre fænomener, så siger de, at dette fænomen er blevet forklaret"

“...For videnskabens udvikling kræves det i enhver given æra ikke kun, at folk tænker generelt, men at de koncentrerer deres tanker om den del af det store videnskabsområde, der er i givet tid kræver udvikling"

"Af alle hypoteserne... vælg den, der ikke forstyrrer videre tænkning om de ting, der studeres"

”For at lede helt rigtigt videnskabeligt arbejde gennem systematisk eksperimentering og præcis demonstration kræves strategiens kunst."

“...Videnskabens historie er ikke begrænset til at opremse succesfuld forskning. Det skal fortælle os om mislykkede undersøgelser og forklare, hvorfor nogle af de mest dygtige mennesker kunne ikke finde nøglen til viden, og hvordan andres omdømme kun gav større støtte til de fejl, de faldt i."

"Enhver stor mand er en af ​​slagsen. I den historiske procession af videnskabsmænd har hver af dem sin egen specifikke opgave og sin egen bestemt sted»

"Videnskabens egentlige ildsted er ikke mængder af videnskabelige værker, men en persons levende sind, og for at fremme videnskaben er det nødvendigt at lede menneskelig tanke i en videnskabelig retning. Det kan lade sig gøre på forskellige måder: ved at annoncere en opdagelse, ved at forsvare en paradoksal idé eller ved at opfinde en videnskabelig sætning eller ved at opstille et doktrinsystem."

Maxwell og teorien om det elektromagnetiske felt.
Maxwell studerede elektriske og magnetiske fænomener, da mange af dem allerede var godt forstået. Coulombs lov og Amperes lov blev skabt, og det blev også bevist, at magnetiske vekselvirkninger er relateret til virkningen af ​​elektriske ladninger. Mange videnskabsmænd på den tid var tilhængere af teorien om langdistancehandling, som siger, at interaktion sker øjeblikkeligt og i tomt rum.

Hovedrollen i teorien om kortdistancehandling blev spillet af Michael Faradays forskning (30'erne af det 19. århundrede). Faraday hævdede, at karakteren af ​​elektrisk ladning var baseret på det omgivende elektriske felt. Feltet for en ladning er forbundet med den tilstødende i to retninger. Strømme interagerer ved hjælp af et magnetfelt. Magnetisk og elektriske felter ifølge Faraday er de beskrevet af ham i form af kraftlinjer, som er elastiske linjer i et hypotetisk medium - i æteren.

Maxwell forklarede Faradays ideer i matematisk form, noget som fysikken virkelig havde brug for. Med introduktionen af ​​begrebet felt blev lovene i Coulomb og Ampere mere overbevisende og dybt meningsfulde. I begrebet elektromagnetisk induktion var Maxwell i stand til at overveje feltets egenskaber. Under påvirkning af et vekslende magnetfelt genereres et elektrisk felt med lukkede kraftlinjer i det tomme rum. Dette fænomen kaldes et elektrisk hvirvelfelt.
Maxwell viste, at et vekslende elektrisk felt kan generere et magnetisk felt, der ligner en almindelig elektrisk strøm. Denne teori blev kaldt forskydningsstrømhypotesen. Efterfølgende udtrykte Maxwell opførselen af ​​elektromagnetiske felter i sine ligninger.

Reference. Maxwells ligninger er ligninger, der beskriver elektromagnetiske fænomener i forskellige miljøer og vakuumrum, og relaterer sig også til klassisk makroskopisk elektrodynamik. Dette er en logisk konklusion udledt af eksperimenter baseret på lovene for elektriske og magnetiske fænomener.
Hovedkonklusionen i Maxwells ligninger er endeligheden af ​​udbredelsen af ​​elektriske og magnetiske vekselvirkninger, som skelnede mellem teorien om kortrækkende virkning og teorien om langdistancevirkning. Hastighedskarakteristika nærmede sig lysets hastighed 300.000 km/s. Dette gav Maxwell grund til at argumentere for, at lys er et fænomen forbundet med virkningen af ​​elektromagnetiske bølger.

Molekylær kinetisk teori om Maxwells gasser.

Maxwell bidrog til studiet af molekylær kinetisk teori (i dag kaldes det statistisk mekanik). Han var den første, der kom med ideen om den statistiske natur af naturlovene. Maxwellskabt en lov for fordeling af molekyler efter hastighed, og han formåede også at beregne viskositeten af ​​gasser i forhold til hastighedsindikatorer og gasmolekylers frie vej. Takket være Maxwells arbejde har vi en række termodynamiske relationer.

