Džeimss Klārks Maksvels: Zinātnieks un viņa dēmons. Džeimsa Maksvela zinātniskie darbi

Džeimss Klerks Maksvels (1831-79) - angļu fiziķis, klasiskās elektrodinamikas radītājs, viens no statistiskās fizikas dibinātājiem, Cavendish laboratorijas organizators un pirmais direktors (kopš 1871. gada), paredzēja elektromagnētisko viļņu esamību, izvirzīja domu par gaismas elektromagnētisko raksturu un izveidoja pirmo statistikas likumu. - viņa vārdā nosauktais likums par molekulu sadalījumu pēc ātruma.

Izstrādājot Maikla Faradeja idejas, viņš radīja elektriskās teorijas teoriju magnētiskais lauks(Maksvela vienādojumi); ieviesa pārvietošanās strāvas jēdzienu, paredzēja elektromagnētisko viļņu esamību un izvirzīja domu par gaismas elektromagnētisko raksturu. Izveidoja viņa vārdā nosaukto statistisko sadalījumu. Viņš pētīja gāzu viskozitāti, difūziju un siltumvadītspēju. Maksvels parādīja, ka Saturna gredzeni sastāv no atsevišķiem ķermeņiem. Strādā pie krāsu redzes un kolorimetrijas (Maksvela disks), optikas (Maksvela efekts), elastības teorijas (Maksvela teorēma, Maksvela-Kremonas diagramma), termodinamikas, fizikas vēstures u.c.

Ģimene. Studiju gadi

Džeimss Maksvels dzimis 1831. gada 13. jūnijā Edinburgā. Viņš bija vienīgais dēls Skotu muižnieks un advokāts Džons Klerks, kurš, mantojis radinieka sievas, dzimusi Maksvela, īpašumu, savam uzvārdam pievienoja šo vārdu. Pēc dēla piedzimšanas ģimene pārcēlās uz Skotijas dienvidiem, uz savu īpašumu Glenlaru (“Patvērums ielejā”), kur zēns pavadīja savu bērnību.

1841. gadā Džeimsa tēvs viņu nosūtīja uz skolu ar nosaukumu Edinburgas akadēmija. Šeit, 15 gadu vecumā, Maksvels uzrakstīja savu pirmo zinātnisko rakstu “Par ovālu zīmēšanu”. 1847. gadā viņš iestājās Edinburgas Universitātē, kur studēja trīs gadus, bet 1850. gadā pārcēlās uz Kembridžas Universitāti, kuru absolvēja 1854. gadā. Līdz tam laikam Džeimss Maksvels bija pirmās klases matemātiķis ar izcili attīstītu intuīciju. no fiziķa.

Cavendish laboratorijas izveide. Mācību darbs

Pēc universitātes beigšanas Džeimss Maksvels tika atstāts Kembridžā pedagoģiskais darbs. 1856. gadā viņš ieguva profesora amatu Marišalas koledžā Aberdīnas Universitātē (Skotija). 1860. gadā viņu ievēlēja par Londonas Karaliskās biedrības locekli. Tajā pašā gadā viņš pārcēlās uz Londonu, pieņemot piedāvājumu ieņemt fizikas katedras vadītāja amatu Londonas Universitātes King's College, kur viņš strādāja līdz 1865. gadam.

Atgriezies Kembridžas universitātē 1871. gadā, Maksvels organizēja un vadīja Lielbritānijā pirmo īpaši aprīkoto fizikālo eksperimentu laboratoriju, kas pazīstama kā Kavendiš laboratorija (nosaukta angļu zinātnieka Henrija Kavendiša vārdā). Šīs laboratorijas veidošanās, kas 19.-20.gs.mijā. pārvērtās par vienu no lielākajiem centriem pasaules zinātne, veltīta Maksvelam pēdējos gados no savas dzīves.

Kopumā ir zināmi daži fakti no Maksvela dzīves. Kautrīgs un pieticīgs, viņš centās dzīvot vientulībā un nerakstīja dienasgrāmatas. 1858. gadā Džeimss Maksvels apprecējās, bet ģimenes dzīve, acīmredzot, izrādījās neveiksmīgi, saasināja viņa nesabiedriskumu un atsvešinājās no bijušajiem draugiem. Tiek uzskatīts, ka liela daļa no svarīgā materiāla par Maksvela dzīvi tika zaudēta 1929. gada ugunsgrēkā viņa mājā Glenklērā, 50 gadus pēc viņa nāves. Viņš nomira no vēža 48 gadu vecumā.

Zinātniskā darbība

Maksvela neparasti plašā zinātnisko interešu sfēra aptvēra elektromagnētisko parādību teoriju, gāzu kinētisko teoriju, optiku, elastības teoriju un daudz ko citu. Viens no viņa pirmajiem darbiem bija pētījumi par krāsu redzes un kolorimetrijas fizioloģiju un fiziku, ko sāka 1852. gadā. 1861. gadā Džeimss Maksvels pirmo reizi ieguva krāsainu attēlu, vienlaikus projicējot uz ekrāna sarkanus, zaļus un zilus slaidus. Tas pierādīja trīskomponentu redzes teorijas pamatotību un iezīmēja veidus, kā radīt krāsu fotogrāfiju. Savos darbos 1857-59 Maksvels teorētiski pētīja Saturna gredzenu stabilitāti un parādīja, ka Saturna gredzeni var būt stabili tikai tad, ja tie sastāv no daļiņām (ķermeņiem), kas nav savienoti savā starpā.

1855. gadā D. Maksvels uzsāka virkni savu galveno darbu elektrodinamikas jomā. Tika publicēti raksti “Par Faradeja spēka līnijām” (1855-56), “Par fiziskajām spēka līnijām” (1861-62) un “Elektromagnētiskā lauka dinamiskā teorija” (1869). Pētījums tika pabeigts ar divu sējumu monogrāfijas “Traktāts par elektrību un magnētismu” (1873) izdošanu.

