Teoria elettromagnetica di James Clark Maxwell. Breve biografia di James Maxwell

MAXWELL, James Impiegato

Il fisico inglese James Clerk Maxwell è nato a Edimburgo nella famiglia di un nobile scozzese della nobile famiglia Clerk. Studiò prima alle università di Edimburgo (1847–1850), poi a Cambridge (1850–1854). Nel 1855 Maxwell divenne membro del consiglio del Trinity College e nel 1856-1860. fu professore al Marischal College, Università di Aberdeen, e dal 1860 diresse il dipartimento di fisica e astronomia al King's College, Università di Londra. Nel 1865, a causa di una grave malattia, Maxwell si dimise dal dipartimento e si stabilì nella tenuta di famiglia di Glenlare vicino a Edimburgo. Lì continuò a studiare scienze e scrisse diversi saggi su fisica e matematica. Nel 1871 prese una cattedra all'Università di Cambridge fisica sperimentale. Maxwell organizzò un laboratorio di ricerca, che aprì il 16 giugno 1874 e fu chiamato Cavendish in onore di Henry Cavendish.

Il tuo primo lavoro scientifico Maxwell lo ha fatto mentre era ancora a scuola, inventando un modo semplice per disegnare forme ovali. Questo lavoro fu segnalato in una riunione della Royal Society e persino pubblicato nei suoi Proceedings. Mentre era membro del consiglio del Trinity College, fu impegnato in esperimenti sulla teoria dei colori, agendo come continuatore della teoria di Jung e della teoria dei tre colori primari di Helmholtz. Negli esperimenti sulla miscelazione dei colori, Maxwell utilizzò una parte superiore speciale, il cui disco era diviso in settori colorati colori diversi(Disco di Maxwell). Quando la parte superiore ruotava velocemente, i colori si fondevano: se il disco era dipinto allo stesso modo dei colori dello spettro, appariva bianco; se la metà era dipinta di rosso e l'altra metà di giallo, appariva arancione; mescolando blu e giallo si creava l'impressione del verde. Nel 1860, Maxwell ricevette la medaglia Rumford per il suo lavoro sulla percezione del colore e sull'ottica.

Nel 1857, l'Università di Cambridge bandì un concorso per lavoro migliore sulla stabilità degli anelli di Saturno. Queste formazioni furono scoperte da Galileo all'inizio del XVII secolo. e presentato un enigma straordinario natura: il pianeta sembrava circondato da tre anelli concentrici continui costituiti da materia natura sconosciuta. Laplace ha dimostrato che non possono essere solidi. Dopo aver speso analisi matematica, Maxwell si convinse che non potevano essere liquidi e giunse alla conclusione che una struttura del genere poteva essere stabile solo se consisteva in uno sciame di meteoriti non correlati. La stabilità degli anelli è assicurata dalla loro attrazione su Saturno e dal movimento reciproco del pianeta e dei meteoriti. Per questo lavoro, Maxwell ha ricevuto il Premio J. Adams.

Uno dei primi lavori di Maxwell fu la sua teoria cinetica dei gas. Nel 1859, lo scienziato tenne un rapporto in una riunione della British Association in cui presentò la distribuzione delle molecole in base alla velocità (distribuzione maxwelliana). Maxwell sviluppò le idee del suo predecessore nello sviluppo della teoria cinetica dei gas di Rudolf Clausius, che introdusse il concetto di " media lunghezza corsa libera." Maxwell partì dall'idea del gas come un insieme di molte sfere idealmente elastiche che si muovono caoticamente in uno spazio chiuso. Le palline (molecole) possono essere divise in gruppi in base alla velocità, mentre in uno stato stazionario il numero di molecole in ciascun gruppo rimane costante, sebbene possano uscire ed entrare nei gruppi. Da questa considerazione è seguito che “le particelle sono distribuite secondo la velocità secondo la stessa legge con cui gli errori di osservazione sono distribuiti nella teoria del metodo dei minimi quadrati, cioè secondo la statistica gaussiana." Come parte della sua teoria, Maxwell ha spiegato la legge di Avogadro, la diffusione, la conduttività termica, l'attrito interno (teoria del trasferimento). Nel 1867 dimostrò la natura statistica della seconda legge della termodinamica.

Nel 1831, anno di nascita di Maxwell, Michael Faraday effettuò i classici esperimenti che lo portarono alla scoperta dell'induzione elettromagnetica. Maxwell iniziò a studiare l'elettricità e il magnetismo circa 20 anni dopo, quando esistevano due visioni sulla natura degli effetti elettrici e magnetici. Scienziati come A. M. Ampere e F. Neumann aderirono al concetto di azione a lungo raggio, considerando le forze elettromagnetiche come analoghe all'attrazione gravitazionale tra due masse. Faraday era un sostenitore dell'idea di linee di forza che collegano le cariche elettriche positive e negative o nord e poli sud magnete. Le linee di forza riempiono l'intero spazio circostante (campo, nella terminologia di Faraday) e determinano le interazioni elettriche e magnetiche. Seguendo Faraday, Maxwell sviluppò un modello idrodinamico delle linee di forza ed espresse le relazioni dell'elettrodinamica allora conosciute linguaggio matematico, corrispondenti ai modelli meccanici di Faraday. I principali risultati di questa ricerca si riflettono nell'opera “Faraday's Lines of Force” (1857). Nel 1860–1865 Maxwell creò la teoria dell'elettricità campo magnetico, che formulò sotto forma di un sistema di equazioni (equazioni di Maxwell) che descrivono le leggi fondamentali dei fenomeni elettromagnetici: la prima equazione esprimeva l'induzione elettromagnetica di Faraday; 2° – induzione magnetoelettrica, scoperta da Maxwell e basata su idee sulle correnti di spostamento; 3° – la legge di conservazione dell'elettricità; 4° – natura vorticosa del campo magnetico.