Reference. Maxwells fordeling er en teori om hastighedsfordelingen af ​​molekyler i et system under betingelser med termodynamisk ligevægt. Termodynamisk ligevægt er en betingelse for den translationelle bevægelse af molekyler beskrevet af den klassiske dynamiks love.
Videnskabelige arbejderMaxwell: "Teori om varme", "Materie og bevægelse", "Elektricitet i elementær præsentation". Han var også interesseret i videnskabens historie. På et tidspunkt lykkedes det ham at udgive værker af Cavendish, somMaxwellJeg tilføjede mine kommentarer.
Maxwell arbejdede aktivt på studiet af elektromagnetiske felter. Hans teori om deres eksistens fik verdensomspændende anerkendelse kun et årti efter hans død.

Maxwell var den første til at klassificere stof og tildele hver deres egne love, som ikke kunne reduceres til Newtons mekaniklove.

Mange forskere har skrevet om det. Fysiker Feynman sagde om Maxwellsom opdagede elektrodynamikkens loveMaxwell, set gennem århundreder ind i fremtiden.

MAXWELL (Maxwell) James Clerk ( Fuldmægtig) (1831-79), engelsk fysiker, skaber af klassisk elektrodynamik, en af ​​grundlæggerne af statistisk fysik, organisator og første direktør (fra 1871) af Cavendish Laboratory. Han udviklede M. Faradays ideer og skabte teorien om det elektromagnetiske felt (Maxwells ligninger); introducerede begrebet forskydningsstrøm, forudsagde eksistensen af ​​elektromagnetiske bølger og fremsatte ideen om lysets elektromagnetiske natur. Etablerede en statistisk fordeling opkaldt efter ham. Han studerede gassers viskositet, diffusion og varmeledningsevne. Viste, at Saturns ringe består af individuelle kroppe. Arbejder med farvesyn og kolorimetri (Maxwell disk), optik (Maxwell effekt), elasticitetsteori (Maxwells sætning, Maxwell-Cremona diagram), termodynamik, fysiks historie mv.

MAXWELL (Maxwell) James Clerk (13. juni 1831, Edinburgh, - 5. november 1879, Cambridge), engelsk fysiker, skaberen af ​​klassisk elektrodynamik, en af ​​grundlæggerne af statistisk fysik, grundlægger af en af ​​verdens største videnskabelige centre sent 19. - tidligt 20. århundrede - Cavendish Laboratory; skabte teorien om det elektromagnetiske felt, forudsagde eksistensen af ​​elektromagnetiske bølger, fremsatte ideen om lysets elektromagnetiske natur, etablerede den første statistiske lov - loven om fordeling af molekyler efter hastighed, opkaldt efter ham.

Familie. Studieår

Maxwell var den eneste søn af den skotske adelsmand og advokat John Clerk, som efter at have arvet boet efter en slægtninges kone, født Maxwell, tilføjede dette navn til sit efternavn. Efter fødslen af ​​deres søn flyttede familien til det sydlige Skotland, til deres egen ejendom Glenlair ("Shelter in the Valley"), hvor drengen tilbragte sin barndom. I 1841 sendte James' far ham til en skole kaldet Edinburgh Academy. Her skrev Maxwell i en alder af 15 sin første videnskabelige artikel, "On Drawing Ovals." I 1847 kom han ind på University of Edinburgh, hvor han studerede i tre år, og i 1850 flyttede han til University of Cambridge, hvor han dimitterede i 1854. På dette tidspunkt var Maxwell en førsteklasses matematiker med den fremragende udviklede intuition af en fysiker.

Oprettelse af Cavendish Laboratory. Undervisningsarbejde

Efter sin eksamen fra universitetet blev Maxwell efterladt i Cambridge til undervisningsarbejde. I 1856 modtog han en stilling som professor ved Marischal College ved University of Aberdeen (Skotland). I 1860 blev han valgt til medlem af Royal Society of London. Samme år flyttede han til London og accepterede et tilbud om at tiltræde stillingen som leder af afdelingen for fysik ved King's College, University of London, hvor han arbejdede indtil 1865.

Da han vendte tilbage til Cambridge University i 1871, organiserede og ledede Maxwell det første specielt udstyrede laboratorium i Storbritannien til fysiske eksperimenter, kendt som Cavendish Laboratory (opkaldt efter den engelske videnskabsmand G. Cavendish). Dannelsen af ​​dette laboratorium, som ved overgangen til det 19.-20. århundrede. forvandlet til et af de største centre for verdensvidenskab, viede Maxwell de sidste år af sit liv.

