James Clark Maxwell: The Scientist and His Demon. Vitenskapelige arbeider av James Maxwell

James Clerk Maxwell (1831-79) - engelsk fysiker, skaper av klassisk elektrodynamikk, en av grunnleggerne av statistisk fysikk, arrangør og første direktør (siden 1871) av Cavendish Laboratory, spådde eksistensen av elektromagnetiske bølger, fremmet ideen om lysets elektromagnetiske natur og etablerte den første statistiske loven - loven om fordeling av molekyler etter hastighet, oppkalt etter ham.

Han utviklet ideene til Michael Faraday og skapte teorien om elektrisk magnetisk felt(Maxwells ligninger); introduserte begrepet forskyvningsstrøm, spådde eksistensen av elektromagnetiske bølger og fremmet ideen om lysets elektromagnetiske natur. Etablerte en statistisk fordeling oppkalt etter ham. Han studerte viskositeten, diffusjonen og varmeledningsevnen til gasser. Maxwell viste at ringene til Saturn består av separate kropper. Arbeider med fargesyn og kolorimetri (Maxwell-disk), optikk (Maxwell-effekt), elastisitetsteori (Maxwells teorem, Maxwell-Cremona-diagram), termodynamikk, fysikkhistorie, etc.

Familie. Studieår

James Maxwell ble født 13. juni 1831 i Edinburgh. Det var han eneste sønn Den skotske adelsmannen og advokaten John Clerk, som etter å ha arvet boet til en slektnings kone, født Maxwell, la til dette navnet til etternavnet hans. Etter at sønnen ble født, flyttet familien til Sør-Skottland, til deres egen eiendom, Glenlare ("Shelter in the Valley"), hvor gutten tilbrakte barndommen.

I 1841 sendte faren til James ham til en skole kalt Edinburgh Academy. Her, i en alder av 15, skrev Maxwell sin første vitenskapelige artikkel, «On Drawing Ovals». I 1847 gikk han inn på University of Edinburgh, hvor han studerte i tre år, og i 1850 flyttet han til University of Cambridge, hvor han ble uteksaminert i 1854. På dette tidspunktet var James Maxwell en førsteklasses matematiker med den suverent utviklede intuisjonen av en fysiker.

Opprettelse av Cavendish Laboratory. Undervisningsarbeid

Etter å ha uteksaminert seg fra universitetet ble James Maxwell igjen på Cambridge til pedagogisk arbeid. I 1856 fikk han en stilling som professor ved Marischal College ved University of Aberdeen (Skottland). I 1860 ble han valgt til medlem av Royal Society of London. Samme år flyttet han til London, og aksepterte et tilbud om å tilta stillingen som leder av avdelingen for fysikk ved King's College, University of London, hvor han jobbet til 1865.

Da han kom tilbake til Cambridge University i 1871, organiserte og ledet Maxwell Storbritannias første spesialutstyrte laboratorium for fysiske eksperimenter, kjent som Cavendish Laboratory (oppkalt etter den engelske forskeren Henry Cavendish). Dannelsen av dette laboratoriet, som ved begynnelsen av det 19.-20. århundre. omgjort til en av største sentrene verdensvitenskap, dedikert Maxwell siste årene av livet ditt.

Generelt er få fakta fra Maxwells liv kjent. Sjenert og beskjeden, søkte han å leve i ensomhet og førte ikke dagbøker. I 1858 giftet James Maxwell seg, men familieliv, tilsynelatende, viste seg uten hell, forverret hans usosiabilitet og fremmedgjorde ham fra sine tidligere venner. Det er spekulasjoner om at mye av det viktige materialet om Maxwells liv gikk tapt i brannen i 1929 i hans Glenlare-hjem, 50 år etter hans død. Han døde av kreft i en alder av 48 år.

