James Clark Maxwell elektromagnetisk teori. James Maxwell kort biografi

MAXWELL, James Clerk

Den engelske fysikeren James Clerk Maxwell ble født i Edinburgh i familien til en skotsk adelsmann fra den adelige Clerk-familien. Han studerte først ved Edinburgh (1847–1850), deretter ved Cambridge (1850–1854) universiteter. I 1855 ble Maxwell medlem av rådet ved Trinity College, i 1856–1860. var professor ved Marischal College, University of Aberdeen, og ledet fra 1860 avdelingen for fysikk og astronomi ved King's College, University of London. I 1865, på grunn av en alvorlig sykdom, trakk Maxwell seg fra avdelingen og slo seg ned på sin familieeiendom Glenlare nær Edinburgh. Der fortsatte han å studere naturvitenskap og skrev flere essays om fysikk og matematikk. I 1871 tok han en stol ved University of Cambridge eksperimentell fysikk. Maxwell organiserte et forskningslaboratorium, som åpnet 16. juni 1874 og ble kalt Cavendish til ære for Henry Cavendish.

Din første vitenskapelig arbeid Maxwell gjorde dette mens han fortsatt var på skolen, og kom opp med en enkel måte å tegne ovale former på. Dette arbeidet ble rapportert på et møte i Royal Society og til og med publisert i dets Proceedings. Mens han var medlem av rådet ved Trinity College, var han engasjert i eksperimenter med fargeteori, og fungerte som en fortsetter av Jungs teori og Helmholtz teori om de tre primærfargene. I eksperimenter med fargeblanding brukte Maxwell en spesiell topp, hvis skive ble delt inn i sektorer farget i forskjellige farger(Maxwell disk). Når toppen roterte raskt, smeltet fargene sammen: hvis disken ble malt på samme måte som fargene på spekteret, virket den hvit; hvis den ene halvdelen av den var malt rød og den andre halvparten gul, virket den oransje; blanding av blått og gult skapte inntrykk av grønt. I 1860 ble Maxwell tildelt Rumford-medaljen for sitt arbeid med fargeoppfatning og optikk.

I 1857 utlyste Cambridge University en konkurranse for bedre jobb om stabiliteten til Saturns ringer. Disse formasjonene ble oppdaget av Galileo på begynnelsen av 1600-tallet. og presentert en fantastisk gåte natur: planeten virket omgitt av tre sammenhengende konsentriske ringer bestående av materie ukjent natur. Laplace beviste at de ikke kan være solide. Etter å ha brukt matematisk analyse, ble Maxwell overbevist om at de ikke kunne være flytende, og kom til den konklusjonen at en slik struktur bare kunne være stabil hvis den besto av en sverm av ubeslektede meteoritter. Stabiliteten til ringene er sikret av deres tiltrekning til Saturn og gjensidig bevegelse av planeten og meteoritter. For dette arbeidet mottok Maxwell J. Adams-prisen.

Et av Maxwells første verk var hans kinetiske teori om gasser. I 1859 ga forskeren en rapport på et møte i British Association der han presenterte fordelingen av molekyler etter hastighet (Maxwellian distribution). Maxwell utviklet ideene til sin forgjenger i utviklingen av den kinetiske teorien om gasser av Rudolf Clausius, som introduserte konseptet " middels lengde fritt løp." Maxwell gikk ut fra ideen om en gass som et ensemble av mange ideelt elastiske baller som beveger seg kaotisk i et lukket rom. Kuler (molekyler) kan deles inn i grupper etter hastighet, mens i stasjonær tilstand forblir antall molekyler i hver gruppe konstant, selv om de kan forlate og gå inn i grupper. Av denne betraktningen fulgte det at «partikler fordeles med hastighet etter samme lov som observasjonsfeil fordeles i teorien om minste kvadraters metode, dvs. ifølge Gaussisk statistikk." Som en del av teorien hans forklarte Maxwell Avogadros lov, diffusjon, termisk ledningsevne, intern friksjon (overføringsteori). I 1867 viste han den statistiske naturen til termodynamikkens andre lov.

I 1831, året Maxwell ble født, utførte Michael Faraday de klassiske eksperimentene som førte ham til oppdagelsen av elektromagnetisk induksjon. Maxwell begynte å studere elektrisitet og magnetisme omtrent 20 år senere, da det var to syn på naturen til elektriske og magnetiske effekter. Forskere som A. M. Ampere og F. Neumann holdt seg til konseptet med langdistansevirkning, og så på elektromagnetiske krefter som analoge med gravitasjonsattraksjonen mellom to masser. Faraday var en tilhenger av ideen om kraftlinjer som forbinder positive og negative elektriske ladninger eller nord og sørpolene magnet. Kraftlinjer fyller hele det omkringliggende rommet (felt, i Faradays terminologi) og bestemmer elektriske og magnetiske interaksjoner. Etter Faraday utviklet Maxwell en hydrodynamisk modell av kraftlinjer og uttrykte de da kjente relasjonene til elektrodynamikk i matematisk språk, tilsvarende Faradays mekaniske modeller. Hovedresultatene av denne forskningen gjenspeiles i verket «Faraday's Lines of Force» (1857). I 1860–1865 Maxwell skapte teorien om elektrisitet magnetisk felt, som han formulerte i form av et ligningssystem (Maxwells ligninger) som beskriver de grunnleggende lovene for elektromagnetiske fenomener: den 1. ligningen uttrykte Faradays elektromagnetiske induksjon; 2. - magnetoelektrisk induksjon, oppdaget av Maxwell og basert på ideer om forskyvningsstrømmer; 3rd - loven om bevaring av elektrisitet; Fjerde – vortex-naturen til magnetfeltet.

Ved å fortsette å utvikle disse ideene kom Maxwell til den konklusjon at eventuelle endringer i de elektriske og magnetiske feltene skulle forårsake endringer i kraftlinjene som trenger gjennom det omkringliggende rommet, dvs. det må være pulser (eller bølger) som forplanter seg i mediet. Forplantningshastigheten til disse bølgene (elektromagnetisk forstyrrelse) avhenger av den dielektriske og magnetiske permeabiliteten til mediet og er lik forholdet mellom den elektromagnetiske enheten og den elektrostatiske. Ifølge Maxwell og andre forskere er dette forholdet 3·10 10 cm/s, som er nær lyshastigheten målt syv år tidligere av den franske fysikeren A. Fizeau. I oktober 1861 informerte Maxwell Faraday om oppdagelsen hans: lys er en elektromagnetisk forstyrrelse som forplanter seg i et ikke-ledende medium, dvs. variasjon elektromagnetiske bølger. Dette siste forskningsstadiet er skissert i Maxwells verk "The Dynamic Theory of the Electromagnetic Field" (1864), og resultatet av hans arbeid med elektrodynamikk ble oppsummert i den berømte "Treatise on Electricity and Magnetism" (1873).

James Maxwell er en fysiker som først formulerte grunnlaget for klassisk elektrodynamikk. De brukes fortsatt i dag. Den berømte Maxwell-ligningen er kjent det var han som introduserte i denne vitenskapen slike begreper som forskyvningsstrøm, elektromagnetisk felt, predikerte elektromagnetiske bølger, lysets natur og trykk, og laget mange andre; viktige funn.

Barndomsfysiker

Fysiker Maxwell ble født på 1800-tallet, i 1831. Han ble født i Edinburgh, Skottland. Helten i artikkelen vår kom fra en familie av Clerks som hans far eide en familieeiendom i Sør-Skottland. I 1826 fant han en kone som het Frances Kay, de giftet seg, og 5 år senere ble James født til dem.