Elektromagnētiskā lauka teorijas izveide

Kad Džeimss Maksvels 1855. gadā sāka pētīt elektriskās un magnētiskās parādības, daudzas no tām jau bija labi izpētītas: jo īpaši bija izveidoti stacionāro elektrisko lādiņu (Kulona likums) un strāvu (Ampera likums) mijiedarbības likumi; Ir pierādīts, ka magnētiskā mijiedarbība ir kustīgu elektrisko lādiņu mijiedarbība. Lielākā daļa tā laika zinātnieku uzskatīja, ka mijiedarbība tika pārraidīta uzreiz, tieši caur tukšumu (tālas darbības teorija).

Izšķirošo pavērsienu tuvās darbības teorijai 30. gados veica Maikls Faradejs. 19. gadsimts Saskaņā ar Faradeja idejām elektriskais lādiņš rada elektrisko lauku apkārtējā telpā. Viena lādiņa lauks iedarbojas uz otru, un otrādi. Strāvu mijiedarbība tiek veikta caur magnētisko lauku. Faradejs aprakstīja elektrisko un magnētisko lauku sadalījumu telpā, izmantojot spēka līnijas, kas, pēc viņa domām, atgādina parastās elastīgās līnijas hipotētiskā vidē - pasaules ēterā.

Maksvels pilnībā pieņēma Faradeja idejas par elektromagnētiskā lauka esamību, tas ir, par procesu realitāti kosmosā lādiņu un strāvu tuvumā. Viņš uzskatīja, ka ķermenis nevar darboties tur, kur tā nav.

Pirmā lieta, ko izdarīja D.K Maksvels - piešķīra Faradeja idejām stingru matemātisku formu, kas tik ļoti nepieciešama fizikā. Izrādījās, ka līdz ar lauka jēdziena ieviešanu Kulona un Ampera likumi sāka izpausties vispilnīgāk, dziļāk un elegantāk. Parādībā elektromagnētiskā indukcija Maksvels redzēja jaunu lauku īpašību: mainīgs magnētiskais lauks tukšā telpā rada elektrisko lauku ar slēgtām spēka līnijām (tā saukto virpuļelektrisko lauku).

Nākamo un pēdējo soli elektromagnētiskā lauka pamatīpašību atklāšanā veica Maksvels, nepaļaujoties uz eksperimentu. Viņš izteica izcilu minējumu, ka mainīgs elektriskais lauks rada magnētisko lauku, tāpat kā parasts. elektriskā strāva(nobīdes strāvas hipotēze). Līdz 1869. gadam visi elektromagnētiskā lauka uzvedības pamatlikumi tika izveidoti un formulēti četru vienādojumu sistēmas veidā, ko sauc par Maksvela vienādojumiem.

Maksvela vienādojumi ir klasiskās makroskopiskās elektrodinamikas pamatvienādojumi, kas apraksta elektromagnētiskās parādības patvaļīgās vidēs un vakuumā. Maksvela vienādojumus 60. gados ieguva Dž.K.Maksvels. 19. gadsimts no pieredzes atrasto elektrisko un magnētisko parādību likumu vispārināšanas rezultātā.

No Maksvela vienādojumiem izriet fundamentāls secinājums: elektromagnētiskās mijiedarbības izplatīšanās ātruma galīgums. Tas ir galvenais, kas atšķir maza attāluma darbības teoriju no liela attāluma darbības teorijas. Ātrums izrādījās tāds vienāds ātrums gaisma vakuumā: 300 000 km/s. No tā Maksvels secināja, ka gaisma ir elektromagnētisko viļņu forma.

Strādā pie gāzu molekulāri kinētiskās teorijas

Džeimsa Maksvela loma molekulārās kinētiskās teorijas izstrādē un iedibināšanā ir ārkārtīgi svarīga ( mūsdienu nosaukums- statistikas mehānika). Maksvels bija pirmais, kurš izteica paziņojumu par dabas likumu statistisko raksturu. 1866. gadā viņš atklāja pirmo statistikas likumu – likumu par molekulu sadalījumu pēc ātruma (Maxwell distribution). Turklāt viņš aprēķināja gāzu viskozitāti atkarībā no molekulu ātruma un vidējā brīvā ceļa, kā arī atvasināja vairākas termodinamiskās attiecības.

Maksvela sadalījums ir sistēmas molekulu ātruma sadalījums termodinamiskā līdzsvara stāvoklī (ar nosacījumu, ka molekulu translācijas kustību apraksta klasiskās mehānikas likumi). Dibināja J.C. Maxwell 1859. gadā.

Maksvels bija izcils zinātnes popularizētājs. Viņš uzrakstīja vairākus rakstus enciklopēdijai Britannica un populāras grāmatas: “Siltuma teorija” (1870), “Materija un kustība” (1873), “Elektrība elementārajā ekspozīcijā” (1881), kas tika tulkotas krievu valodā; lasīja lekcijas un referēja plkst fiziskās tēmas plašai auditorijai. Maksvels izrādīja lielu interesi arī par zinātnes vēsturi. 1879. gadā viņš publicēja G. Kavendiša darbus par elektrību, sniedzot tiem plašus komentārus.

Maksvela darba novērtējums

Zinātnieka darbus viņa laikabiedri nenovērtēja. Idejas par elektromagnētiskā lauka esamību šķita patvaļīgas un neauglīgas. Tikai pēc tam, kad Heinrihs Hercs eksperimentāli pierādīja Maksvela prognozēto elektromagnētisko viļņu esamību 1886.–1889. gadā, viņa teorija ieguva vispārēju piekrišanu. Tas notika desmit gadus pēc Maksvela nāves.

Pēc elektromagnētiskā lauka realitātes eksperimentāla apstiprināšanas tika veikts fundamentāls zinātnisks atklājums: ir dažādi veidi matērija, un katram no tiem ir savi likumi, kurus nevar reducēt uz Ņūtona mehānikas likumiem. Tomēr pats Maksvels to diez vai skaidri apzinājās un sākumā mēģināja izveidot elektromagnētisko parādību mehāniskos modeļus.

Amerikāņu fiziķis Ričards Feinmens par Maksvela lomu zinātnes attīstībā teicami teica: “Cilvēces vēsturē (ja paskatās, teiksim, desmit tūkstošus gadu vēlāk) nozīmīgākais 19. gadsimta notikums neapšaubāmi būs Maksvela atklājums. elektrodinamikas likumiem. Uz šī svarīgā zinātniskā atklājuma fona pilsoņu karš Amerikā tajā pašā desmitgadē izskatīsies kā provinciāls incidents.