Få fakta fra Maxwells liv er kendt. Genert, beskeden søgte han at bo alene; Jeg førte ikke dagbog. I 1858 giftede Maxwell sig, men hans familieliv var tilsyneladende mislykket, forværrede hans usocialitet og fremmedgjorde ham fra sine tidligere venner. Der er spekulationer om, at meget af det vigtige materiale om Maxwells liv gik tabt ved branden i hans Glenlare-hjem i 1929, 50 år efter hans død. Han døde af kræft i en alder af 48.

Videnskabelige aktiviteter

Maxwells usædvanligt brede sfære af videnskabelige interesser dækkede teorien om elektromagnetiske fænomener, den kinetiske teori om gasser, optik, teorien om elasticitet og meget mere. Et af hans første værker var forskning i fysiologi og fysik af farvesyn og kolorimetri, påbegyndt i 1852. I 1861 opnåede Maxwell først et farvebillede ved samtidig at projicere røde, grønne og blå lysbilleder på en skærm. Dette beviste gyldigheden af ​​trekomponentteorien om syn og skitserede måder at skabe farvefotografering på. I sine værker 1857-59 studerede Maxwell teoretisk stabiliteten af ​​Saturns ringe og viste, at Saturns ringe kun kan være stabile, hvis de består af partikler (legemer), der ikke er forbundet med hinanden.

I 1855 begyndte Maxwell en række af sine hovedværker om elektrodynamik. Artiklerne "Om Faradays kraftlinjer" (1855-56), "Om fysiske kraftlinjer" (1861-62) og "Dynamisk teori om det elektromagnetiske felt" (1869) blev publiceret. Forskningen blev afsluttet med udgivelsen af ​​en monografi i to bind, "Treatise on Electricity and Magnetism" (1873).

Oprettelse af teorien om elektromagnetiske felter

Da Maxwell begyndte at forske i elektriske og magnetiske fænomener i 1855, var mange af dem allerede blevet grundigt undersøgt: Især lovene for interaktion mellem stationære elektriske ladninger (Coulombs lov) og strømme (Amperes lov) var blevet etableret; Det er blevet bevist, at magnetiske vekselvirkninger er vekselvirkninger af elektriske ladninger i bevægelse. De fleste videnskabsmænd på den tid troede, at interaktion blev overført øjeblikkeligt, direkte gennem tomhed (teorien om langtrækkende handling).

En afgørende drejning til teorien om kortdistancehandling blev foretaget af M. Faraday i 30'erne. 1800-tallet Ifølge Faradays ideer skaber en elektrisk ladning et elektrisk felt i det omgivende rum. Feltet af en ladning virker på en anden, og omvendt. Samspillet mellem strømme udføres gennem et magnetfelt. Faraday beskrev fordelingen af ​​elektriske og magnetiske felter i rummet ved hjælp af kraftlinjer, som efter hans opfattelse ligner almindelige elastiske linjer i et hypotetisk medium - verdensæteren.

Maxwell accepterede fuldt ud Faradays ideer om eksistensen af ​​et elektromagnetisk felt, det vil sige om virkeligheden af ​​processer i rummet nær ladninger og strømme. Han mente, at kroppen ikke kan handle, hvor den ikke eksisterer.

Det første Maxwell gjorde var at give Faradays ideer en streng matematisk form, så nødvendig i fysik. Det viste sig, at med introduktionen af ​​begrebet felt begyndte lovene i Coulomb og Ampere at blive udtrykt mest fuldstændigt, dybt og elegant. I fænomenet elektromagnetisk induktion så Maxwell en ny egenskab ved felter: Et vekslende magnetfelt genererer i det tomme rum et elektrisk felt med lukkede kraftlinjer (det såkaldte elektriske hvirvelfelt).

Det næste og sidste trin i opdagelsen af ​​det elektromagnetiske felts grundlæggende egenskaber blev taget af Maxwell uden nogen afhængighed af eksperimentet. Han lavede et glimrende gæt på, at et elektrisk vekselfelt genererer et magnetfelt, ligesom en almindelig elektrisk strøm (hypotese om forskydningsstrøm). I 1869 blev alle de grundlæggende love for det elektromagnetiske felts opførsel etableret og formuleret i form af et system af fire ligninger, kaldet Maxwells ligninger.