I spedbarnsalderen flyttet Maxwell og foreldrene til Middleby eiendom, hvor han tilbrakte barndommen, som ble sterkt overskygget av morens død av kreft. Selv i de første årene av livet hans var han aktivt interessert i verden rundt seg, var glad i poesi og var omgitt av såkalte «vitenskapelige leker». For eksempel forgjengeren til kinoen "magic disc".

I en alder av 10 begynte han å studere hos en hjemmelærer, men dette viste seg å være ineffektivt, så i 1841 flyttet han til Edinburgh for å bo hos tanten. Her begynte han å gå på Edinburgh Academy, som la vekt på klassisk utdanning.

Studerer ved University of Edinburgh

I 1847 begynte den fremtidige fysikeren James Maxwell å studere her. Han studerte verk om fysikk, magnetisme og filosofi, og utførte en rekke laboratorieeksperimenter. Det som interesserte ham mest var mekaniske egenskaper materialer. Han undersøkte dem ved hjelp av polarisert lys. Fysiker Maxwell fikk denne muligheten etter at hans kollega William Nicol ga ham to polariserende enheter han hadde satt sammen selv.

På den tiden laget han stort antall modeller laget av gelatin, utsatte dem for deformasjoner og observerte fargemalerier i polarisert lys. Ved å sammenligne sine eksperimenter med teoretisk forskning, utledet Maxwell mange nye lover og testet gamle. På den tiden var resultatene av dette arbeidet ekstremt viktige for konstruksjonsmekanikk.

Maxwell i Cambridge

I 1850 ønsker Maxwell å fortsette utdannelsen, selv om faren ikke er begeistret for denne ideen. Forskeren drar til Cambridge. Der går han inn på det rimelige Peterhouse College. Læreplanen som var tilgjengelig der tilfredsstilte ikke James, og å studere ved Peterhouse ga ingen utsikter.

Først på slutten av første semester klarte han å overbevise faren og gå over til det mer prestisjetunge Trinity College. To år senere blir han stipendiat og får et eget rom.

Samtidig engasjerer Maxwell seg praktisk talt ikke vitenskapelig aktivitet, leser mer og deltar på forelesninger av fremtredende vitenskapsmenn i sin tid, skriver poesi og deltar i universitetets intellektuelle liv. Helten i artikkelen vår kommuniserer mye med nye mennesker, på grunn av dette kompenserer han for sin naturlige sjenanse.

Maxwells daglige rutine var interessant. Fra 07.00 til 17.00 jobbet han, og sovnet så. Jeg sto opp igjen 21.30, leste, og fra to til halv tre om morgenen gikk jeg på joggetur rett i korridorene på hostellet. Etter det la han seg igjen for å sove til morgenen.

Elektrisk arbeid

Mens han var i Cambridge, ble fysikeren Maxwell seriøst interessert i problemer med elektrisitet. Han utforsker magnetiske og elektriske effekter.

På den tiden hadde Michael Faraday fremmet teorien om elektromagnetisk induksjon, kraftlinjer som er i stand til å koble sammen negative og positive elektriske ladninger. Maxwell likte imidlertid ikke dette handlingsbegrepet på avstand, hans intuisjon fortalte ham at det var motsetninger et sted. Så han bestemte seg for å bygge matematisk teori, som ville kombinere resultatene oppnådd av talsmenn for langsiktig handling og Faradays representasjon. Han brukte analogimetoden og brukte resultatene som William Thomson tidligere hadde oppnådd ved å analysere varmeoverføringsprosesser i faste stoffer. Så han ga for første gang en begrunnet matematisk begrunnelse for hvordan overføringen skjer elektrisk handling i et bestemt miljø.

Fargefotografier

I 1856 dro Maxwell til Aberdeen, hvor han snart giftet seg. I juni 1860, på kongressen til British Association, som finner sted i Oxford, lager helten i artikkelen vår en viktig rapport om sin forskning innen fargeteori, og støtter dem med spesifikke eksperimenter ved bruk av en fargeboks. Samme år ble han tildelt en medalje for sitt arbeid med å kombinere optikk og farger.

I 1861, ved Royal Institution, ga han ugjendrivelige bevis på riktigheten av teorien hans - dette er et fargefotografi, som han hadde jobbet med siden 1855. Ingen i verden har noen gang gjort dette før. Han skjøt negativene gjennom flere filtre - blått, grønt og rødt. Ved å belyse negativene gjennom de samme filtrene klarer han å få et fargebilde.

Maxwells ligning

I biografien til James Clerk Maxwell hadde Thomson også en sterk innflytelse på ham. Som et resultat kommer han til den konklusjon at magnetisme har en virvelnatur, og elektrisk strøm har en translasjonsnatur. Han lager en mekanisk modell for å demonstrere alt tydelig.

Den resulterende forskyvningsstrømmen førte til den berømte kontinuitetsligningen som fortsatt brukes i dag for elektrisk ladning. I følge samtidige ble denne oppdagelsen Maxwells viktigste bidrag til moderne fysikk.

Siste leveår

De siste årene Maxwell tilbrakte livet i Cambridge i forskjellige administrative stillinger, og ble president i Philosophical Society. Sammen med elevene sine studerte han forplantningen av bølger i krystaller.

Ansatte som jobbet med ham bemerket gjentatte ganger at han var så lett å kommunisere som mulig, var fullstendig viet til forskning, hadde unik evne trenge inn i essensen av selve problemet, var svært innsiktsfull, og reagerte samtidig tilstrekkelig på kritikk, forsøkte aldri å bli berømt, men var samtidig i stand til svært raffinert sarkasme.

De første symptomene på en alvorlig sykdom dukket opp i 1877, da Maxwell bare var 46 år gammel. Han begynte å kvele seg oftere og oftere, det var vanskelig for ham å spise og svelge mat, og han opplevde sterke smerter.

Etter to år var det veldig vanskelig for ham å holde foredrag, snakke offentlig, han ble veldig fort sliten. Legene bemerket at tilstanden hans ble stadig forverret. Legenes diagnose var skuffende - magekreft. På slutten av året, fullstendig svekket, returnerte han fra Glenlare til Cambridge. Dr. James Paget, berømt på den tiden, prøvde å lindre lidelsene hans.

I november 1879 døde Maxwell. Kisten med liket ble fraktet fra Cambridge til familiens eiendom, gravlagt ved siden av foreldrene hans på den lille landsbykirkegården i Parton.

OL til ære for Maxwell

Minnet om Maxwell er bevart i navnene på gater, bygninger, astronomiske objekter, priser og veldedige stiftelser. Maxwell Physics Olympiad arrangeres også årlig i Moskva.

Den går for elever fra klasse 7 til og med 11. For skolebarn i klasse 7-8 er resultatene fra Maxwell Olympiad in Physics en erstatning for de regionale og all-russiske stadiene av Olympiaden for skolebarn i fysikk.

For å delta på den regionale scenen, må du motta et tilstrekkelig antall poeng i det foreløpige utvalget. De regionale og siste stadiene av Maxwell Olympiad in Physics holdes i to etapper. En av dem er teoretisk, og den andre er eksperimentell.

Det er interessant at oppgavene til Maxwell Olympiad in Physics på alle stadier sammenfaller i vanskelighetsgrad med testene av sluttfasen av den all-russiske olympiaden for skolebarn.