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

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

Fisico dell'infanzia

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

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

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

Studia all'Università di Edimburgo

Nel 1847, il futuro fisico James Maxwell iniziò a studiare qui. Studiò lavori di fisica, magnetismo e filosofia e condusse numerosi esperimenti di laboratorio. Ciò che lo interessava di più era proprietà meccaniche materiali. Li esaminò utilizzando la luce polarizzata. Il fisico Maxwell ebbe questa opportunità dopo che il suo collega William Nicol gli regalò due dispositivi polarizzatori che aveva assemblato lui stesso.

In quel momento stava facendo gran numero modelli realizzati in gelatina, li sottoponevano a deformazioni e osservavano dipinti a colori in luce polarizzata. Confrontando i suoi esperimenti con la ricerca teorica, Maxwell derivò molte nuove leggi e testò quelle vecchie. A quel tempo, i risultati di questo lavoro erano estremamente importanti per la meccanica strutturale.

Maxwell a Cambridge

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

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

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

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

Lavori elettrici

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

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

Fotografie a colori

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

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

L'equazione di Maxwell

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

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

Gli ultimi anni di vita

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

I dipendenti che hanno lavorato con lui hanno ripetutamente notato che era il più facile possibile nella comunicazione, era completamente dedito alla ricerca abilità unica penetrava nell'essenza del problema stesso, era molto perspicace e allo stesso tempo reagiva adeguatamente alle critiche, non cercava mai di diventare famoso, ma allo stesso tempo era capace di un sarcasmo molto raffinato.

I primi sintomi di una grave malattia apparvero nel 1877, quando Maxwell aveva solo 46 anni. Cominciò a soffocare sempre più spesso, gli era difficile mangiare e deglutire il cibo e provava un forte dolore.

Dopo due anni è stato molto difficile per lui tenere conferenze, parlare in pubblico, si stancava molto velocemente. I medici hanno notato che le sue condizioni peggioravano costantemente. La diagnosi dei medici fu deludente: cancro addominale. Alla fine dell'anno, completamente indebolito, tornò da Glenlare a Cambridge. Il dottor James Paget, famoso a quel tempo, cercò di alleviare la sua sofferenza.

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

Olimpiadi in onore di Maxwell

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

Funziona per gli studenti dalle classi 7 a 11 comprese. Per gli scolari delle classi 7-8, i risultati delle Olimpiadi di fisica di Maxwell sostituiscono le fasi regionali e tutte russe delle Olimpiadi per gli scolari di fisica.

Per partecipare alla fase regionale è necessario ricevere un numero sufficiente di punti nella selezione preliminare. Le fasi regionali e finali delle Olimpiadi Maxwell di Fisica si svolgono in due fasi. Uno di questi è teorico e il secondo è sperimentale.

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

James Maxwell breve biografia In questo articolo viene presentato il fisico inglese, creatore dell'elettrodinamica classica, uno dei fondatori della fisica statistica.

Breve biografia di James Clerk Maxwell

Maxwell James Clerk nacque il 13 giugno 1831 a Edimburgo nella famiglia di un nobile scozzese. All'età di 10 anni entrò all'Accademia di Edimburgo, dove divenne il primo studente.

Dal 1847 al 1850 studiò all'Università di Edimburgo. Qui cominciai ad interessarmi agli esperimenti di chimica, ottica, magnetismo e studiai matematica, fisica e meccanica. Tre anni dopo, per continuare gli studi, James si trasferì al Trinity College di Cambridge e iniziò a studiare l'elettricità dal libro di M. Faraday. Quindi iniziò la ricerca sperimentale sull'elettricità.
Dopo essersi diplomato con successo al college (1854), il giovane scienziato fu invitato a insegnare. Due anni dopo scrisse un articolo “Sulle linee di forza di Faraday”.

Allo stesso tempo, Maxwell stava sviluppando la teoria cinetica dei gas. Derivò una legge secondo la quale le molecole di gas sono distribuite in base alla loro velocità (distribuzione di Maxwell).

Nel 1856-1860 Maxwell è professore all'Università di Aberdeen; nel 1860-1865 ha insegnato al King's College di Londra, dove ha incontrato per la prima volta Faraday. Fu durante questo periodo che fu creata la sua opera principale, "Teoria dinamica del campo elettromagnetico" (1864-1865), in cui i modelli da lui scoperti erano espressi sotto forma di sistemi di quattro equazioni differenziali (equazioni di Maxwell). Lo scienziato ha affermato che un campo magnetico variabile forma un campo elettrico a vortice nei corpi circostanti e nel vuoto, e questo, a sua volta, provoca la comparsa di un campo magnetico.
Questa scoperta è diventata una nuova tappa nella conoscenza del mondo. A. Poincaré considerava la teoria di Maxwell l'apice del pensiero matematico. Maxwell propose che le onde elettromagnetiche dovessero esistere e che la loro velocità di propagazione fosse uguale alla velocità della luce. Ciò significa che la luce è un tipo di onde elettromagnetiche. Ha teoricamente dimostrato il fenomeno della leggera pressione.

Università Internazionale della Natura, della Società e dell'Uomo "Dubna"
Dipartimento per lo Sviluppo Innovativo Sostenibile
LAVORO DI RICERCA

sull'argomento:

"Contributi alla scienza di James Clerk Maxwell"

Completato da: Pleshkova A.V., gr. 5103

Controllato da: Bolshakov B. E.

Dubna, 2007

Le formule a cui arriviamo devono essere tali che un rappresentante di qualsiasi nazione, sostituendo valori numerici di quantità misurate nelle sue unità nazionali invece di simboli, otterrebbe il risultato corretto.