En grundlæggende konklusion fulgte af Maxwells ligninger: den endelige udbredelseshastighed af elektromagnetiske interaktioner. Dette er det vigtigste, der adskiller teorien om kortdistancehandling fra teorien om langdistancehandling. Hastigheden viste sig at være lig med lysets hastighed i vakuum: 300.000 km/s. Heraf konkluderede Maxwell, at lys er en form for elektromagnetiske bølger.

Arbejder på den molekylære kinetiske teori om gasser

Maxwells rolle i udviklingen og etableringen af ​​molekylær kinetisk teori (det moderne navn er statistisk mekanik) er ekstremt vigtig. Maxwell var den første til at udtale sig om naturlovenes statistiske karakter. I 1866 opdagede han den første statistiske lov - loven om fordelingen af ​​molekyler efter hastighed (Maxwell distribution). Derudover beregnede han viskositeten af ​​gasser afhængig af molekylernes hastigheder og gennemsnitlige frie vej og udledte en række termodynamiske relationer.

Maxwell var en strålende popularisator af videnskab. Han skrev en række artikler til Encyclopedia Britannica og populære bøger: "The Theory of Heat" (1870), "Matter and Motion" (1873), "Electricity in Elementary Exposition" (1881), som blev oversat til russisk; holdt foredrag og rapporter om fysiske emner for et bredt publikum. Maxwell viste også stor interesse for videnskabens historie. I 1879 udgav han G. Cavendishs værker om elektricitet og forsynede dem med omfattende kommentarer.

Evaluering af Maxwells arbejde

Videnskabsmandens værker blev ikke værdsat af hans samtidige. Ideer om eksistensen af ​​et elektromagnetisk felt virkede vilkårlige og ufrugtbare. Først efter at G. Hertz i 1886-89 eksperimentelt beviste eksistensen af ​​elektromagnetiske bølger forudsagt af Maxwell, fik hans teori universel anerkendelse. Dette skete ti år efter Maxwells død.

Efter eksperimentel bekræftelse af det elektromagnetiske felts virkelighed blev der gjort en grundlæggende videnskabelig opdagelse: Der er forskellige typer stof, og hver af dem har sine egne love, som ikke kan reduceres til Newtons mekaniklove. Maxwell selv var dog næppe klart klar over dette og forsøgte først at bygge mekaniske modeller af elektromagnetiske fænomener.

Den amerikanske fysiker R. Feynman talte fremragende om Maxwells rolle i udviklingen af ​​videnskaben: "I menneskehedens historie (hvis man ser på det, f.eks. ti tusinde år senere), vil den mest betydningsfulde begivenhed i det 19. århundrede uden tvivl være Maxwells opdagelse af elektrodynamikkens love På baggrund af denne vigtige videnskabelige åbning vil den amerikanske borgerkrig i samme årti ligne en provinsiel hændelse.

Maxwell er ikke begravet i Englands store mænds grav - Westminster Abbey - men i en beskeden grav ved siden af ​​sin elskede kirke i en skotsk landsby, ikke langt fra familiens ejendom.

Skaberen af ​​klassisk elektrodynamik, en af ​​grundlæggerne af statistisk fysik.

Maxwell James Clerk (13.6.1831, Edinburgh - 5.11.1879, Cambridge), engelsk fysiker, skaberen af ​​klassisk elektrodynamik, en af ​​grundlæggerne af statistisk fysik. Medlem af Royal Society of London (1860). Søn af en skotsk adelsmand fra en adelig familie af Clerks. Han studerede ved universiteterne i Edinburgh (1847-50) og Cambridge (1850-54). Professor ved Marischal College, Aberdeen (1856-60), derefter ved University of London (1860-65). Fra 1871 blev han professor ved University of Cambridge, hvor M. grundlagde det første særligt udstyrede fysiske laboratorium i Storbritannien - Cavendish Laboratory, som han fra 1871 var direktør for.