James Maxwell kort biografi Engelsk fysiker, skaper av klassisk elektrodynamikk, en av grunnleggerne av statistisk fysikk, presenteres i denne artikkelen.

James Clerk Maxwell biografi kort

Maxwell James Clerk ble født 13. juni 1831 i Edinburgh i familien til en skotsk adelsmann. I en alder av 10 gikk han inn på Edinburgh Academy, hvor han ble den første studenten.

Fra 1847 til 1850 studerte han ved University of Edinburgh. Her ble jeg interessert i eksperimenter innen kjemi, optikk, magnetisme, og studerte matematikk, fysikk og mekanikk. Tre år senere, for å fortsette utdannelsen, flyttet James til Trinity College Cambridge og begynte å studere elektrisitet fra M. Faradays bok. Så begynte han eksperimentell forskning på elektrisitet.
Etter vellykket eksamen fra college (1854), ble den unge forskeren invitert til å undervise. To år senere skrev han en artikkel "On Faraday lines of force."

Samtidig utviklet Maxwell den kinetiske teorien om gasser. Han utledet en lov i henhold til hvilken gassmolekyler er fordelt i henhold til deres hastigheter (Maxwells fordeling).

I 1856-1860 Maxwell er professor ved University of Aberdeen; i 1860-1865 han underviste ved King's College London, hvor han først møtte Faraday. Det var i denne perioden hans hovedverk, "Dynamic Theory of the Electromagnetic Field" (1864-1865), ble skapt, der mønstrene han oppdaget ble uttrykt i form av systemer med fire differensialligninger (Maxwells ligninger). Forskeren hevdet at et skiftende magnetfelt danner et elektrisk virvelfelt i omkringliggende kropper og i vakuum, og dette igjen forårsaker utseendet til et magnetisk felt.
Denne oppdagelsen ble et nytt stadium i kunnskapen om verden. A. Poincaré anså Maxwells teori for å være toppen av matematisk tanke. Maxwell foreslo at elektromagnetiske bølger må eksistere og at deres forplantningshastighet er lik lysets hastighet. Dette betyr at lys er en type elektromagnetiske bølger. Han underbygget teoretisk fenomenet lett trykk.

International University of Nature, Society and Human "Dubna"
Institutt for bærekraftig innovativ utvikling
FORSKNINGSARBEID

om emnet:

"Bidrag til vitenskapen av James Clerk Maxwell"

Fullført av: Pleshkova A.V., gr. 5103

Sjekket av: Bolshakov B. E.

Dubna, 2007

Formlene vi kommer frem til må være slik at en representant for enhver nasjon, som erstatter numeriske verdier av mengder målt i sine nasjonale enheter i stedet for symboler, vil få det riktige resultatet.

J.C. Maxwell

Biografi 5

Funn av J.C. Maxwell 8

Edinburgh. 1831-1850 8

Barndom og skoleår 8

Første åpning 9

Edinburgh universitet 9

Optisk-mekanisk forskning 9

1850-1856 Cambridge 10

Elektrisitetstimer 10

Aberdeen 1856-1860 12

Avhandling om Saturns ringer 12

London - Glenlair 1860-1871 13

Første fargebilde 13

Sannsynlighetsteori 14

Mekanisk Maxwell Model 14

Elektromagnetiske bølger og elektromagnetisk teori lys 15

Cambridge 1871-1879 16

Cavendish Laboratory 16

Verdensanerkjennelse 17

Dimensjon 18

Loven om bevaring av makt 22

Liste over brukt litteratur 23

Introduksjon

I dag er synspunktene til J. C. Maxwell, en av fortidens største fysikere, hvis navn er assosiert med grunnleggende vitenskapelige prestasjoner inkludert i gullfondet moderne vitenskap. Maxwell er interessant for oss som en fremragende metodolog og vitenskapshistoriker, som dypt forsto kompleksiteten og inkonsekvensen i prosessen med vitenskapelig forskning. Ved å analysere forholdet mellom teori og virkelighet utbrøt Maxwell i sjokk: «Men hvem vil lede meg inn i den enda mer skjulte tåke regionen der Tanken kombineres med Fakta, hvor vi ser matematikerens mentale arbeid og den fysiske handlingen til molekyler i deres sanne proporsjoner? Går ikke veien til dem gjennom selve metafysikernes hule, strødd med levninger av tidligere oppdagere og innpoder gru i enhver vitenskapsmann?.. I vårt daglige arbeid kommer vi til spørsmål av samme art som metafysikere, men uten å stole på på den medfødte innsikten til våre sinn, nærmer vi oss dem forberedt ved langsiktig tilpasning av vår måte å tenke på til fakta ytre natur" (James Clerk Maxwell. Artikler og taler. M., "Science", 1968. S.5).

Biografi

Født inn i familien til en skotsk adelsmann fra en adelig familie av Clerks. Han studerte først ved Edinburgh (1847-1850), deretter ved Cambridge (1850-1854) universiteter. I 1855 ble han medlem av rådet ved Trinity College, i 1856-1860. var professor ved Marischal College, University of Aberdeen, og ledet fra 1860 avdelingen for fysikk og astronomi ved King's College, University of London. I 1865, på grunn av en alvorlig sykdom, trakk Maxwell seg fra avdelingen og slo seg ned på sin familieeiendom Glenlare nær Edinburgh. Han fortsatte å studere naturvitenskap og skrev flere essays om fysikk og matematikk. I 1871 tok han leder for eksperimentell fysikk ved University of Cambridge. Han organiserte et forskningslaboratorium, som åpnet 16. juni 1874 og ble kalt Cavendish til ære for G. Cavendish.

Maxwell fullførte sitt første vitenskapelige arbeid mens han fortsatt var på skolen, og fant opp en enkel måte å tegne ovale former på. Dette arbeidet ble rapportert på et møte i Royal Society og til og med publisert i dets Proceedings. Mens han var medlem av Council of Trinity College, var han involvert i eksperimenter med fargeteori, og fungerte som en fortsetter av Jungs teori og Helmholtz teori om de tre primærfargene. I eksperimenter med fargeblanding brukte Maxwell en spesiell topp, hvis skive ble delt inn i sektorer malt i forskjellige farger (Maxwell-disk). Når toppen roterte raskt, smeltet fargene sammen: hvis disken ble malt på samme måte som fargene på spekteret, virket den hvit; hvis den ene halvdelen av den var malt rød og den andre halvdelen gul, virket den oransje; blanding av blått og gult skapte inntrykk av grønt. I 1860 ble Maxwell tildelt Rumford-medaljen for sitt arbeid med fargeoppfatning og optikk.

I 1857 utlyste University of Cambridge en konkurranse om det beste papiret om stabiliteten til Saturns ringer. Disse formasjonene ble oppdaget av Galileo på begynnelsen av 1600-tallet. og presenterte et fantastisk naturmysterium: planeten virket omgitt av tre kontinuerlige konsentriske ringer, bestående av et stoff av ukjent natur. Laplace beviste at de ikke kan være solide. Etter å ha utført en matematisk analyse ble Maxwell overbevist om at de ikke kunne være flytende, og kom til den konklusjonen at en slik struktur bare kunne være stabil hvis den besto av en sverm av ubeslektede meteoritter. Stabiliteten til ringene er sikret av deres tiltrekning til Saturn og gjensidig bevegelse av planeten og meteoritter. For dette arbeidet mottok Maxwell J. Adams-prisen.