J.C. Maxwell

Biografia 5

Scoperte di J. C. Maxwell 8

Edimburgo. 1831-1850 8

Infanzia e anni scolastici 8

Prima apertura 9

Università di Edimburgo 9

Ricerca ottico-meccanica 9

1850-1856 Cambridge 10

Lezioni di elettricità 10

Aberdeen 1856-1860 12

Trattato sugli anelli di Saturno 12

Londra - Glenlair 1860-1871 13

Prima fotografia a colori 13

Teoria della probabilità 14

Meccanico Maxwell Modello 14

Onde elettromagnetiche e teoria elettromagnetica luce 15

Cambridge 1871-1879 16

Laboratorio Cavendish 16

Riconoscimento mondiale 17

Dimensione 18

Legge di conservazione del potere 22

Elenco della letteratura utilizzata 23

Introduzione

Oggi, le opinioni di J. C. Maxwell, uno dei più grandi fisici del passato, il cui nome è associato a principi fondamentali conquiste scientifiche incluso nel fondo oro scienza moderna. Maxwell è interessante per noi come eccezionale metodologo e storico della scienza, che ha compreso profondamente la complessità e l'incoerenza del processo di ricerca scientifica. Analizzando il rapporto tra teoria e realtà, Maxwell esclamò scioccato: “Ma chi mi condurrà nella regione nebulosa ancora più nascosta dove il Pensiero si combina con il Fatto, dove vediamo il lavoro mentale del matematico e l’azione fisica delle molecole nella loro forma? proporzioni vere? La strada per raggiungerli non passa forse attraverso l'antro stesso dei metafisici, disseminato dei resti degli esploratori precedenti e instillando orrore in ogni uomo di scienza? sulla base dell'intuizione innata della nostra mente, ci avviciniamo ad essi preparati dall'adattamento a lungo termine del nostro modo di pensare ai fatti natura esterna" (James Clerk Maxwell. Articoli e discorsi. M., “Science”, 1968. P.5).

Biografia

Nato nella famiglia di un nobile scozzese proveniente da una nobile famiglia di impiegati. Studiò prima a Edimburgo (1847-1850), poi a Cambridge (1850-1854). Nel 1855 divenne membro del consiglio del Trinity College, nel 1856-1860. fu professore al Marischal College, Università di Aberdeen, e dal 1860 diresse il dipartimento di fisica e astronomia al King's College, Università di Londra. Nel 1865, a causa di una grave malattia, Maxwell si dimise dal dipartimento e si stabilì nella tenuta di famiglia di Glenlare vicino a Edimburgo. Continuò a studiare scienze e scrisse diversi saggi sulla fisica e sulla matematica. Nel 1871 assunse la cattedra di fisica sperimentale all'Università di Cambridge. Organizzò un laboratorio di ricerca, che aprì il 16 giugno 1874 e fu chiamato Cavendish in onore di G. Cavendish.

Maxwell completò il suo primo lavoro scientifico mentre era ancora a scuola, inventando un modo semplice per disegnare forme ovali. Questo lavoro fu segnalato in una riunione della Royal Society e persino pubblicato nei suoi Proceedings. Mentre era membro del Consiglio del Trinity College, fu coinvolto in esperimenti sulla teoria dei colori, agendo come continuatore della teoria di Jung e della teoria dei tre colori primari di Helmholtz. Negli esperimenti sulla miscelazione dei colori, Maxwell ha utilizzato una parte superiore speciale, il cui disco era diviso in settori dipinti in diversi colori (disco Maxwell). Quando la parte superiore ruotava velocemente, i colori si fondevano: se il disco era dipinto allo stesso modo dei colori dello spettro, appariva bianco; se la metà era dipinta di rosso e l'altra metà di giallo, appariva arancione; mescolando blu e giallo si creava l'impressione del verde. Nel 1860, Maxwell ricevette la medaglia Rumford per il suo lavoro sulla percezione del colore e sull'ottica.

Nel 1857 l'Università di Cambridge bandì un concorso per il miglior articolo sulla stabilità degli anelli di Saturno. Queste formazioni furono scoperte da Galileo all'inizio del XVII secolo. e presentava uno stupefacente mistero della natura: il pianeta sembrava circondato da tre anelli concentrici continui, costituiti da una sostanza di natura sconosciuta. Laplace ha dimostrato che non possono essere solidi. Dopo aver condotto un'analisi matematica, Maxwell si convinse che non potevano essere liquidi e giunse alla conclusione che una tale struttura poteva essere stabile solo se consisteva in uno sciame di meteoriti non correlati. La stabilità degli anelli è assicurata dalla loro attrazione su Saturno e dal movimento reciproco del pianeta e dei meteoriti. Per questo lavoro, Maxwell ha ricevuto il Premio J. Adams.

Uno dei primi lavori di Maxwell fu la sua teoria cinetica dei gas. Nel 1859, lo scienziato tenne un rapporto in una riunione della British Association in cui presentò la distribuzione delle molecole in base alla velocità (distribuzione maxwelliana). Maxwell sviluppò le idee del suo predecessore nello sviluppo della teoria cinetica dei gas di R. Clausius, che introdusse il concetto di “percorso libero medio”. Maxwell partì dall'idea del gas come un insieme di molte sfere idealmente elastiche che si muovono caoticamente in uno spazio chiuso. Le palline (molecole) possono essere divise in gruppi in base alla velocità, mentre in uno stato stazionario il numero di molecole in ciascun gruppo rimane costante, sebbene possano uscire ed entrare nei gruppi. Da questa considerazione ne consegue che “le particelle sono distribuite secondo la velocità secondo la stessa legge secondo la quale gli errori di osservazione sono distribuiti nella teoria del metodo dei minimi quadrati, cioè secondo la statistica gaussiana”. Come parte della sua teoria, Maxwell ha spiegato la legge di Avogadro, la diffusione, la conduttività termica, l'attrito interno (teoria del trasferimento). Nel 1867 dimostrò la natura statistica della seconda legge della termodinamica (“il demone di Maxwell”).

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

Continuando a sviluppare queste idee, Maxwell giunse alla conclusione che qualsiasi cambiamento nei campi elettrico e magnetico deve causare cambiamenti nelle linee di forza che penetrano nello spazio circostante, cioè devono esserci impulsi (o onde) che si propagano nel mezzo. La velocità di propagazione di queste onde (disturbo elettromagnetico) dipende dalla permeabilità dielettrica e magnetica del mezzo ed è pari al rapporto tra l'unità elettromagnetica e quella elettrostatica. Secondo Maxwell e altri ricercatori questo rapporto è 3x1010 cm/s, che è vicino alla velocità della luce misurata sette anni prima dal fisico francese A. Fizeau. Nell'ottobre del 1861 Maxwell informò Faraday della sua scoperta: la luce è una perturbazione elettromagnetica che si propaga in un mezzo non conduttore, cioè un tipo di onda elettromagnetica. Questa fase finale della ricerca è delineata nell'opera di Maxwell "La teoria dinamica del campo elettromagnetico" (Trattato sull'elettricità e sul magnetismo, 1864), e il risultato del suo lavoro sull'elettrodinamica è stato riassunto nel famoso "Trattato sull'elettricità e sul magnetismo" . (1873)

Negli ultimi anni della sua vita, Maxwell fu impegnato nella preparazione per la stampa e nella pubblicazione dell'eredità dei manoscritti di Cavendish. Due grandi volumi furono pubblicati nell'ottobre 1879.