Džeimss Maksvels ir aizgājis mūžībā 1879. gada 5. novembris, Kembridža. Viņš ir apbedīts nevis Anglijas dižciltīgo kapā – Vestminsteras abatijā, bet gan pieticīgā kapā blakus savai mīļotajai baznīcai Skotijas ciematā, netālu no ģimenes īpašuma.

Javascript jūsu pārlūkprogrammā ir atspējots.
Lai veiktu aprēķinus, jāiespējo ActiveX vadīklas!

Džeimss Klārks Maksvels dzīvoja tikai 48 gadus, taču viņa ieguldījumu matemātikā, fizikā un mehānikā ir grūti pārvērtēt. Pats Alberts Einšteins paziņoja, ka viņš savu relativitātes teoriju ir parādā Maksvela elektromagnētiskā lauka vienādojumiem.

Indijas ielā Edinburgā ir māja ar plāksni pie sienas:
"Džeimss Klārks Maksvels
Dabas zinātnieks
Dzimis šeit 1831. gada 13. jūnijā."

Topošais izcilais zinātnieks piederēja vecai dižciltīgajai ģimenei un lielāko daļu bērnības pavadīja sava tēva īpašumā Midlbijā, kas atrodas Skotijas dienvidos. Viņš izauga ziņkārīgs un aktīvs bērns, un jau tad viņa radinieki atzīmēja, ka viņa iecienītākie jautājumi bija: “Kā to izdarīt?” un "Kā tas notiek?"

Kad Džeimsam apritēja desmit, pēc ģimenes lēmuma viņš iestājās Edinburgas akadēmijā, kur cītīgi mācījās, kaut arī īpašus talantus neizrādot. Tomēr ģeometrijas aizrauts Maksvels izgudroja jauns veids ovālu zīmēšana. Viņa darba saturs par ovālu līkņu ģeometriju tika izklāstīts Edinburgas Karaliskās biedrības darījumos par 1846. gadu. Autorei tolaik bija tikai četrpadsmit gadu. Sešpadsmit gadu vecumā Maksvels iestājās Edinburgas Universitātē, kā galvenos priekšmetus izvēloties fiziku un matemātiku. Turklāt viņš sāka interesēties par filozofijas problēmām un apmeklēja loģikas un metafizikas kursus.

Jau pieminētajā “Edinburgas Karaliskās biedrības darbā” tika publicēti vēl divi talantīga studenta darbi - par ripošanas līknēm un par elastīgajām īpašībām. cietvielas. Pēdējā tēma bija svarīga konstrukcijas mehānikai.

Pēc studijām Edinburgā deviņpadsmitgadīgais Maksvels pārcēlās uz Kembridžas universitāti, vispirms uz Sv.Pētera koledžu, pēc tam uz prestižāko Trīsvienības koledžu. Tur matemātikas mācības tika veiktas dziļākā līmenī, un prasības skolēniem bija manāmi augstākas nekā Edinburgā. Neskatoties uz to, Maksvelam izdevās iegūt otro vietu publiskajā trīspakāpju matemātikas eksāmenā bakalaura grāda iegūšanai.

Kembridžā Maksvels daudz sazinājās ar dažādi cilvēki, pievienojās apustuļu klubam, kas sastāvēja no 12 biedriem, kurus vieno viņu plašums un domāšanas oriģinalitāte. Viņš piedalījās izglītībai izveidotās Strādnieku koledžas darbībā parastie cilvēki, lasīja tur lekcijas.

1855. gada rudenī, kad Maksvels pabeidza studijas, viņš tika uzņemts Svētās Trīsvienības koledžā un uzaicināts palikt par skolotāju. Nedaudz vēlāk viņš pievienojās Edinburgas Karaliskajai biedrībai, Skotijas nacionālajai zinātniskajai asociācijai. 1856. gadā Maksvels atstāja Kembridžu, lai iegūtu profesoru Marišalas koledžā Skotijas pilsētā Aberdīnā.

Sadraudzējies ar koledžas direktoru, godājamo Danielu Devaru, Maksvels satika savu meitu Ketrīnu Mariju. Viņi paziņoja par saderināšanos 1858. gada ziemas beigās un apprecējās jūnijā. Saskaņā ar biogrāfa un zinātnieka Lūisa Kempbela drauga memuāriem viņu laulība izrādījās neticamas ziedošanās piemērs. Ir zināms, ka Ketrīna palīdzēja vīram laboratorijas pētījumos.

Kopumā Aberdīnas periods Maksvela dzīvē bija ļoti auglīgs. Vēl atrodoties Kembridžā, viņš sāka pētīt Saturna gredzenu uzbūvi, un 1859. gadā tika publicēta viņa monogrāfija, kurā viņš pierādīja, ka tie ir cieti ķermeņi, kas riņķo ap planētu. Tajā pašā laikā zinātnieks uzrakstīja rakstu “Paskaidrojumi par gāzu dinamisko teoriju”, kurā viņš atvasināja funkciju, kas atspoguļo gāzes molekulu sadalījumu atkarībā no to ātruma, ko vēlāk sauca par Maksvela sadalījumu. Šis bija viens no pirmajiem statistikas likumu piemēriem, kas apraksta nevis viena objekta vai atsevišķas daļiņas, bet gan daudzu objektu vai daļiņu uzvedību. “Maksvela dēmons”, domu eksperiments, kurā kāda inteliģenta, bezķermeniska būtne atdala gāzes molekulas pēc ātruma, ko pētnieks vēlāk izgudroja, demonstrēja termodinamikas otrā likuma statistisko raksturu.

1860. gadā vairākas koledžas tika apvienotas Aberdīnas Universitātē un dažas nodaļas tika likvidētas. Arī jaunais profesors Maksvels tika atlaists. Taču bez darba viņš gandrīz uzreiz tika uzaicināts mācīt Londonas King's College, kur viņš palika nākamos piecus gadus.