Et av Maxwells første verk var hans kinetiske teori om gasser. I 1859 ga forskeren en rapport på et møte i British Association der han presenterte fordelingen av molekyler etter hastighet (Maxwellian distribution). Maxwell utviklet ideene til sin forgjenger i utviklingen av den kinetiske teorien om gasser av R. Clausius, som introduserte begrepet "gjennomsnittlig fri vei". Maxwell gikk ut fra ideen om en gass som et ensemble av mange ideelt elastiske baller som beveger seg kaotisk i et lukket rom. Kuler (molekyler) kan deles inn i grupper etter hastighet, mens i stasjonær tilstand forblir antall molekyler i hver gruppe konstant, selv om de kan forlate og gå inn i grupper. Fra denne betraktningen fulgte det at "partikler er fordelt etter hastighet i henhold til den samme loven som observasjonsfeil er fordelt i teorien om minste kvadraters metode, dvs. i samsvar med Gaussisk statistikk." Som en del av teorien hans forklarte Maxwell Avogadros lov, diffusjon, termisk ledningsevne, intern friksjon (overføringsteori). I 1867 viste han den statistiske naturen til termodynamikkens andre lov ("Maxwells demon").

I 1831, året Maxwell ble født, utførte M. Faraday klassiske eksperimenter som førte ham til oppdagelsen av elektromagnetisk induksjon. Maxwell begynte å studere elektrisitet og magnetisme omtrent 20 år senere, da det var to syn på naturen til elektriske og magnetiske effekter. Forskere som A. M. Ampere og F. Neumann holdt seg til konseptet med langdistansevirkning, og så på elektromagnetiske krefter som analoge med gravitasjonsattraksjonen mellom to masser. Faraday var en talsmann for ideen om kraftlinjer som forbinder positive og negative elektriske ladninger eller nord- og sørpolene til en magnet. Kraftlinjer fyller hele det omkringliggende rommet (felt, i Faradays terminologi) og bestemmer elektriske og magnetiske interaksjoner. Etter Faraday utviklet Maxwell en hydrodynamisk modell av kraftlinjer og uttrykte de da kjente relasjonene til elektrodynamikk i et matematisk språk som tilsvarer Faradays mekaniske modeller. Hovedresultatene av denne forskningen gjenspeiles i arbeidet «Faradays Lines of Force» (Faradays Lines of Force, 1857). I 1860-1865 Maxwell skapte teorien om det elektromagnetiske feltet, som han formulerte i form av et system av ligninger (Maxwells ligninger) som beskriver de grunnleggende lovene for elektromagnetiske fenomener: den første ligningen uttrykt elektromagnetisk induksjon Faraday; 2. - magnetoelektrisk induksjon, oppdaget av Maxwell og basert på ideer om forskyvningsstrømmer; 3. - loven om bevaring av elektrisitet; Fjerde - vortex natur av magnetfeltet.

Ved å fortsette å utvikle disse ideene kom Maxwell til den konklusjon at eventuelle endringer i de elektriske og magnetiske feltene må forårsake endringer i kraftlinjene som trenger gjennom det omkringliggende rommet, det vil si at det må være pulser (eller bølger) som forplanter seg i mediet. Forplantningshastigheten til disse bølgene (elektromagnetisk forstyrrelse) avhenger av den dielektriske og magnetiske permeabiliteten til mediet og er lik forholdet mellom den elektromagnetiske enheten og den elektrostatiske. Ifølge Maxwell og andre forskere er dette forholdet 3x1010 cm/s, som er nær lyshastigheten målt syv år tidligere av den franske fysikeren A. Fizeau. I oktober 1861 informerte Maxwell Faraday om oppdagelsen hans: lys er en elektromagnetisk forstyrrelse som forplanter seg i et ikke-ledende medium, det vil si en type elektromagnetisk bølge. Denne siste fasen av forskningen er skissert i Maxwells arbeid "The Dynamic Theory of the Electromagnetic Field" (Treatise on Electricity and Magnetism, 1864), og resultatet av hans arbeid med elektrodynamikk ble oppsummert i den berømte "Treatise on Electricity and Magnetism" . (1873)

I de siste årene av sitt liv var Maxwell engasjert i å forberede seg til trykking og publisering av Cavendishs manuskriptarv. To store bind ble utgitt i oktober 1879.

Oppdagelser av J. C. Maxwell

Edinburgh. 1831-1850

Barndom og skoleår

Den 13. juni 1831, i Edinburgh, på nummer 14 India Street, fødte Frances Kay, datteren til en dommer i Edinburgh, etter hennes ekteskap med Mrs. Clerk Maxwell, sønnen James. På denne dagen skjedde ikke noe vesentlig over hele verden. Hovedbegivenheten i 1831 hadde ennå ikke skjedd. Men i elleve år nå har den geniale Faraday forsøkt å forstå elektromagnetismens hemmeligheter, og først nå, sommeren 1831, fant han sporet etter den unnvikende elektromagnetiske induksjonen, og James vil bare være fire måneder gammel når Faraday summerer opp. opp eksperimentet sitt «for å få elektrisitet fra magnetisme». Og dermed vil åpne en ny æra - epoken med elektrisitet. Tiden som lille James, en etterkommer av de strålende familiene til Scottish Clerks og Maxwells, vil leve og skape.

James' far, John Clerk Maxwell, en advokat av yrke, hatet loven og hadde en motvilje, som han selv sa, for «skitten advokatvirksomhet». Hver gang muligheten bød seg, stoppet John sin endeløse stokking rundt marmorvestibulene til Edinburgh-domstolen og viet seg til vitenskapelige eksperimenter, som han gjorde tilfeldig, amatørmessig. Han var en amatør, han var klar over dette og tok det hardt. John var forelsket i vitenskap, i vitenskapsmenn, i praktiske mennesker, i sin lærde bestefar George. Det var hans forsøk på å designe belg, som ble utført sammen med broren Frances Kay, som førte ham sammen med fremtidige kone; bryllupet fant sted 4. oktober 1826. Belgen fungerte aldri, men en sønn, James, ble født.

Da James var åtte, døde moren og han ble overlatt til å bo hos faren. Barndommen hans er fylt med natur, kommunikasjon med faren, bøker, historier om slektningene hans, «vitenskapelige leker» og hans første «oppdagelser». James' familie var bekymret for at han ikke fikk en systematisk utdannelse: tilfeldig lesing av alt i huset, astronomitimer på verandaen til huset og i stuen, der James og faren hans bygde en "himmelsk klode." Etter et mislykket forsøk på å studere med en privatlærer, som James ofte rømte fra til mer spennende aktiviteter, ble det besluttet å sende ham for å studere i Edinburgh.

Til tross for sin hjemmeutdanning, møtte James de høye standardene til Edinburgh Academy og ble registrert der i november 1841. Prestasjonen hans i klasserommet var langt fra strålende. Han kunne lett utføre oppgaver bedre, men konkurranseånden i ubehagelige aktiviteter var dypt fremmed for ham. Etter første skoledag kom han ikke overens med klassekameratene, og derfor, mer enn noe annet, elsket James å være alene og se på gjenstandene rundt seg. En av de lyseste begivenhetene, som utvilsomt lyste opp den kjedelige skoledagen, var et besøk med min far til Royal Society of Edinburgh, hvor de første "elektromagnetiske maskinene" ble stilt ut.

Royal Society of Edinburgh endret James 'liv: det var der han mottok de første konseptene av pyramiden, kuben og andre vanlige polyedere. Perfeksjon av symmetri, naturlige transformasjoner geometriske legemer endret James sitt læringsbegrep - han så et korn av skjønnhet og perfeksjon i læring. Da tiden for eksamen kom, ble studentene ved akademiet overrasket - "foolene", som de kalte Maxwell, ble en av de første.