Scoperte di J. C. Maxwell

Edimburgo. 1831-1850

Infanzia e anni scolastici

Il 13 giugno 1831, a Edimburgo, al numero 14 di India Street, Frances Kay, figlia di un giudice di Edimburgo, dopo il suo matrimonio con la signora Clerk Maxwell, diede alla luce un figlio, James. In questo giorno non è accaduto nulla di significativo in tutto il mondo; l'evento principale del 1831 non era ancora accaduto; Ma per undici anni il brillante Faraday ha cercato di comprendere i segreti dell'elettromagnetismo, e solo ora, nell'estate del 1831, ha raccolto le tracce della sfuggente induzione elettromagnetica, e James avrà solo quattro mesi quando Faraday riassumerà il suo esperimento “per ottenere elettricità dal magnetismo”. E così si aprirà una nuova era: l'era dell'elettricità. L'era per la quale vivrà e creerà il piccolo James, discendente delle gloriose famiglie degli impiegati scozzesi e dei Maxwell.

Il padre di James, John Clerk Maxwell, un avvocato di professione, odiava la legge e non amava, come lui stesso disse, "l'avvocato sporco". Ogni volta che se ne presentava l'occasione, John interrompeva il suo continuo trascinarsi tra i vestiboli di marmo della corte di Edimburgo e si dedicava a esperimenti scientifici, che faceva con disinvoltura, in modo amatoriale. Era un dilettante, ne era consapevole e la prendeva duramente. John era innamorato della scienza, degli scienziati, delle persone pratiche, del suo dotto nonno George. Sono stati i suoi tentativi di costruire soffietti, realizzati insieme a suo fratello Frances Kay, ad averlo unito futura moglie; il matrimonio ebbe luogo il 4 ottobre 1826. Il soffietto non ha mai funzionato, ma è nato un figlio, James.

Quando James aveva otto anni, sua madre morì e lui rimase a vivere con suo padre. La sua infanzia è piena di natura, comunicazione con suo padre, libri, storie sui suoi parenti, "giocattoli scientifici" e le sue prime "scoperte". La famiglia di James era preoccupata che non ricevesse un'educazione sistematica: letture casuali di tutto in casa, lezioni di astronomia nel portico di casa e nel soggiorno, dove James e suo padre costruirono un "globo celeste". Dopo un tentativo infruttuoso di studiare con un insegnante privato, dal quale James spesso scappava per dedicarsi ad attività più entusiasmanti, si decise di mandarlo a studiare a Edimburgo.

Nonostante avesse studiato a casa, James soddisfaceva gli elevati standard dell'Accademia di Edimburgo e vi fu iscritto nel novembre 1841. La sua prestazione in classe era tutt’altro che eccezionale. Poteva facilmente svolgere meglio i compiti, ma lo spirito di competizione nelle attività spiacevoli gli era profondamente estraneo. Dopo il primo giorno di scuola, non andava d'accordo con i suoi compagni di classe, e quindi, più di ogni altra cosa, James amava stare da solo e guardare gli oggetti intorno a lui. Uno degli eventi più luminosi, che senza dubbio rallegrava le noiose giornate scolastiche, fu la visita con mio padre alla Royal Society di Edimburgo, dove furono esposte le prime “macchine elettromagnetiche”.

La Royal Society di Edimburgo cambiò la vita di James: fu lì che ricevette i primi concetti di piramide, cubo e altri poliedri regolari. Perfezione della simmetria, trasformazioni naturali corpi geometrici cambiò il concetto di apprendimento di James: vide nell'apprendimento un granello di bellezza e perfezione. Quando arrivò il momento degli esami, gli studenti dell'Accademia rimasero stupiti: gli "pazzi", come chiamavano Maxwell, divennero uno dei primi.

Prima scoperta

Se prima suo padre portava occasionalmente James al suo intrattenimento preferito: gli incontri della Royal Society di Edimburgo, ora le visite a questa società, così come alla Edinburgh Society of Arts, insieme a James diventavano regolari e obbligatorie per lui. Alle riunioni della Society of Arts l'oratore più famoso e che attirava la folla era il signor D.R. Ehi, artista decorativo. Sono state le sue lezioni a spingere James a fare la sua prima grande scoperta: un semplice strumento per disegnare ovali. James ha trovato un metodo originale e allo stesso tempo molto semplice e, soprattutto, completamente nuovo. Ha descritto il principio del suo metodo in un breve "documento", che è stato letto alla Royal Society di Edimburgo - un onore che molti hanno cercato, ma che è stato assegnato a uno scolaretto di quattordici anni.

Università di Edimburgo

Ricerche ottico-meccaniche

Nel 1847 terminarono gli studi all'Accademia di Edimburgo, James fu uno dei primi, le lamentele e le preoccupazioni dei primi anni furono dimenticate.

Dopo essersi diplomato all'Accademia, James entra all'Università di Edimburgo. Allo stesso tempo, iniziò ad interessarsi seriamente alla ricerca ottica. Le affermazioni di Brewster portarono James all'idea che lo studio del percorso dei raggi potesse essere utilizzato per determinare l'elasticità di un mezzo direzioni diverse, per rilevare lo stress nei materiali trasparenti. Pertanto, lo studio delle sollecitazioni meccaniche può essere ridotto ad uno studio ottico. Due raggi, separati in una materia tesa e trasparente, interagiranno dando vita a caratteristici quadri colorati. James ha dimostrato che i dipinti a colori sono di natura completamente naturale e possono essere utilizzati per calcoli, per verificare formule derivate in precedenza e per derivarne di nuove. Si è scoperto che alcune formule sono errate, o imprecise, o necessitano di modifiche.