Tajā pašā gadā Britu asociācijas sanāksmē zinātnieks nolasīja ziņojumu par savu attīstību attiecībā uz krāsu uztveri, par ko viņš vēlāk saņēma Romfordas medaļu no Londonas Karaliskās biedrības. Pierādot savas krāsu teorijas pareizību, Maksvels iepazīstināja sabiedrību ar jaunu produktu, kas aizrāva viņu iztēli – krāsu fotogrāfiju. Pirms viņa neviens to nevarēja iegūt.

1861. gadā Maksvels tika iecelts Standartu komitejā, kas izveidota, lai noteiktu galvenos elektriskos mezglus.

Turklāt Maksvels neatteicās no pētījumiem par cietvielu elastību un par iegūtajiem rezultātiem viņam tika piešķirta Edinburgas Karaliskās biedrības Kīta balva.

Strādājot Londonas King's College, Maksvels pabeidza elektromagnētiskā lauka teoriju. Pašu lauka ideju ierosināja slavenais fiziķis Maikls Faradejs, taču viņa zināšanas nebija pietiekamas, lai prezentētu savu atklājumu formulu valodā. Elektromagnētisko lauku matemātiskais apraksts kļuva par Maksvela galveno zinātnisko problēmu. Pamatojoties uz analoģiju metodi, pateicoties kurai līdzības starp elektriskā mijiedarbība un siltuma pārnesi cietā ķermenī, zinātnieks nodeva pētījuma datus par siltumu elektrībai un bija pirmais, kurš spēja matemātiski pamatot pārnesi elektriskā darbība vidē.

1873. gadu iezīmēja “Traktāts par elektrību un magnētismu”, kura nozīme ir salīdzināma ar Ņūtona “Filozofijas matemātiskajiem principiem”. Izmantojot vienādojumus, Maksvels aprakstīja elektromagnētiskās parādības un secināja, ka tādas pastāv elektromagnētiskie viļņi ka tie izplatās ar gaismas ātrumu un pašai gaismai ir elektromagnētisks raksturs.

Traktāts tika publicēts, kad Maksvels jau divus gadus (kopš 1871. gada) bija Kembridžas universitātes fizikas laboratorijas vadītājs, kuras izveide nozīmēja zinātnieku aprindās atzīt eksperimentālās pieejas pētniecībā milzīgo nozīmi.

Ne mazāk nozīmīgs uzdevums Maksvels redzēja zinātnes popularizēšanu. Lai to izdarītu, viņš rakstīja rakstus Encyclopedia Britannica, darbā, kurā viņš mēģināja vienkāršā valodā izskaidro matērijas, kustības, elektrības, atomu un molekulu pamatjēdzienus.

1879. gadā Maksvela veselība ļoti pasliktinājās. Viņš zināja, ka ir smagi slims un viņa diagnoze ir vēzis. Saprotot, ka ir nolemts, viņš drosmīgi izturēja sāpes un mierīgi sagaidīja nāvi, kas notika 1879. gada 5. novembrī.

Lai gan Maksvela darbi saņēma cienīgu novērtējumu zinātnieka dzīves laikā, to patiesā nozīme kļuva skaidra tikai gadus vēlāk, kad divdesmitajā gadsimtā lauka jēdziens tika stingri nostiprināts zinātniskajā lietošanā, un Alberts Einšteins paziņoja, ka Maksvela elektromagnētiskā lauka vienādojumi bija pirms tam. viņa relativitātes teorija.

Zinātnieka piemiņa iemūžināta vienas no Edinburgas Universitātes ēkām, Salfordas Universitātes galvenās ēkas un koncertzāles, kā arī Edinburgas akadēmijas Džeimsa Klerka Maksvela centra nosaukumos. Aberdīnā un Kembridžā var atrast viņa vārdā nosauktas ielas. Vestminsteras abatijā ir Maksvelam veltīta piemiņas plāksne, un Aberdīnas Universitātes Mākslas galerijas apmeklētāji var aplūkot zinātnieka krūšutēlu. 2008. gadā Edinburgā tika uzcelts bronzas piemineklis Maksvelam.

Ar Maksvela vārdu ir saistītas arī daudzas organizācijas un balvas. Viņa vadītā fizikas laboratorija izveidoja stipendiju talantīgākajiem absolventiem. Lielbritānijas Fizikas institūts piešķir Maksvela medaļu un balvu jaunajiem fiziķiem, kuri devuši nozīmīgu ieguldījumu zinātnē. Londonas Universitātē ir Maksvela profesors un Maksvela studentu biedrība. Maksvela fonds, kas izveidots 1977. gadā, organizē fizikas un matemātikas konferences.

Līdz ar atzinību Maksvels 2006. gada aptaujā tika nosaukts par slavenāko skotu zinātnieku, un tas viss liecina, ka lieliska loma, ko viņš spēlēja zinātnes vēsturē.

"... notika liels pavērsiens, kas uz visiem laikiem tiek saistīts ar Faradeja, Maksvela, Herca vārdiem. Lauvas tiesa šajā revolūcijā pieder Maksvelam... Pēc Maksvela fiziskā realitāte tika iecerēta nepārtrauktu lauku veidā, kas nevar izskaidrot mehāniski... Šīs pārmaiņas realitātes jēdzienā ir visdziļākās un auglīgākās no tām, ko fizika ir piedzīvojusi kopš Ņūtona laikiem.

Einšteins

Džeimsa Maksvela aforismi un citāti.
"Kad parādību var raksturot kā īpašs gadījums kādu vispārīgu principu, kas piemērojams citām parādībām, tad viņi saka, ka šī parādība ir izskaidrota"

“... Zinātnes attīstībai jebkurā laikmetā ir nepieciešams ne tikai tas, lai cilvēki domātu vispārīgi, bet arī lai viņi koncentrētu savas domas uz to plašā zinātnes lauka daļu, kas atrodas dots laiks nepieciešama attīstība"

“No visām hipotēzēm... izvēlies to, kas netraucē tālāk domāt par pētāmajām lietām”

“Lai vadītu diezgan pareizi zinātniskais darbs Izmantojot sistemātiskus eksperimentus un precīzu demonstrāciju, ir nepieciešama stratēģijas māksla.