Første oppdagelse

Hvis faren hans tidligere av og til tok James med til favorittunderholdningen hans - møter i Royal Society of Edinburgh, nå ble besøk til dette samfunnet, så vel som Edinburgh Society of Arts, sammen med James regelmessige og obligatoriske for ham. På møtene i Society of Arts var den mest kjente og folketrekkende foredragsholderen Mr. D.R. Hei, dekorativ kunstner. Det var forelesningene hans som fikk James til å gjøre sin første store oppdagelse – et enkelt verktøy for å tegne ovaler. James fant en original og samtidig veldig enkel metode, og viktigst av alt, en helt ny. Han beskrev prinsippet for metoden hans i et kort "papir", som ble lest på Royal Society of Edinburgh - en ære som mange har søkt, men som ble tildelt en fjorten år gammel skolegutt.

Edinburgh universitet

Optisk-mekanisk forskning

I 1847 ble studiene ved Edinburgh Academy avsluttet, James var en av de første, klagene og bekymringene fra de første årene ble glemt.

Etter eksamen fra akademiet går James inn på University of Edinburgh. Samtidig begynte han for alvor å interessere seg for optisk forskning. Brewsters uttalelser førte James til ideen om at studier av strålers vei kunne brukes til å bestemme elastisiteten til et medium i ulike retninger, for å oppdage stress i transparente materialer. Dermed kan studiet av mekaniske spenninger reduseres til en optisk studie. To bjelker, atskilt i et anspent gjennomsiktig materiale, vil samhandle, og gi opphav til karakteristiske fargerike bilder. James viste at fargemalerier er helt naturlige og kan brukes til beregninger, for å sjekke tidligere avledede formler og for å utlede nye. Det viste seg at noen formler er feil, unøyaktige, eller trenger endringer.

Fig. 1 er et bilde av spenninger i en steltrekant oppnådd av James ved bruk av polarisert lys.

Dessuten var James i stand til å oppdage mønstre i tilfeller der tidligere ingenting kunne gjøres på grunn av matematiske vanskeligheter. En gjennomsiktig og belastet trekant av uherdet glass (fig. 1) ga James muligheten til å studere spenninger i dette kalkulerbare tilfellet.

Nitten år gamle James Clerk Maxwell sto på podiet til Royal Society of Edinburgh for første gang. Rapporten hans kunne ikke gå ubemerket hen: den inneholdt for mye nytt og originalt.

1850-1856 Cambridge

Elektrisitetsklasser

Nå var det ingen som stilte spørsmål ved James' talent. Han hadde tydelig vokst ut av University of Edinburgh og gikk derfor inn i Cambridge høsten 1850. I januar 1854 ble James uteksaminert med utmerkelser fra universitetet med en bachelorgrad. Han bestemmer seg for å bli i Cambridge for å forberede seg til et professorat. Nå som han ikke trenger å forberede seg til eksamen, får han den etterlengtede muligheten til å bruke all sin tid på eksperimenter og fortsetter sin forskning innen optikk. Han er spesielt interessert i spørsmålet om primærfarger. Maxwells første artikkel ble kalt «The Theory of Colors in Connection with Color Blindness» og var ikke engang en artikkel, men et brev. Maxwell sendte det til Dr. Wilson, som fant brevet så interessant at han tok seg av publiseringen: han plasserte det i sin helhet i sin bok om fargeblindhet. Og likevel blir James ubevisst tiltrukket av dypere hemmeligheter, ting som er mye mer uopplagte enn blandingen av farger. Det var elektrisitet, på grunn av dens spennende ubegripelighet, som uunngåelig, før eller siden, måtte tiltrekke energien til hans unge sinn. James aksepterte de grunnleggende prinsippene for spenningselektrisitet ganske enkelt. Etter å ha studert Amperes teori om langdistansehandling, tillot han seg selv å tvile på den, til tross for dens tilsynelatende ugjendrivelige. Teorien om langdistansehandling virket utvilsomt riktig, fordi ble bekreftet av den formelle likheten mellom lover, matematiske uttrykk for tilsynelatende forskjellige fenomener– gravitasjons- og elektrisk interaksjon. Men denne teorien, mer matematisk enn fysisk, overbeviste ikke James om at han ble mer og mer tilbøyelig til Faradays oppfatning av handling gjennom magnetiske kraftlinjer som fyller rommet, til teorien om kortdistansehandling.

For å prøve å lage en teori, bestemte Maxwell seg for å bruke metoden for fysiske analogier for forskning. Først av alt var det nødvendig å finne den rette analogien. Maxwell beundret alltid den da eneste merkede analogien som eksisterer mellom spørsmålene om tiltrekning av elektrisk ladede kropper og spørsmålene om varmeoverføring i jevn tilstand. James bygget gradvis dette, så vel som Faradays ideer om kortdistansehandling og Amperes magnetiske virkning av lukkede ledere, til en ny teori, uventet og dristig.

Ved Cambridge får James i oppdrag å undervise de mest dyktige studentene i de vanskeligste kapitlene i hydrostatikk- og optikkkurs. I tillegg ble han distrahert fra elektriske teorier av arbeidet med en bok om optikk. Maxwell kommer snart til den konklusjon at optikk ikke lenger interesserer ham som før, men bare distraherer ham fra studiet av elektromagnetiske fenomener.

James fortsetter å lete etter en analogi, og sammenligner kraftlinjene med strømmen av noe inkompressibel væske. Teorien om rør fra hydrodynamikk gjorde det mulig å erstatte kraftlinjene med kraftrør, noe som lett forklarte Faradays eksperiment. Motstandsbegrepene, fenomenene elektrostatikk, magnetostatikk og elektrisk strøm. Men denne teorien passet ennå ikke inn i fenomenet elektromagnetisk induksjon oppdaget av Faraday.

James måtte forlate teorien sin en stund på grunn av forverringen av farens tilstand, som krevde omsorg. Da James kom tilbake til Cambridge etter farens død, klarte han ikke å oppnå en høyere mastergrad på grunn av sin religion. Derfor, i oktober 1856, overtok James Maxwell stolen i Aberdeen.

Aberdeen 1856-1860

Avhandling om Saturns ringer

Det var i Aberdeen det første arbeidet med elektrisitet ble skrevet - artikkelen "On Faraday's Lines of Force", som førte til en meningsutveksling om elektromagnetiske fenomener med Faraday selv.

Da James begynte på studiene i Aberdeen, hadde et nytt problem allerede modnet i hodet hans, som ingen kunne løse ennå, et nytt fenomen som måtte forklares. Dette var Saturns ringer. Identifiser dem fysisk natur, å bestemme millioner av kilometer unna, uten noen instrumenter, kun ved å bruke papir og penn - dette var en oppgave som for ham. Hypotesen om en solid stiv ring forsvant umiddelbart. Væskeringen ville gå i oppløsning under påvirkning av de gigantiske bølgene som oppsto i den - og som et resultat, ifølge James Clerk Maxwell, ville det mest sannsynlig være en rekke små satellitter som svever rundt Saturn - "mursteinsfragmenter", etter hans oppfatning . For sin avhandling om Saturns ringer ble James tildelt Adams-prisen i 1857, og han er selv anerkjent som en av de mest autoritative engelske teoretiske fysikerne.

Fig.2 Saturn. Fotografi tatt med 36-tommers refraktoren ved Lick Observatory.