La Fig. 1 è un'immagine delle sollecitazioni in un triangolo stele ottenuto da James utilizzando luce polarizzata.

Inoltre, James è stato in grado di scoprire modelli in casi in cui prima non si poteva fare nulla a causa di difficoltà matematiche. Un triangolo trasparente e caricato di vetro non temperato (Fig. 1) ha dato a James l'opportunità di studiare le sollecitazioni in questo caso calcolabile.

Il diciannovenne James Clerk Maxwell è salito per la prima volta sul podio della Royal Society di Edimburgo. Il suo resoconto non poteva passare inosservato: conteneva troppe cose nuove e originali.

1850-1856Cambridge

Classi di elettricità

Ora nessuno metteva in dubbio il talento di James. Era chiaramente troppo grande per frequentare l'Università di Edimburgo e quindi entrò a Cambridge nell'autunno del 1850. Nel gennaio 1854, James si laureò con lode all'università con una laurea. Decide di restare a Cambridge per prepararsi a una cattedra. Ora che non ha bisogno di prepararsi per gli esami, ha la tanto attesa opportunità di dedicare tutto il suo tempo agli esperimenti e continua le sue ricerche nel campo dell'ottica. È particolarmente interessato alla questione dei colori primari. Il primo articolo di Maxwell si chiamava "La teoria dei colori in connessione con il daltonismo" e non era nemmeno un articolo, ma una lettera. Maxwell la inviò al dottor Wilson, che trovò la lettera così interessante che ne curò la pubblicazione: la inserì integralmente nel suo libro sul daltonismo. Eppure James è inconsciamente attratto da segreti più profondi, cose molto più nascoste della mescolanza di colori. Era l'elettricità, per la sua intrigante incomprensibilità, che inevitabilmente, prima o poi, avrebbe dovuto attirare l'energia della sua giovane mente. James accettò abbastanza facilmente i principi fondamentali della tensione elettrica. Dopo aver studiato la teoria dell'azione a lungo raggio di Ampere, lui, nonostante la sua apparente inconfutabilità, si permise di dubitarne. La teoria dell'azione a lungo raggio sembrava senza dubbio corretta, perché è stato confermato dalla somiglianza formale delle leggi, delle espressioni matematiche per apparentemente fenomeni diversi– gravitazionale e interazione elettrica. Ma questa teoria, più matematica che fisica, non convinceva James, che era sempre più propenso alla percezione di Faraday dell'azione attraverso linee di forza magnetiche che riempiono lo spazio, alla teoria dell'azione a corto raggio.

Cercando di creare una teoria, Maxwell decise di utilizzare il metodo delle analogie fisiche per la ricerca. Prima di tutto era necessario trovare la giusta analogia. Maxwell ha sempre ammirato l'analogia che esisteva a quel tempo, appena notata, tra i problemi di attrazione dei corpi elettricamente carichi e i problemi del trasferimento di calore in stato stazionario. James gradualmente trasformò questo, così come le idee di Faraday sull’azione a corto raggio e sull’azione magnetica dei conduttori chiusi di Ampere, in una nuova teoria, inaspettata e audace.

A Cambridge, James viene incaricato di insegnare i capitoli più difficili dei corsi di idrostatica e ottica agli studenti più capaci. Inoltre, fu distratto dalle teorie elettriche lavorando su un libro sull'ottica. Maxwell giunge presto alla conclusione che l'ottica non lo interessa più come prima, ma lo distrae solo dallo studio dei fenomeni elettromagnetici.

Continuando a cercare un'analogia, James paragona le linee di forza al flusso di un fluido incomprimibile. La teoria dei tubi dell'idrodinamica ha permesso di sostituire le linee di forza con tubi di forza, il che spiega facilmente l'esperimento di Faraday. I concetti di resistenza, i fenomeni di elettrostatica, magnetostatica e corrente elettrica. Ma questa teoria non si adattava ancora al fenomeno dell'induzione elettromagnetica scoperto da Faraday.

James dovette abbandonare per qualche tempo la sua teoria a causa del peggioramento delle condizioni di suo padre, che richiedeva cure. Quando James tornò a Cambridge dopo la morte di suo padre, non riuscì a ottenere un master superiore a causa della sua religione. Pertanto, nell'ottobre 1856, James Maxwell assunse la presidenza ad Aberdeen.

Aberdeen 1856-1860

Trattato sugli anelli di Saturno

Fu ad Aberdeen che fu scritto il primo lavoro sull'elettricità: l'articolo "Sulle linee di forza di Faraday", che portò a uno scambio di opinioni sui fenomeni elettromagnetici con lo stesso Faraday.

Quando James iniziò i suoi studi ad Aberdeen, nella sua testa era già maturato un nuovo problema, che nessuno poteva ancora risolvere, un nuovo fenomeno che doveva essere spiegato. Questi erano gli anelli di Saturno. Identificarli natura fisica, determinare a milioni di chilometri di distanza, senza strumenti, usando solo carta e penna: questo era un compito come se fosse per lui. L'ipotesi di un anello solido e rigido scomparve immediatamente. L'anello liquido si disintegrerebbe sotto l'influenza delle onde giganti che si formano in esso - e di conseguenza, secondo James Clerk Maxwell, molto probabilmente ci sarebbero una serie di piccoli satelliti in bilico attorno a Saturno - "frammenti di mattoni", nella sua percezione . Per il suo trattato sugli anelli di Saturno, James vinse il Premio Adams nel 1857, ed egli stesso è riconosciuto come uno dei fisici teorici inglesi più autorevoli.

Fig.2 Saturno. Fotografia scattata con il rifrattore da 36 pollici al Lick Observatory.