“...Zinātnes vēsture neaprobežojas tikai ar veiksmīgu pētījumu uzskaitīšanu. Tam vajadzētu pastāstīt par neveiksmīgiem pētījumiem un izskaidrot, kāpēc daži no visvairāk spējīgi cilvēki nevarēja atrast zināšanu atslēgu, un kā citu cilvēku reputācija tikai vēl vairāk atbalstīja kļūdas, kurās viņi iekrita.

"Jebkurš lielisks cilvēks ir viena veida. Zinātnieku vēsturiskajā gājienā katram ir savs konkrētais uzdevums un savs konkrēta vieta»

“Īstais zinātnes pavards ir nevis zinātnisko darbu sējumi, bet cilvēka dzīvais prāts, un, lai zinātni virzītos uz priekšu, cilvēka doma ir jāievirza zinātniskā virzienā. To var izdarīt dažādos veidos: paziņojot par kādu atklājumu, aizstāvot paradoksālu ideju vai izdomājot zinātnisku frāzi, vai izklāstot doktrīnu sistēmu.

Maksvels un elektromagnētiskā lauka teorija.
Maksvels pētīja elektriskās un magnētiskās parādības, kad daudzas no tām jau bija labi saprotamas. Tika izveidots Kulona likums un Ampera likums, kā arī tika pierādīts, ka magnētiskā mijiedarbība ir saistīta ar elektrisko lādiņu darbību. Daudzi tā laika zinātnieki atbalstīja tāldarbības teoriju, kas apgalvo, ka mijiedarbība notiek acumirklī un tukšā telpā.

Tuvdarbības teorijā galveno lomu spēlēja Maikla Faradeja (19. gs. 30. gadi) pētījumi. Faradejs apgalvoja, ka elektriskā lādiņa raksturs ir balstīts uz apkārtējo elektrisko lauku. Viena lādiņa lauks ir savienots ar blakus esošo divos virzienos. Strāvas mijiedarbojas, izmantojot magnētisko lauku. Magnētiskās un elektriskie lauki pēc Faradeja teiktā, tās viņš apraksta spēka līniju veidā, kas ir elastīgas līnijas hipotētiskā vidē – ēterī.

Maksvels izskaidroja Faradeja idejas matemātiskā formā, kas patiešām bija vajadzīgs fizikai. Ieviešot lauka jēdzienu, Kulona un Ampera likumi kļuva pārliecinošāki un dziļi nozīmīgāki. Elektromagnētiskās indukcijas koncepcijā Maksvels varēja ņemt vērā paša lauka īpašības. Mainīga magnētiskā lauka ietekmē tukšā telpā tiek ģenerēts elektriskais lauks ar slēgtām spēka līnijām. Šo parādību sauc par virpuļelektrisko lauku.
Maksvels parādīja, ka mainīgs elektriskais lauks var radīt magnētisko lauku, kas ir līdzīgs parastai elektriskajai strāvai. Šo teoriju sauca par pārvietošanas strāvas hipotēzi. Pēc tam Maksvels savos vienādojumos izteica elektromagnētisko lauku uzvedību.

Atsauce. Maksvela vienādojumi ir vienādojumi, kas apraksta elektromagnētiskās parādības dažādas vides un vakuuma telpa, kā arī attiecas uz klasisko makroskopisko elektrodinamiku. Tas ir loģisks secinājums, kas izdarīts eksperimentos, kuru pamatā ir elektrisko un magnētisko parādību likumi.
Maksvela vienādojumu galvenais secinājums ir elektriskās un magnētiskās mijiedarbības izplatīšanās galīgums, kas atšķīra tuvās darbības teoriju un liela attāluma darbības teoriju. Ātruma raksturlielumi tuvojās gaismas ātrumam 300 000 km/s. Tas deva Maksvelam iemeslu apgalvot, ka gaisma ir parādība, kas saistīta ar elektromagnētisko viļņu darbību.

Maksvela gāzu molekulārā kinētiskā teorija.

Maksvels piedalījās molekulārās kinētiskās teorijas izpētē (šodien to sauc par statistisko mehāniku). Viņš bija pirmais, kurš nāca klajā ar ideju par dabas likumu statistisko raksturu. Maksvelsradīja likumu molekulu sadalījumam pēc ātruma, un viņam izdevās arī aprēķināt gāzu viskozitāti attiecībā pret ātruma rādītājiem un gāzes molekulu brīvo ceļu. Pateicoties Maksvela darbam, mums ir vairākas termodinamiskās attiecības.

Atsauce. Maksvela sadalījums ir teorija par sistēmas molekulu ātruma sadalījumu termodinamiskā līdzsvara apstākļos. Termodinamiskais līdzsvars ir nosacījums molekulu translācijas kustībai, ko apraksta klasiskās dinamikas likumi.
Zinātniskie darbiMaksvels: “Siltuma teorija”, “Materiāls un kustība”, “Elektrība elementārajā prezentācijā”. Viņu interesēja arī zinātnes vēsture. Savulaik viņam izdevās izdot Kavendiša darbus, kasMaksvelsEs pievienoju savus komentārus.
Maksvels aktīvi strādāja pie elektromagnētisko lauku izpētes. Viņa teorija par to pastāvēšanu saņēma pasaules atzinību tikai desmit gadus pēc viņa nāves.

Maksvels bija pirmais, kurš klasificēja matēriju un katram piešķīra savus likumus, kas nebija reducējami uz Ņūtona mehānikas likumiem.

Par to ir rakstījuši daudzi zinātnieki. Fiziķis Feinmens teica par Maksvelskurš atklāja elektrodinamikas likumusMaksvels, skatījās cauri gadsimtiem nākotnē.