Fig.3 Mekaniske modeller som illustrerer bevegelsen til Saturns ringer. Tegninger fra Maxwells essay "On the Stability of the Rotation of the Rings of Saturn"

London – Glenlair 1860-1871

Første fargebilde

Begynner i 1860 ny scene i Maxwells liv. Han ble utnevnt til professor i naturfilosofi ved King's College, London. King's College var foran mange universiteter i verden når det gjelder utstyret til fysikklaboratoriene. Her er ikke Maxwell bare i 1864-1865. underviste i et kurs i anvendt fysikk, her prøvde han å organisere utdanningsprosessen på en ny måte. Elevene lærte gjennom eksperimentering. I London smakte James Clerk Maxwell først fruktene av sin anerkjennelse som en stor vitenskapsmann. For sin forskning på fargeblanding og optikk tildelte Royal Society Maxwell Rumford-medaljen. Den 17. mai 1861 ble Maxwell tilbudt den store ære å holde et foredrag for Royal Institution. Temaet for forelesningen er "Om teorien om tre primærfarger." På dette foredraget, som bevis på denne teorien, ble fargefotografering demonstrert for verden for første gang!

Sannsynlighetsteori

På slutten av Aberdeen-perioden og i begynnelsen av London-perioden utviklet Maxwell, sammen med optikk og elektrisitet, en ny hobby - teorien om gasser. Ved å jobbe med denne teorien introduserer Maxwell i fysikk slike konsepter som "sannsynligvis", "denne hendelsen kan skje med i større grad sannsynligheter."

En revolusjon hadde funnet sted innen fysikk, og mange som hørte på Maxwells rapporter på årsmøtene til British Association la ikke engang merke til det. På den annen side nærmet Maxwell seg grensene for den mekaniske forståelsen av materie. Og han gikk over dem. Maxwells konklusjon om dominansen av sannsynlighetsteoriens lover i molekylenes verden påvirket de mest grunnleggende grunnlagene for hans verdensbilde. Erklæringen om at "tilfeldigheten råder" i molekylenes verden var i sin dristighet en av de største bragdene innen vitenskapen.

Maxwells mekaniske modell

Arbeidet ved King's College krevde mye mer tid enn ved Aberdeen – forelesningskurset varte ni måneder i året. På dette tidspunktet skisserer imidlertid tretti år gamle James Clerk Maxwell en plan for sin fremtidige bok om elektrisitet. Dette er embryoet til den fremtidige avhandlingen. Han vier sine første kapitler til sine forgjengere: Oersted, Ampere, Faraday. I et forsøk på å forklare Faradays teori om kraftlinjer, induksjon av elektriske strømmer og Oersteds teori om den virvellignende naturen til magnetiske fenomener, lager Maxwell sin egen mekaniske modell (fig. 5).

Modellen besto av rader med molekylære virvler som roterte i én retning, mellom hvilke det ble plassert et lag med små sfæriske partikler som var i stand til å rotere. Til tross for sin tungvinthet, forklarte modellen mange elektromagnetiske fenomener, inkludert elektromagnetisk induksjon. Den oppsiktsvekkende karakteren til modellen var at den forklarte teorien om virkningen av et magnetfelt i rette vinkler på strømretningen, formulert av Maxwell ("gimlet-regelen").

Fig. 4 Maxwell eliminerer samspillet mellom nabovirvlene A og B som roterer i én retning ved å innføre "frihjul" mellom dem

Fig.5 Maxwells mekaniske modell for å forklare elektromagnetiske fenomener.

Elektromagnetiske bølger og elektromagnetisk teori om lys

Ved å fortsette sine eksperimenter med elektromagneter, kom Maxwell nærmere teorien om at enhver endring i elektrisk og magnetisk kraft sender bølger som forplanter seg gjennom verdensrommet.

Etter en serie artikler "On Physical Lines" hadde Maxwell faktisk alt materialet for å konstruere en ny teori om elektromagnetisme. Nå til teorien om det elektromagnetiske feltet. Tannhjulene og virvlene forsvant helt. For Maxwell var feltligningene ikke mindre reelle og håndgripelige enn resultatene av laboratorieeksperimenter. Nå ble både Faradays elektromagnetiske induksjon og Maxwells forskyvningsstrøm utledet ikke ved hjelp av mekaniske modeller, men ved hjelp av matematiske operasjoner.

Ifølge Faraday fører en endring i magnetfeltet til at det oppstår et elektrisk felt. En økning i magnetfeltet forårsaker en økning i det elektriske feltet.

Et utbrudd av en elektrisk bølge gir opphav til et utbrudd av en magnetisk bølge. Således, for første gang, fra pennen til en trettitre år gammel profet, dukket det opp elektromagnetiske bølger i 1864, men ennå ikke i den formen vi forstår dem nå. Maxwell snakket bare om magnetiske bølger i et papir fra 1864. En elektromagnetisk bølge i ordets fulle betydning, inkludert både elektriske og magnetiske forstyrrelser, dukket opp senere i Maxwells papir i 1868.

I en annen artikkel av Maxwell, "The Dynamic Theory of the Electromagnetic Field", fikk den tidligere skisserte elektromagnetiske teorien om lys klare konturer og bevis. Basert på sin egen forskning og erfaringene til andre forskere (særlig Faraday), konkluderer Maxwell med at de optiske egenskapene til et medium er relatert til dets elektromagnetiske egenskaper, og lys er ikke annet enn elektromagnetiske bølger.

I 1865 bestemmer Maxwell seg for å forlate King's College. Han slår seg ned i sin familieeiendom Glenmeir, hvor han studerer hovedverkene i livet hans - "The Theory of Heat" og "Treatise on Electricity and Magnetism." Jeg bruker all min tid til dem. Dette var årene med eremitage, år med fullstendig løsrivelse fra forfengelighet, som bare tjente vitenskapen, de mest fruktbare, lyse, kreative årene. Imidlertid blir Maxwell igjen tiltrukket av å jobbe ved universitetet, og han aksepterer tilbudet fra University of Cambridge.

Cambridge 1871-1879

Cavendish Laboratory

I 1870 kunngjorde hertugen av Devonshire til universitetets senat sitt ønske om å bygge og utstyre et fysikklaboratorium. Og den skulle ledes av en verdenskjent vitenskapsmann. Denne forskeren var James Clerk Maxwell. I 1871 begynte han arbeidet med å utstyre det berømte Cavendish Laboratory. I løpet av disse årene ble hans "Treatise on Electricity and Magnetism" endelig publisert. Mer enn tusen sider hvor Maxwell gir en beskrivelse vitenskapelige eksperimenter, en gjennomgang av alle teorier om elektrisitet og magnetisme laget så langt, samt "De grunnleggende ligningene for det elektromagnetiske feltet." Generelt aksepterte de ikke hovedideene i avhandlingen i England. Maxwells ideer ble plukket opp av unge mennesker. Maxwells teori gjorde et stort inntrykk på russiske forskere. Alle kjenner rollen til Umov, Stoletov, Lebedev i utviklingen og styrkingen av Maxwells teori.

16. juni 1874 er dagen for den store åpningen av Cavendish Laboratory. De påfølgende årene var preget av økende anerkjennelse.

Verdensanerkjennelse

I 1870 ble Maxwell valgt til æresdoktor av brev fra University of Edinburgh, i 1874 - et utenlandsk æresmedlem av American Academy of Arts and Sciences i Boston, i 1875 - medlem av American Philosophical Society i Philadelphia, og også ble æresmedlem av akademiene i New York, Amsterdam, Wien. De neste fem årene brukte Maxwell de neste fem årene på å redigere og forberede publisering av tjue sett med Henry Cavendishs manuskripter.