Fig.3 Modelli meccanici che illustrano il movimento degli anelli di Saturno. Disegni dal saggio di Maxwell “Sulla stabilità della rotazione degli anelli di Saturno”

Londra – Glenlair 1860-1871

Prima fotografia a colori

Inizia nel 1860 nuova fase nella vita di Maxwell. Fu nominato professore di filosofia naturale al King's College di Londra. Il King's College era in vantaggio rispetto a molte università del mondo in termini di attrezzatura dei suoi laboratori di fisica. Qui Maxwell non è solo nel 1864-1865. ha tenuto un corso di fisica applicata, qui ha cercato di organizzare il processo educativo in un modo nuovo. Gli studenti hanno imparato attraverso la sperimentazione. A Londra, James Clerk Maxwell assaggiò per la prima volta i frutti del suo riconoscimento come importante scienziato. Per le sue ricerche sulla miscelazione dei colori e sull'ottica, la Royal Society ha assegnato a Maxwell la medaglia Rumford. Il 17 maggio 1861, a Maxwell fu offerto l'alto onore di tenere una conferenza davanti alla Royal Institution. L’argomento della conferenza è “Sulla teoria dei tre colori primari”. In questa conferenza, come prova di questa teoria, la fotografia a colori è stata mostrata al mondo per la prima volta!

Teoria della probabilità

Alla fine del periodo di Aberdeen e all'inizio del periodo londinese, Maxwell sviluppò, insieme all'ottica e all'elettricità, un nuovo hobby: la teoria dei gas. Lavorando su questa teoria, Maxwell introduce nella fisica concetti come "probabilmente", "questo evento può accadere". in misura maggiore probabilità."

Nel campo della fisica aveva avuto luogo una rivoluzione, e molti di coloro che ascoltarono i rapporti di Maxwell alle riunioni annuali della British Association non se ne accorsero nemmeno. D'altra parte, Maxwell si è avvicinato ai limiti della comprensione meccanica della materia. E li scavalcò. La conclusione di Maxwell sul dominio delle leggi della teoria della probabilità nel mondo delle molecole ha influenzato i fondamenti più fondamentali della sua visione del mondo. L'affermazione che nel mondo delle molecole "regna il caso" è stata, nella sua audacia, una delle più grandi imprese della scienza.

Il modello meccanico di Maxwell

Il lavoro al King's College richiedeva molto più tempo che ad Aberdeen: il corso di lezioni durava nove mesi all'anno. Tuttavia, in questo momento, il trentenne James Clerk Maxwell sta abbozzando un piano per il suo futuro libro sull'elettricità. Questo è l'embrione del futuro Trattato. Dedica i suoi primi capitoli ai suoi predecessori: Oersted, Ampere, Faraday. Cercando di spiegare la teoria delle linee di forza di Faraday, l'induzione di correnti elettriche e la teoria di Oersted sulla natura vorticosa dei fenomeni magnetici, Maxwell crea il proprio modello meccanico (Fig. 5).

Il modello consisteva in file di vortici molecolari rotanti in una direzione, tra i quali era posto uno strato di minuscole particelle sferiche capaci di ruotare. Nonostante la sua complessità, il modello spiegava molti fenomeni elettromagnetici, inclusa l’induzione elettromagnetica. La natura sensazionale del modello era che spiegava la teoria dell'azione di un campo magnetico perpendicolare alla direzione della corrente, formulata da Maxwell (“la regola del succhiello”).

Fig. 4 Maxwell elimina l'interazione dei vortici vicini A e B che ruotano in una direzione introducendo "ingranaggi folli" tra di loro

Fig.5 Modello meccanico di Maxwell per spiegare i fenomeni elettromagnetici.

Onde elettromagnetiche e teoria elettromagnetica della luce

Continuando i suoi esperimenti con gli elettromagneti, Maxwell si avvicinò alla teoria secondo cui qualsiasi cambiamento nella forza elettrica e magnetica invia onde che si propagano nello spazio.

Dopo una serie di articoli “On Physical Lines”, Maxwell aveva già, infatti, tutto il materiale per costruire una nuova teoria dell’elettromagnetismo. Veniamo ora alla teoria del campo elettromagnetico. Gli ingranaggi e i vortici sono completamente scomparsi. Per Maxwell le equazioni di campo non erano meno reali e tangibili dei risultati degli esperimenti di laboratorio. Ora sia l'induzione elettromagnetica di Faraday che la corrente di spostamento di Maxwell sono state derivate non utilizzando modelli meccanici, ma utilizzando operazioni matematiche.

Secondo Faraday, una variazione del campo magnetico porta alla comparsa di un campo elettrico. Un aumento del campo magnetico provoca un aumento del campo elettrico.

L'esplosione di un'onda elettrica dà luogo a un'esplosione di un'onda magnetica. Così, per la prima volta, dalla penna di un profeta trentatreenne, le onde elettromagnetiche apparvero nel 1864, ma non ancora nella forma in cui le comprendiamo adesso. Maxwell parlò solo di onde magnetiche in un articolo del 1864. Un'onda elettromagnetica nel vero senso della parola, comprendente sia i disturbi elettrici che quelli magnetici, apparve più tardi nell'articolo di Maxwell nel 1868.

In un altro articolo di Maxwell, “La teoria dinamica del campo elettromagnetico”, la teoria elettromagnetica della luce precedentemente delineata acquisì contorni e prove chiare. Sulla base della propria ricerca e dell'esperienza di altri scienziati (e soprattutto Faraday), Maxwell conclude che le proprietà ottiche di un mezzo sono legate alle sue proprietà elettromagnetiche e la luce non è altro che onde elettromagnetiche.

Nel 1865 Maxwell decide di lasciare il King's College. Si stabilisce nella tenuta di famiglia di Glenmeir, dove studia le opere principali della sua vita: "La teoria del calore" e "Trattato sull'elettricità e il magnetismo". Dedico a loro tutto il mio tempo. Erano gli anni dell'eremo, anni del completo distacco dalla vanità, al servizio solo della scienza, gli anni più fruttuosi, luminosi, creativi. Tuttavia, Maxwell è nuovamente attratto dal lavoro all'università e accetta l'offerta fattagli dall'Università di Cambridge.