MAXWELL (Maksvels) Džeimss Klerks ( Ierēdnis) (1831-79), angļu fiziķis, klasiskās elektrodinamikas radītājs, viens no statistiskās fizikas pamatlicējiem, Cavendish laboratorijas organizators un pirmais direktors (no 1871). Attīstot M. Faradeja idejas, viņš radīja elektromagnētiskā lauka teoriju (Maksvela vienādojumi); ieviesa pārvietošanās strāvas jēdzienu, paredzēja elektromagnētisko viļņu esamību un izvirzīja domu par gaismas elektromagnētisko raksturu. Izveidoja viņa vārdā nosaukto statistisko sadalījumu. Viņš pētīja gāzu viskozitāti, difūziju un siltumvadītspēju. Parādīja, ka Saturna gredzeni sastāv no atsevišķiem ķermeņiem. Strādā pie krāsu redzes un kolorimetrijas (Maksvela disks), optikas (Maksvela efekts), elastības teorijas (Maksvela teorēma, Maksvela-Kremonas diagramma), termodinamikas, fizikas vēstures u.c.

MAXWELL (Maksvels) Džeimss Klerks (1831. gada 13. jūnijā Edinburgā, — 1879. gada 5. novembrī Kembridžā), angļu fiziķis, klasiskās elektrodinamikas radītājs, viens no statistiskās fizikas pamatlicējiem, viena no pasaulē lielākajām. zinātniskie centri 19. beigas - agri 20. gadsimti - Cavendish laboratorija; radīja elektromagnētiskā lauka teoriju, paredzēja elektromagnētisko viļņu esamību, izvirzīja domu par gaismas elektromagnētisko dabu, izveidoja pirmo statistikas likumu - viņa vārdā nosaukto molekulu sadalījuma likumu pēc ātruma.

Ģimene. Studiju gadi

Maksvels bija vienīgais skotu muižnieka un advokāta Džona Klerka dēls, kurš, mantojis radinieka sievas, dzimušas Maksvelas, īpašumu, pievienoja savam uzvārdam šo vārdu. Pēc dēla piedzimšanas ģimene pārcēlās uz Skotijas dienvidiem, uz savu īpašumu Glenlēru (“Patvērums ielejā”), kur zēns pavadīja savu bērnību. 1841. gadā Džeimsa tēvs viņu nosūtīja uz skolu ar nosaukumu Edinburgas akadēmija. Šeit, 15 gadu vecumā, Maksvels uzrakstīja savu pirmo zinātnisko rakstu “Par ovālu zīmēšanu”. 1847. gadā viņš iestājās Edinburgas Universitātē, kur studēja trīs gadus, bet 1850. gadā pārcēlās uz Kembridžas Universitāti, kuru absolvēja 1854. gadā. Līdz tam laikam Maksvels bija pirmās klases matemātiķis ar lieliski attīstītu intuīciju. fiziķis.

Cavendish laboratorijas izveide. Mācību darbs

Pēc universitātes absolvēšanas Maksvels tika atstāts Kembridžā, lai mācītos. 1856. gadā viņš ieguva profesora amatu Marišalas koledžā Aberdīnas Universitātē (Skotija). 1860. gadā viņu ievēlēja par Londonas Karaliskās biedrības locekli. Tajā pašā gadā viņš pārcēlās uz Londonu, pieņemot piedāvājumu ieņemt fizikas katedras vadītāja amatu Londonas Universitātes King's College, kur viņš strādāja līdz 1865. gadam.

Atgriezies Kembridžas universitātē 1871. gadā, Maksvels organizēja un vadīja pirmo speciāli aprīkoto laboratoriju Lielbritānijā fizikālajiem eksperimentiem, kas pazīstama kā Kavendish Laboratory (nosaukta angļu zinātnieka G. Kavendiša vārdā). Šīs laboratorijas veidošanās, kas 19.-20.gs.mijā. pārvērtās par vienu no lielākajiem pasaules zinātnes centriem, Maksvels veltīja savas dzīves pēdējos gadus.

Ir zināmi daži fakti no Maksvela dzīves. Kautrīgs, pieticīgs, viņš centās dzīvot viens; Es neturēju dienasgrāmatas. 1858. gadā Maksvels apprecējās, taču viņa ģimenes dzīve acīmredzot bija neveiksmīga, saasināja viņa nesabiedriskumu un atsvešinājās no bijušajiem draugiem. Tiek uzskatīts, ka liela daļa no svarīgā materiāla par Maksvela dzīvi tika zaudēta 1929. gada ugunsgrēkā viņa mājā Glenklērā, 50 gadus pēc viņa nāves. Viņš nomira no vēža 48 gadu vecumā.

Zinātniskā darbība

Maksvela neparasti plašā zinātnisko interešu sfēra aptvēra elektromagnētisko parādību teoriju, gāzu kinētisko teoriju, optiku, elastības teoriju un daudz ko citu. Viens no viņa pirmajiem darbiem bija pētījumi par krāsu redzes un kolorimetrijas fizioloģiju un fiziku, ko sāka 1852. gadā. 1861. gadā Maksvels pirmo reizi ieguva krāsainu attēlu, vienlaikus projicējot uz ekrāna sarkanus, zaļus un zilus slaidus. Tas pierādīja trīskomponentu redzes teorijas pamatotību un iezīmēja veidus, kā radīt krāsu fotogrāfiju. Savos darbos 1857-59 Maksvels teorētiski pētīja Saturna gredzenu stabilitāti un parādīja, ka Saturna gredzeni var būt stabili tikai tad, ja tie sastāv no daļiņām (ķermeņiem), kas nav savienoti savā starpā.

1855. gadā Maksvels uzsāka virkni savu galveno darbu elektrodinamikas jomā. Tika publicēti raksti “Par Faradeja spēka līnijām” (1855-56), “Par fiziskajām spēka līnijām” (1861-62) un “Elektromagnētiskā lauka dinamiskā teorija” (1869). Pētījums tika pabeigts ar divu sējumu monogrāfijas “Traktāts par elektrību un magnētismu” (1873) izdošanu.

Elektromagnētiskā lauka teorijas izveide

Kad Maksvels 1855. gadā sāka pētīt elektriskās un magnētiskās parādības, daudzas no tām jau bija labi izpētītas: jo īpaši bija izveidoti stacionāro elektrisko lādiņu (Kulona likums) un strāvu (Ampera likums) mijiedarbības likumi; Ir pierādīts, ka magnētiskā mijiedarbība ir kustīgu elektrisko lādiņu mijiedarbība. Lielākā daļa tā laika zinātnieku uzskatīja, ka mijiedarbība tika pārraidīta uzreiz, tieši caur tukšumu (tālas darbības teorija).