M.s videnskabelige aktiviteter dækker problemer med elektromagnetisme, kinetisk teori om gasser, optik, elasticitetsteori og meget mere. M. fuldførte sit første værk, "Om at tegne ovaler og ovaler med mange tricks", da han endnu ikke var fyldt 15 år (1846, udgivet 1851). Noget af hans første forskning var arbejde med fysiologi og fysik af farvesyn og kolorimetri (1852-72, se Farvemålinger). I 1861 var M. den første til at demonstrere et farvebillede opnået ved samtidig projicering af røde, grønne og blå lysbilleder på en skærm, og derved bevise gyldigheden af ​​trekomponentteorien om farvesyn og samtidig skitsere måder at lave farvefotografi. Han skabte et af de første instrumenter til kvantitativ måling af farve, som blev kaldt skiven af ​​M. I 1857-59 gennemførte M. en teoretisk undersøgelse af stabiliteten af ​​Saturns ringe og viste, at Saturns ringe kan være kun stabile, hvis de består af ikke-forbundne faste partikler.

I forskning om elektricitet og magnetisme (artiklerne "Om Faradiske kraftlinjer", 1855-56; "Om fysiske kraftlinjer", 1861-62; "Dynamisk teori om det elektromagnetiske felt", 1864; to-binds grundlæggende "Afhandling om Electricity and Magnetism”, 1873 ) M. udviklede matematisk M. Faradays syn på mellemmediets rolle i elektriske og magnetiske interaktioner. Han forsøgte (efter Faraday) at fortolke dette medie som en altgennemtrængende verdensæter, men disse forsøg lykkedes ikke. Videreudvikling fysikken viste, at bæreren af ​​elektromagnetiske interaktioner er det elektromagnetiske felt, hvis teori (i klassisk fysik) M. skabte. I denne teori opsummerede M. alle fakta om makroskopisk elektrodynamik kendt på det tidspunkt og introducerede for første gang ideen om en forskydningsstrøm, der genererer et magnetfelt som en almindelig strøm (ledningsstrøm bevæger sig elektriske ladninger). M. udtrykte lovene for det elektromagnetiske felt i form af et system af 4 partielle differentialligninger (se Maxwells ligninger). Den generelle og omfattende karakter af disse ligninger blev manifesteret i det faktum, at deres analyse gjorde det muligt at forudsige mange hidtil ukendte fænomener og mønstre. Således fulgte det fra dem eksistensen af ​​elektromagnetiske bølger, som senere eksperimentelt blev opdaget af G. Hertz. Ved at studere disse ligninger kom M. til den konklusion om lysets elektromagnetiske natur (1865) og viste, at hastigheden af ​​alle andre elektromagnetiske bølger i et vakuum er lig med lysets hastighed. Han målte (med større nøjagtighed end W. Weber og F. Kohlrausch i 1856) forholdet mellem den elektrostatiske ladningsenhed og den elektromagnetiske og bekræftede dens lighed med lysets hastighed. Det fulgte af M.s teori, at elektromagnetiske bølger frembringer tryk. Let tryk blev eksperimentelt etableret i 1899 af P. N. Lebedev.

Teorien om elektromagnetisme af M. modtog fuld eksperimentel bekræftelse og blev generelt accepteret klassisk grundlag moderne fysik. Denne teoris rolle blev tydeligt beskrevet af A. Einstein: "... her skete et stort vendepunkt, som for altid er forbundet med navnene på Faraday, Maxwell, Hertz. Broderparten i denne revolution tilhører Maxwell... Efter Maxwell blev den fysiske virkelighed udtænkt i form af kontinuerlige felter, der ikke kan forklares mekanisk... Denne ændring i virkelighedsbegrebet er den mest dybtgående og frugtbare af dem, fysikken har oplevet siden Newtons tid" (Collected Scientific Works, Vol. 4, M., 1967, s. 138).

I forskning i den molekylære kinetiske teori om gasser (artiklerne "Explanations on the dynamic theory of gases", 1860 og "Dynamic theory of gases", 1866), var M. den første til at løse det statistiske problem med fordelingen af ​​molekyler ideel gas efter hastighed (se Maxwell-fordeling). M. beregnede gasviskositetens afhængighed af molekylernes hastighed og frie vej (1860) og beregnede absolut værdi sidstnævnte afledte en række vigtige relationer inden for termodynamikken (1860). Eksperimentelt målte viskositetskoefficienten for tør luft (1866). I 1873-74 opdagede M. fænomenet dobbelt brydning i en strømning (M. effekt).

M. var en stor popularisator. Han skrev en række artikler til Encyclopedia Britannica, populære bøger [såsom "The Theory of Heat" (1870), "Matter and Motion" (1873), "Electricity in Elementary Exposition" (1881), oversat til russisk]. Et vigtigt bidrag til fysikkens historie er M.s udgivelse af manuskripter af G. Cavendishs værker om elektricitet (1879) med omfattende kommentarer af M.