I 1877 kjente Maxwell de første tegn på sykdom, og i mai 1879 holdt han sin siste forelesning for studentene sine.

Dimensjon

I sin berømte avhandling om elektrisitet og magnetisme (se Moskva, Nauka, 1989), tok Maxwell opp problemet med dimensjoner fysiske mengder og la grunnlaget for deres kinetiske system. Det særegne ved dette systemet er tilstedeværelsen i det av bare to parametere: lengde L og tid T. Alle kjente (og ukjente i dag!) mengder er representert i det som heltallspotter av L og T. Brøkindikatorer som vises i dimensjonsformlene av andre systemer, blottet for fysisk innhold og det er ingen logisk mening i dette systemet.

I samsvar med kravene til J. Maxwell, A. Poincaré, N. Bohr, A. Einstein, V. I. Vernadsky, R. Bartini en fysisk størrelse er universell hvis og bare hvis forbindelsen med rom og tid er klarmeg. Og ikke desto mindre, inntil J. Maxwells avhandling "On Electricity and Magnetism" (1873), ble ikke sammenhengen mellom dimensjonen masse og lengde og tid etablert.

Siden dimensjonen for masse ble introdusert av Maxwell (sammen med notasjonen i form av firkantede parenteser), tillater vi oss å sitere et utdrag fra arbeidet til Maxwell selv: «Ethvert uttrykk for enhver kvantitet består av to faktorer eller komponenter. En av disse er navnet på en kjent mengde av samme type som mengden vi uttrykker. Hun blir tatt som referansestandard. Den andre komponenten er et tall som indikerer hvor mange ganger standarden må brukes for å oppnå den nødvendige verdien. Referansestandardmengden kalles f.eks enhet, og det tilsvarende tallet er h og verbal betydning av denne verdien."

"OM MÅLING AV VERDIER"

1. Ethvert uttrykk for en hvilken som helst mengde består av to faktorer eller komponenter. En av disse er navnet på en kjent mengde av samme type som mengden vi uttrykker. Hun blir tatt som referansestandard. Den andre komponenten er et tall som indikerer hvor mange ganger standarden må brukes for å oppnå den nødvendige verdien. Referansestandardverdien kalles i teknologi Enhet, og det tilsvarende tallet er numerisk Betydning av denne verdien.

2. Når vi konstruerer et matematisk system, vurderer vi grunnenhetene - lengde, tid og masse - som er gitt, og vi utleder alle avledede enheter fra dem ved å bruke de enkleste akseptable definisjonene.

Derfor i alt vitenskapelig forskning Det er svært viktig å bruke enheter som tilhører et riktig definert system, samt å kjenne deres relasjoner til de grunnleggende enhetene for umiddelbart å kunne konvertere resultatene fra ett system til et annet.

Å kjenne dimensjonene til enheter gir oss en verifikasjonsmetode som bør brukes på ligninger oppnådd som et resultat av langsiktig forskning.

Dimensjonen til hvert av leddene i ligningen i forhold til hver av de tre grunnleggende enhetene må være den samme. Hvis dette ikke er tilfelle, er ligningen meningsløs, den inneholder en slags feil, siden tolkningen viser seg å være annerledes og avhenger av det vilkårlige systemet med enheter som vi aksepterer.

Tre grunnleggende enheter:

(1) LENGDE. Lengdestandarden som brukes i dette landet til vitenskapelige formål er foten, som er en tredjedel av standardgården som holdes i statskassen.

I Frankrike og andre land som har tatt i bruk det metriske systemet, er lengdestandarden meteren. Teoretisk sett er dette en ti-milliondel av lengden på jordens meridian, målt fra polen til ekvator; i praksis er dette lengden på standarden som er lagret i Paris, laget av Borda på en slik måte at den ved isens smeltetemperatur tilsvarer verdien av meridianlengden oppnådd av d'Alembert. Målinger som gjenspeiler nytt og mer presise målinger Lander er ikke inkludert i måleren, tvert imot er selve meridianbuen beregnet i de opprinnelige meterne.

I astronomi blir lengdeenheten noen ganger tatt for å være den gjennomsnittlige avstanden fra jorden til solen.

På nåværende tilstand vitenskap, vil den mest universelle standarden for lengde som kan foreslås være bølgelengden til lys av en bestemt type som sendes ut av et eller annet utbredt stoff (for eksempel natrium), som har tydelig identifiserbare linjer i spekteret. En slik standard ville være uavhengig av enhver endring i jordens størrelse, og bør adopteres av de som håper at deres skrifter vil vise seg å være mer holdbare enn dette himmellegemet.

Når vi arbeider med enhetsdimensjoner, vil vi angi lengdeenheten som [ L]. Hvis den numeriske verdien av lengden er l, så forstås dette som en verdi uttrykt gjennom en viss enhet [ L], slik at hele den sanne lengden er representert som l [ L].

(2) TID. I alle siviliserte land er standard tidsenhet avledet fra perioden med jordens revolusjon rundt sin akse. Den sideriske dagen, eller den sanne revolusjonsperioden for Jorden, kan fastsettes med stor nøyaktighet ved vanlige astronomiske observasjoner, og den gjennomsnittlige soldagen kan beregnes fra den sideriske dagen takket være vår kunnskap om lengden på året.

Den andre av gjennomsnittlig soltid brukes som tidsenhet i alle fysiske studier.

I astronomi blir tidsenheten noen ganger tatt for å være et år. En mer universell tidsenhet kan etableres ved å ta oscillasjonsperioden til akkurat det lyset hvis bølgelengde er lik en lengdeenhet.

Vi vil referere til en spesifikk tidsenhet som [ T], og det numeriske målet for tid er angitt med t.

(3) MASSE. I vårt land er standardenheten for masse det kommersielle referansepundet (avoirdupois-pund), oppbevart i statskassen. Ofte brukt som en enhet, er et korn en 7000-del av et pund.

I det metriske systemet er masseenheten gram; teoretisk sett er dette massen til en kubikkcentimeter destillert vann ved standard temperaturer og trykk, og i praksis er det en tusendel av standardkilogrammet som er lagret i Paris*.

Men hvis, som det gjøres i det franske systemet, et bestemt stoff, nemlig vann, tas som en standard for tetthet, så slutter masseenheten å være uavhengig, men endres som en volumenhet, dvs. Hvordan [ L 3]. Hvis, som i astronomisk system, masseenheten uttrykkes gjennom tiltrekningskraften, deretter dimensjonen [ M] viser seg å være [ L 3 T-2]".

Maxwell viser det masse kan ekskluderes fra antall grunndimensjonale størrelser. Dette oppnås gjennom to definisjoner av begrepet "makt":

1) og 2).

Ved å sette likhetstegn mellom disse to uttrykkene og vurdere gravitasjonskonstanten som en dimensjonsløs størrelse, oppnår Maxwell:

, [M] = [L 3 T 2 ].

Masse viste seg å være en rom-tid-mengde. Dens dimensjoner: volum med vinkelakselerasjon(eller tetthet som har samme dimensjon).

Mengden masse begynte å tilfredsstille kravet om universalitet. Det ble mulig å uttrykke alle andre fysiske størrelser i rom-tid måleenheter.

I 1965 ble artikkelen "Kinematic system of physical quantities" av R. Bartini publisert i tidsskriftet "Reports of the USSR Academy of Sciences" (nr. 4). Disse resultatene har eksepsjonell verdi for problemet under diskusjon.