Izšķirošo pavērsienu tuvās darbības teorijai veica M. Faradejs 30. gados. 19. gadsimts Saskaņā ar Faradeja idejām elektriskais lādiņš rada elektrisko lauku apkārtējā telpā. Viena lādiņa lauks iedarbojas uz otru, un otrādi. Strāvu mijiedarbība tiek veikta caur magnētisko lauku. Faradejs aprakstīja elektrisko un magnētisko lauku sadalījumu telpā, izmantojot spēka līnijas, kas, pēc viņa domām, atgādina parastās elastīgās līnijas hipotētiskā vidē - pasaules ēterā.

Maksvels pilnībā pieņēma Faradeja idejas par elektromagnētiskā lauka esamību, tas ir, par procesu realitāti kosmosā lādiņu un strāvu tuvumā. Viņš uzskatīja, ka ķermenis nevar darboties tur, kur tā nav.

Pirmā lieta, ko Maksvels izdarīja, bija piešķirt Faradeja idejām stingru matemātisku formu, kas tik ļoti nepieciešama fizikā. Izrādījās, ka līdz ar lauka jēdziena ieviešanu Kulona un Ampera likumi sāka izpausties vispilnīgāk, dziļāk un elegantāk. Elektromagnētiskās indukcijas fenomenā Maksvels saskatīja jaunu lauku īpašību: mainīgs magnētiskais lauks tukšā telpā rada elektrisko lauku ar slēgtām spēka līnijām (tā saukto virpuļelektrisko lauku).

Nākamo un pēdējo soli elektromagnētiskā lauka pamatīpašību atklāšanā veica Maksvels, nepaļaujoties uz eksperimentu. Viņš izteica izcilu minējumu, ka mainīgs elektriskais lauks rada magnētisko lauku, tāpat kā parastā elektriskā strāva (nobīdes strāvas hipotēze). Līdz 1869. gadam visi elektromagnētiskā lauka uzvedības pamatlikumi tika izveidoti un formulēti četru vienādojumu sistēmas veidā, ko sauc par Maksvela vienādojumiem.

No Maksvela vienādojumiem izriet fundamentāls secinājums: elektromagnētiskās mijiedarbības izplatīšanās ātruma galīgums. Tas ir galvenais, kas atšķir maza attāluma darbības teoriju no liela attāluma darbības teorijas. Ātrums izrādījās vienāds ar gaismas ātrumu vakuumā: 300 000 km/s. No tā Maksvels secināja, ka gaisma ir elektromagnētisko viļņu forma.

Strādā pie gāzu molekulāri kinētiskās teorijas

Maksvela loma molekulārās kinētiskās teorijas (mūsdienu nosaukums ir statistiskā mehānika) izstrādē un iedibināšanā ir ārkārtīgi svarīga. Maksvels bija pirmais, kurš izteica paziņojumu par dabas likumu statistisko raksturu. 1866. gadā viņš atklāja pirmo statistikas likumu – likumu par molekulu sadalījumu pēc ātruma (Maxwell distribution). Turklāt viņš aprēķināja gāzu viskozitāti atkarībā no molekulu ātruma un vidējā brīvā ceļa, kā arī atvasināja vairākas termodinamiskās attiecības.

Maksvels bija izcils zinātnes popularizētājs. Viņš uzrakstīja vairākus rakstus enciklopēdijai Britannica un populāras grāmatas: “Siltuma teorija” (1870), “Materija un kustība” (1873), “Elektrība elementārajā ekspozīcijā” (1881), kas tika tulkotas krievu valodā; sniedza lekcijas un referātus par fiziskajām tēmām plašai auditorijai. Maksvels izrādīja lielu interesi arī par zinātnes vēsturi. 1879. gadā viņš publicēja G. Kavendiša darbus par elektrību, sniedzot tiem plašus komentārus.

Maksvela darba novērtējums

Zinātnieka darbus viņa laikabiedri nenovērtēja. Idejas par elektromagnētiskā lauka esamību šķita patvaļīgas un neauglīgas. Tikai pēc tam, kad G. Hercs 1886.-89.gadā eksperimentāli pierādīja Maksvela prognozēto elektromagnētisko viļņu esamību, viņa teorija saņēma vispārēju atzinību. Tas notika desmit gadus pēc Maksvela nāves.

Pēc elektromagnētiskā lauka realitātes eksperimentālas apstiprināšanas tika veikts fundamentāls zinātnisks atklājums: ir dažādi matērijas veidi, un katram no tiem ir savi likumi, kas nav reducējami uz Ņūtona mehānikas likumiem. Tomēr pats Maksvels to diez vai skaidri apzinājās un sākumā mēģināja izveidot elektromagnētisko parādību mehāniskos modeļus.

Par Maksvela lomu zinātnes attīstībā lieliski izteicās amerikāņu fiziķis R. Feinmens: “Cilvēces vēsturē (ja paskatās, teiksim, desmit tūkstošus gadu vēlāk) nozīmīgākais 19. gadsimta notikums neapšaubāmi būs Maksvela notikums. Elektrodinamikas likumu atklāšana Uz šī svarīgā zinātniskā atklājuma fona Amerikas pilsoņu karš tajā pašā desmitgadē izskatīsies kā provinciāls incidents.

Maksvels ir apbedīts nevis Anglijas dižciltīgo kapā – Vestminsteras abatijā, bet gan pieticīgā kapā blakus savai mīļotajai baznīcai Skotijas ciematā, netālu no ģimenes īpašuma.

Klasiskās elektrodinamikas radītājs, viens no statistiskās fizikas pamatlicējiem.