Cambridge 1871-1879

Laboratorio Cavendish

Nel 1870, il Duca di Devonshire annunciò al Senato dell'Università il suo desiderio di costruire e attrezzare un laboratorio di fisica. E doveva essere diretto da uno scienziato di fama mondiale. Questo scienziato era James Clerk Maxwell. Nel 1871 iniziò a lavorare per attrezzare il famoso Laboratorio Cavendish. In questi anni viene finalmente pubblicato il suo “Trattato sull’elettricità e il magnetismo”. Più di mille pagine in cui Maxwell ne dà una descrizione esperimenti scientifici, una rassegna di tutte le teorie sull’elettricità e sul magnetismo create finora, nonché “Le equazioni di base del campo elettromagnetico”. In generale, in Inghilterra non accettavano le idee principali del Trattato, nemmeno i loro amici lo capivano; Le idee di Maxwell sono state riprese dai giovani. La teoria di Maxwell ha fatto una grande impressione sugli scienziati russi. Tutti conoscono il ruolo di Umov, Stoletov, Lebedev nello sviluppo e nel rafforzamento della teoria di Maxwell.

Il 16 giugno 1874 è il giorno dell'inaugurazione del Cavendish Laboratory. Gli anni successivi furono contrassegnati da crescenti riconoscimenti.

Riconoscimento mondiale

Nel 1870, Maxwell fu eletto dottore onorario in lettere dall'Università di Edimburgo, nel 1874 - membro onorario straniero dell'American Academy of Arts and Sciences di Boston, nel 1875 - membro dell'American Philosophical Society di Filadelfia, e anche divenne membro onorario delle accademie di New York, Amsterdam, Vienna. Per i successivi cinque anni, Maxwell trascorse i successivi cinque anni modificando e preparando per la pubblicazione venti serie di manoscritti di Henry Cavendish.

Nel 1877 Maxwell avvertì i primi segni di malattia e nel maggio 1879 tenne la sua ultima conferenza ai suoi studenti.

Dimensione

Nel suo famoso trattato sull'elettricità e il magnetismo (vedi Mosca, Nauka, 1989), Maxwell affrontò il problema della dimensione quantità fisiche e gettarono le basi del loro sistema cinetico. La particolarità di questo sistema è la presenza in esso di soli due parametri: lunghezza L e tempo T. Tutte le quantità conosciute (e oggi sconosciute!) sono rappresentate in esso come potenze intere di L e T. Indicatori frazionari che compaiono nelle formule delle dimensioni di altri sistemi, privi di contenuto fisico e non vi è alcun significato logico in questo sistema.

In conformità con i requisiti di J. Maxwell, A. Poincaré, N. Bohr, A. Einstein, V. I. Vernadsky, R. Bartini una grandezza fisica è universale se e solo se è chiara la sua connessione con lo spazio e il tempoMe. E, tuttavia, fino al trattato di J. Maxwell "Sull'elettricità e il magnetismo" (1873), la connessione tra la dimensione della massa, la lunghezza e il tempo non era stata stabilita.

Poiché la dimensione della massa è stata introdotta da Maxwell (insieme alla notazione sotto forma di parentesi quadre), ci permettiamo di citare un estratto dall'opera dello stesso Maxwell: “Ogni espressione per qualsiasi quantità è composta da due fattori o componenti. Uno di questi è il nome di una quantità nota dello stesso tipo di quella che stiamo esprimendo. Viene presa come norma di riferimento. L'altro componente è un numero che indica quante volte è necessario applicare lo standard per ottenere il valore richiesto. La quantità standard di riferimento è chiamata e unità, e il numero corrispondente è h e significato verbale di questo valore."

“SULLA MISURAZIONE DEI VALORI”

1. Qualsiasi espressione per qualsiasi quantità è composta da due fattori o componenti. Uno di questi è il nome di una quantità nota dello stesso tipo di quella che stiamo esprimendo. Viene presa come norma di riferimento. L'altro componente è un numero che indica quante volte è necessario applicare lo standard per ottenere il valore richiesto. Il valore standard di riferimento è chiamato in tecnologia Unità e il numero corrispondente è Numerico Senso di questo valore.

2. Quando costruiamo un sistema matematico, consideriamo date le unità di base - lunghezza, tempo e massa - e da esse ricaviamo tutte le unità derivate utilizzando le definizioni accettabili più semplici.

Pertanto, in tutto ricerca scientificaÈ molto importante utilizzare unità appartenenti ad un sistema opportunamente definito, nonché conoscere le loro relazioni con le unità di base per poter convertire immediatamente i risultati di un sistema in un altro.

Conoscere le dimensioni delle unità ci fornisce un metodo di verifica che dovrebbe essere applicato alle equazioni ottenute come risultato di una ricerca a lungo termine.

La dimensione di ciascuno dei termini dell'equazione relativa a ciascuna delle tre unità fondamentali deve essere la stessa. Se non è così, allora l'equazione non ha senso, contiene qualche tipo di errore, poiché la sua interpretazione risulta diversa e dipende dal sistema arbitrario di unità che accettiamo.

Tre unità base:

(1) LUNGHEZZA. Lo standard di lunghezza utilizzato in questo paese per scopi scientifici è il piede, che rappresenta un terzo del metro standard conservato nel Tesoro.

In Francia e negli altri paesi che hanno adottato il sistema metrico, lo standard di lunghezza è il metro. Teoricamente corrisponde a un decimilionesimo della lunghezza del meridiano terrestre, misurata dal polo all'equatore; in pratica si tratta della lunghezza del campione conservato a Parigi, realizzato da Borda in modo tale che alla temperatura di fusione del ghiaccio corrisponda al valore della lunghezza del meridiano ottenuto da d'Alembert. Le misurazioni riflettono il nuovo e altro ancora misurazioni precise Nel contatore non sono compresi i terreni; nei metri originari viene invece calcolato l'arco meridiano stesso.

In astronomia, l'unità di lunghezza viene talvolta considerata la distanza media tra la Terra e il Sole.

A stato attuale scienza, lo standard di lunghezza più universale che si potrebbe proporre sarebbe la lunghezza d'onda della luce di un certo tipo emessa da una sostanza diffusa (ad esempio il sodio), che presenta linee chiaramente identificabili nel suo spettro. Un tale standard sarebbe indipendente da qualsiasi cambiamento nelle dimensioni della terra e dovrebbe essere adottato da coloro che sperano che i loro scritti si dimostreranno più durevoli di questo corpo celeste.