Loven om bevaring av makt

Lagrange, 1789; Maxwell, 1855.

Generelt er loven om bevaring av makt skrevet som invariansen av maktstørrelsen:

Fra den totale potenslikningenN = P + G det følger at nyttig kraft og tapskraft er projektivt invers, og derfor enhver endring i fri energi kompensert av endringer i effekttap under full kraftkontroll .

Den oppnådde konklusjonen gir grunnlag for å presentere loven om bevaring av makt i form av en skalarligning:

Hvor .

Endringen i den aktive flyten kompenseres av differansen mellom tap og gevinster inn i systemet.

Mekanismen til et åpent system fjerner således begrensningene for lukking, og gir derved mulighet for ytterligere bevegelse av systemet. Denne mekanismen viser imidlertid ikke mulige bevegelsesretninger - utviklingen av systemene. Derfor må det suppleres med mekanismene for utviklende og ikke-utviklende systemer eller ikke-likevekt og likevekt.

Liste over brukt litteratur

Vl. Kartsev "Livet til bemerkelsesverdige mennesker. Maxwell." - M., "Ung garde", 1974.
James Clerk Maxwell. Artikler og taler. M., "Vitenskap", 1968.
http://physicsbooks.narod.ru/
http://revolution.allbest.ru/
http://ru.wikipedia.org/wiki/
http://www.situation.ru/
http://www.uni-dubna.ru/
http://www.uran.ru/

Biografi

Født inn i familien til en skotsk adelsmann fra den adelige familien Clerks.

Han studerte først ved Edinburgh Academy, University of Edinburgh (1847-1850), deretter ved University of Cambridge (1850-1854) (Peterhouse and Trinity College).

Vitenskapelige aktiviteter

Maxwell fullførte sitt første vitenskapelige arbeid mens han fortsatt var på skolen, og fant opp en enkel måte å tegne ovale former på. Dette arbeidet ble rapportert på et møte i Royal Society og til og med publisert i dets Proceedings. Mens han var medlem av rådet ved Trinity College, var han engasjert i eksperimenter med fargeteori, og fungerte som en fortsetter av Jungs teori og Helmholtz teori om de tre primærfargene. I eksperimenter med fargeblanding brukte Maxwell en spesiell topp, hvis skive ble delt inn i sektorer malt i forskjellige farger (Maxwell-disk). Når toppen roterte raskt, smeltet fargene sammen: hvis disken ble malt på samme måte som fargene på spekteret, virket den hvit; hvis den ene halvdelen av den var malt rød og den andre halvparten gul, virket den oransje; blanding av blått og gult skapte inntrykk av grønt. I 1860 ble Maxwell tildelt Rumford-medaljen for sitt arbeid med fargeoppfatning og optikk.

Et av Maxwells første verk var hans kinetiske teori om gasser. I 1859 ga forskeren en rapport på et møte i British Association der han presenterte fordelingen av molekyler etter hastighet (Maxwellian distribution). Maxwell utviklet ideene til sin forgjenger i utviklingen av den kinetiske teorien om gasser av R. Clausius, som introduserte konseptet «betydelig fri vei». Maxwell gikk ut fra ideen om en gass som et ensemble av mange ideelt elastiske baller som beveger seg kaotisk i et lukket rom. Kuler (molekyler) kan deles inn i grupper etter hastighet, mens i stasjonær tilstand forblir antall molekyler i hver gruppe konstant, selv om de kan forlate og gå inn i grupper. Fra denne betraktningen fulgte det at "partikler er fordelt etter hastighet i henhold til den samme loven som observasjonsfeil er fordelt i teorien om minste kvadraters metode, det vil si i samsvar med Gaussisk statistikk." Som en del av teorien hans forklarte Maxwell Avogadros lov, diffusjon, termisk ledningsevne, intern friksjon (overføringsteori). I 1867 viste han den statistiske naturen til termodynamikkens andre lov ("Maxwells demon").

I 1831, året for Maxwells fødsel, utførte M. Faraday klassiske eksperimenter som førte ham til oppdagelsen av elektromagnetisk induksjon. Maxwell begynte å studere elektrisitet og magnetisme omtrent 20 år senere, da det var to syn på naturen til elektriske og magnetiske effekter. Forskere som A. M. Ampere og F. Neumann holdt seg til konseptet med langdistansevirkning, og så på elektromagnetiske krefter som analoge med gravitasjonsattraksjonen mellom to masser. Faraday var en talsmann for ideen om kraftlinjer, som forbinder de positive og negative elektriske ladningene eller nord- og sørpolene til en magnet. Kraftlinjer fyller hele det omkringliggende rommet (felt, i Faradays terminologi) og bestemmer elektriske og magnetiske interaksjoner. Etter Faraday utviklet Maxwell en hydrodynamisk modell av kraftlinjer og uttrykte de da kjente relasjonene til elektrodynamikk i et matematisk språk som tilsvarer Faradays mekaniske modeller. Hovedresultatene av denne forskningen gjenspeiles i arbeidet «Faraday Lines of Force» ( Faradays Lines of Force, 1857). I 1860-1865 skapte Maxwell teorien om det elektromagnetiske feltet, som han formulerte i form av et system av ligninger (Maxwells ligninger) som beskrev de grunnleggende lovene for elektromagnetiske fenomener: den 1. ligningen uttrykte Faradays elektromagnetiske induksjon; 2. - magnetoelektrisk induksjon, oppdaget av Maxwell og basert på ideer om forskyvningsstrømmer; 3. - loven om bevaring av elektrisitet; Fjerde - vortex natur av magnetfeltet.

Ved å fortsette å utvikle disse ideene kom Maxwell til den konklusjon at eventuelle endringer i de elektriske og magnetiske feltene må forårsake endringer i kraftlinjene som trenger gjennom det omkringliggende rommet, det vil si at det må være pulser (eller bølger) som forplanter seg i mediet. Forplantningshastigheten til disse bølgene (elektromagnetisk forstyrrelse) avhenger av den dielektriske og magnetiske permeabiliteten til mediet og er lik forholdet mellom den elektromagnetiske enheten og den elektrostatiske. Ifølge Maxwell og andre forskere er dette forholdet 3,4 * 10 10 cm/s, som er nær lyshastigheten målt syv år tidligere av den franske fysikeren A. Fizeau. I oktober 1861 informerte Maxwell Faraday om oppdagelsen hans: lys er en elektromagnetisk forstyrrelse som forplanter seg i et ikke-ledende medium, det vil si en type elektromagnetisk bølge. Dette siste forskningsstadiet er skissert i Maxwells arbeid, The Dynamic Theory of the Electromagnetic Field (Treatise on Electricity and Magnetism, 1864), og resultatet av hans arbeid med elektrodynamikk ble oppsummert i den berømte Treatise on Electricity and Magnetism (1873) .

Teorien om det elektromagnetiske feltet og spesielt konklusjonen som følger av den om eksistensen av elektromagnetiske bølger i løpet av Maxwells levetid forble rent teoretiske konsepter som ikke hadde noen eksperimentell bekreftelse, og ble ofte oppfattet av samtidige som et "tankespill. ” I 1887 Den tyske fysikeren Heinrich Hertz gjennomførte et eksperiment som fullt ut bekreftet Maxwells teoretiske konklusjoner.

I de siste årene av sitt liv var Maxwell engasjert i å forberede seg til trykking og publisering av Cavendishs manuskriptarv. To store bind ble utgitt i oktober 1879.