Maksvels Džeimss Klerks (13.6.1831., Edinburga, - 5.11.1879., Kembridža), angļu fiziķis, klasiskās elektrodinamikas radītājs, viens no statistiskās fizikas pamatlicējiem. Londonas Karaliskās biedrības biedrs (1860). Skotijas muižnieka dēls no dižciltīgas klerku ģimenes. Studējis Edinburgas (1847-50) un Kembridžas (1850-54) universitātēs. Profesors Marišalas koledžā Aberdīnā (1856-60), pēc tam Londonas Universitātē (1860-65). No 1871. gada viņš kļuva par profesoru Kembridžas Universitātē, kur M. nodibināja pirmo īpaši aprīkoto fizikālo laboratoriju Lielbritānijā - Cavendish Laboratory, kuras direktors bija no 1871. gada.

M. zinātniskā darbība aptver elektromagnētisma, gāzu kinētiskās teorijas, optikas, elastības teorijas un daudz ko citu. Savu pirmo darbu "Par ovālu un ovālu zīmēšanu ar daudziem trikiem" M. pabeidza, kad viņam vēl nebija 15 gadu (1846, publicēts 1851). Daži no viņa pirmajiem pētījumiem bija darbs pie krāsu redzes un kolorimetrijas fizioloģijas un fizikas (1852-72, sk. Krāsu mērījumi). 1861. gadā M. pirmais demonstrēja krāsainu attēlu, kas iegūts, vienlaikus projicējot sarkanos, zaļos un zilos slaidus uz ekrāna, tādējādi pierādot trīskomponentu krāsu redzes teorijas pamatotību un vienlaikus iezīmējot veidus. lai izveidotu krāsu fotogrāfiju. Viņš radīja vienu no pirmajiem instrumentiem krāsu kvantitatīvā mērīšanai, ko sauca par M disku. 1857.-59.gadā M. veica teorētisku Saturna gredzenu stabilitātes izpēti un parādīja, ka Saturna gredzeni spēj. jābūt stabiliem tikai tad, ja tie sastāv no nesaistītām cietām daļiņām.

Elektrības un magnētisma pētījumos (raksti “Par Faradas spēka līnijām”, 1855-56; “Par fiziskajām spēka līnijām”, 1861-62; “Elektromagnētiskā lauka dinamiskā teorija”, 1864; divsējumu fundamentāls “Traktāts par Elektrība un magnētisms”, 1873 ) M. matemātiski attīstīja M. Faradeja uzskatus par starpvides lomu elektriskajā un magnētiskajā mijiedarbībā. Viņš mēģināja (sekojot Faradejam) interpretēt šo mediju kā visaptverošu pasaules ēteri, taču šie mēģinājumi nebija veiksmīgi. Tālāka attīstība fizika parādīja, ka elektromagnētiskās mijiedarbības nesējs ir elektromagnētiskais lauks, kura teoriju (klasiskajā fizikā) radīja M.. Šajā teorijā M. apkopoja visus tajā laikā zināmos makroskopiskās elektrodinamikas faktus un pirmo reizi iepazīstināja ar ideju par nobīdes strāvu, kas rada magnētisko lauku kā parasta strāva (vadīšanas strāva, kas kustas). elektriskie lādiņi). M. izteica elektromagnētiskā lauka likumus 4 daļēju diferenciālvienādojumu sistēmas veidā (sk. Maksvela vienādojumus). Šo vienādojumu vispārīgais un visaptverošais raksturs izpaudās faktā, ka to analīze ļāva paredzēt daudzas iepriekš nezināmas parādības un modeļus. Tādējādi no tiem izrietēja elektromagnētisko viļņu esamība, kurus vēlāk eksperimentāli atklāja G. Hercs. Pētot šos vienādojumus, M. nonāca pie secinājuma par gaismas elektromagnētisko dabu (1865) un parādīja, ka jebkuru citu elektromagnētisko viļņu ātrums vakuumā ir vienāds ar gaismas ātrumu. Viņš izmērīja (ar lielāku precizitāti nekā V. Vēbers un F. Kolraušs 1856. gadā) elektrostatiskās lādiņa vienības attiecību pret elektromagnētisko un apstiprināja tās vienādību ar gaismas ātrumu. No M. teorijas izrietēja, ka elektromagnētiskie viļņi rada spiedienu. Gaismas spiedienu 1899. gadā eksperimentāli noteica P. N. Ļebedevs.

M. elektromagnētisma teorija saņēma pilnīgu eksperimentālu apstiprinājumu un kļuva vispārpieņemta klasiskais pamats mūsdienu fizika. Šīs teorijas lomu skaidri aprakstīja A. Einšteins: “... šeit notika liels pavērsiens, kas uz visiem laikiem saistās ar Faradeja, Maksvela, Herca vārdiem. Lauvas tiesa šajā revolūcijā pieder Maksvelam... Pēc Maksvela fiziskā realitāte tika uztverta nepārtrauktu lauku veidā, kurus nevar mehāniski izskaidrot... Šīs realitātes jēdziena izmaiņas ir visdziļākās un auglīgākās no tām, ko fizika ir pieredzējis kopš Ņūtona laikiem” (Kolektētie zinātniskie darbi, 4. sēj., M., 1967, 138. lpp.).

Gāzu molekulāri kinētiskās teorijas pētījumos (raksti “Gāzu dinamiskās teorijas skaidrojumi”, 1860. gads un “Gāzu dinamiskā teorija”, 1866) M. pirmais atrisināja molekulu sadalījuma statistisko problēmu. ideāla gāze pēc ātruma (sk. Maksvela sadalījumu). M. aprēķināja gāzes viskozitātes atkarību no molekulu ātruma un brīvā ceļa (1860), aprēķinot absolūtā vērtība pēdējā atvasināja vairākas svarīgas termodinamikas attiecības (1860). Eksperimentāli izmērīja sausā gaisa viskozitātes koeficientu (1866). 1873-74 M. atklāja dubultās refrakcijas fenomenu plūsmā (M. efekts).

M. bija galvenais popularizētājs. Viņš uzrakstīja vairākus rakstus Encyclopedia Britannica, populāras grāmatas [piemēram, "Siltuma teorija" (1870), "Materija un kustība" (1873), "Elektrība elementārajā ekspozīcijā" (1881), tulkota krievu valodā]. Nozīmīgs ieguldījums fizikas vēsturē ir M. publicētie Dž. Kavendiša darbu manuskripti par elektrību (1879) ar plašiem M. komentāriem.