Quando si lavora con le dimensioni unitarie, indicheremo l'unità di lunghezza come [ l]. Se il valore numerico della lunghezza è l, allora questo è inteso come un valore espresso attraverso una certa unità [ l], in modo che l'intera lunghezza reale sia rappresentata come l [ l].

(2) TEMPO. In tutti i paesi civili, l'unità di tempo standard deriva dal periodo di rivoluzione della Terra attorno al proprio asse. Il giorno siderale, o vero periodo di rivoluzione della Terra, può essere stabilito con grande precisione mediante le ordinarie osservazioni astronomiche, e il giorno solare medio può essere calcolato a partire dal giorno siderale grazie alla nostra conoscenza della lunghezza dell'anno.

Il secondo del tempo solare medio è adottato come unità di tempo in tutti gli studi fisici.

In astronomia, l'unità di tempo a volte viene considerata un anno. Un'unità di tempo più universale potrebbe essere stabilita prendendo il periodo di oscillazione di quella stessa luce la cui lunghezza d'onda è uguale a un'unità di lunghezza.

Faremo riferimento a una specifica unità di tempo come [ T], e la misura numerica del tempo è indicata con T.

(3) MASSA. Nel nostro Paese, l'unità di massa standard è la sterlina commerciale di riferimento (sterlina avoirdupois), conservata presso il Tesoro. Spesso utilizzato come unità, un grano corrisponde a un 7000 di libbra.

Nel sistema metrico l'unità di massa è il grammo; teoricamente si tratta della massa di un centimetro cubo di acqua distillata a temperature e pressioni standard, mentre in pratica è un millesimo del chilogrammo standard immagazzinato a Parigi*.

Ma se, come nel sistema francese, si prende come standard di densità una certa sostanza, cioè l'acqua, allora l'unità di massa cessa di essere indipendente, ma cambia come un'unità di volume, cioè Come [ l 3]. Se, come in sistema astronomico, l'unità di massa si esprime attraverso la forza della sua attrazione, quindi la dimensione [ M] risulta essere [ l 3 T-2]".

Maxwell lo dimostra la massa può essere esclusa dal numero delle quantità dimensionali di base. Ciò si ottiene attraverso due definizioni del concetto “potere”:

1) e 2).

Uguagliando queste due espressioni e considerando la costante gravitazionale una quantità adimensionale, Maxwell ottiene:

, [M] = [l 3 T 2 ].

La massa si è rivelata una quantità dello spazio-tempo. Le sue dimensioni: volume con accelerazione angolare(o densità avente la stessa dimensione).

La quantità di massa cominciò a soddisfare l’esigenza di universalità. È diventato possibile esprimere tutte le altre grandezze fisiche in unità di misura dello spazio-tempo.

Nel 1965, l'articolo "Sistema cinematico delle quantità fisiche" di R. Bartini fu pubblicato sulla rivista "Rapporti dell'Accademia delle scienze dell'URSS" (n. 4). Questi risultati hanno valore eccezionale per il problema in discussione.

Legge di conservazione del potere

Lagrange, 1789; Maxwell, 1855.

In generale, la legge di conservazione della potenza si scrive come l’invarianza della grandezza della potenza:

Dall'equazione della potenza totaleN = P + G ne consegue che potenza utile e potenza di perdita sono proiettivamente inverse, e quindi ogni variazione di energia libera compensato dalle variazioni delle perdite di potenza sotto il pieno controllo della potenza .

La conclusione ottenuta dà motivo di presentare la legge di conservazione del potere sotto forma di un'equazione scalare:

Dove .

La variazione del flusso attivo è compensata dalla differenza tra perdite e guadagni nel sistema.

Pertanto, il meccanismo di un sistema aperto rimuove le restrizioni della chiusura e quindi offre l’opportunità per un ulteriore movimento del sistema. Tuttavia, questo meccanismo non mostra le possibili direzioni di movimento: l'evoluzione dei sistemi. Pertanto, deve essere integrato dai meccanismi dei sistemi in evoluzione e non in evoluzione o dal non equilibrio e dall'equilibrio.

Elenco della letteratura usata

Vl. Kartsev “La vita di persone straordinarie. Maxwell." - M., “Giovane Guardia”, 1974.
James Impiegato Maxwell. Articoli e discorsi. M., “La scienza”, 1968.
http://fisicalibri.narod.ru/
http://revolution.allbest.ru/
http://ru.wikipedia.org/wiki/
http://www.situation.ru/
http://www.uni-dubna.ru/
http://www.uran.ru/

Biografia

Nato nella famiglia di un nobile scozzese della nobile famiglia degli impiegati.

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

Attività scientifiche

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

Uno dei primi lavori di Maxwell fu la sua teoria cinetica dei gas. Nel 1859, lo scienziato tenne un rapporto in una riunione della British Association in cui presentò la distribuzione delle molecole in base alla velocità (distribuzione maxwelliana). Maxwell sviluppò le idee del suo predecessore nello sviluppo della teoria cinetica dei gas di R. Clausius, che introdusse il concetto di “percorso libero medio”. Maxwell partì dall'idea del gas come un insieme di molte sfere idealmente elastiche che si muovono caoticamente in uno spazio chiuso. Le palline (molecole) possono essere divise in gruppi in base alla velocità, mentre in uno stato stazionario il numero di molecole in ciascun gruppo rimane costante, sebbene possano uscire ed entrare nei gruppi. Da questa considerazione derivava che “le particelle sono distribuite secondo la velocità secondo la stessa legge secondo la quale sono distribuiti gli errori di osservazione nella teoria del metodo dei minimi quadrati, cioè secondo la statistica gaussiana”. Come parte della sua teoria, Maxwell ha spiegato la legge di Avogadro, la diffusione, la conduttività termica, l'attrito interno (teoria del trasferimento). Nel 1867 dimostrò la natura statistica della seconda legge della termodinamica (“il demone di Maxwell”).

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

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

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