Vitenskapelige aktiviteter

Maxwells uvanlig brede sfære av vitenskapelige interesser dekket teorien om elektromagnetiske fenomener, den kinetiske teorien om gasser, optikk, teorien om elastisitet og mye mer. Et av hans første arbeider var forskning på fysiologi og fysikk av fargesyn og kolorimetri, startet i 1852. I 1861 oppnådde James Maxwell først et fargebilde ved samtidig å projisere røde, grønne og blå lysbilder på en skjerm. Dette beviste gyldigheten av trekomponentteorien om syn og skisserte måter å lage fargefotografering på. I sine arbeider 1857-59 studerte Maxwell teoretisk stabiliteten til Saturns ringer og viste at Saturns ringer kan være stabile bare hvis de består av partikler (kropper) som ikke er forbundet med hverandre.

I 1855 begynte D. Maxwell en serie av sine hovedverk om elektrodynamikk. Artiklene “Om Faradays kraftlinjer” (1855-56), “Om fysiske kraftlinjer” (1861–62), og “Dynamisk teori om det elektromagnetiske felt” (1869) ble publisert. Forskningen ble fullført med utgivelsen av en to-binders monografi, "Treatise on Electricity and Magnetism" (1873).

Opprettelsen av teorien om elektromagnetiske felter

Da James Maxwell begynte å forske på elektriske og magnetiske fenomener i 1855, var mange av dem allerede godt studert: spesielt var lovene for interaksjon av stasjonære elektriske ladninger (Coulombs lov) og strømmer (Amperes lov) etablert; Det er bevist at magnetiske interaksjoner er interaksjoner av elektriske ladninger i bevegelse. De fleste forskere på den tiden trodde at interaksjon ble overført umiddelbart, direkte gjennom tomhet (teorien om langdistansehandling).

En avgjørende vending til teorien om kortdistansehandling ble gjort av Michael Faraday på 30-tallet. 1800-tallet I følge Faradays ideer skaper en elektrisk ladning et elektrisk felt i det omkringliggende rommet. Feltet til en ladning virker på en annen, og omvendt. Samspillet mellom strømmer utføres gjennom et magnetfelt. Faraday beskrev fordelingen av elektriske og magnetiske felt i rommet ved hjelp av kraftlinjer, som etter hans syn ligner vanlige elastiske linjer i et hypotetisk medium - verdenseteren.

Maxwell godtok fullt ut Faradays ideer om eksistensen av et elektromagnetisk felt, det vil si om virkeligheten til prosesser i rommet nær ladninger og strømmer. Han mente at kroppen ikke kan handle der den ikke eksisterer.

Det første D.K Maxwell - ga Faradays ideer en streng matematisk form, så nødvendig i fysikk. Det viste seg at med introduksjonen av feltbegrepet begynte lovene til Coulomb og Ampere å bli uttrykt mest fullstendig, dypt og elegant. I fenomenet elektromagnetisk induksjon Maxwell så en ny egenskap ved felt: et vekslende magnetfelt genererer i tomt rom et elektrisk felt med lukkede kraftlinjer (det såkalte elektriske virvelfeltet).

Det neste og siste trinnet i oppdagelsen av de grunnleggende egenskapene til det elektromagnetiske feltet ble tatt av Maxwell uten noen avhengighet av eksperimentet. Han gjorde en strålende gjetning om at et vekslende elektrisk felt genererer et magnetisk felt, akkurat som et normalt. elektrisk strøm(forskyvningsstrømhypotese). I 1869 ble alle de grunnleggende lovene for oppførselen til det elektromagnetiske feltet etablert og formulert i form av et system med fire ligninger, kalt Maxwells ligninger.

Maxwells ligninger er de grunnleggende ligningene for klassisk makroskopisk elektrodynamikk, som beskriver elektromagnetiske fenomener i vilkårlige medier og i vakuum. Maxwells ligninger ble oppnådd av J.C. Maxwell på 60-tallet. 1800-tallet som et resultat av generalisering av lovene for elektriske og magnetiske fenomener funnet av erfaring.

En grunnleggende konklusjon fulgte fra Maxwells ligninger: endeligheten til forplantningshastigheten til elektromagnetiske interaksjoner. Dette er det viktigste som skiller teorien om kortdistansehandling fra teorien om langdistansehandling. Farten viste seg å være lik hastighet lys i vakuum: 300 000 km/s. Fra dette konkluderte Maxwell at lys er en form for elektromagnetiske bølger.

Arbeider med den molekylære kinetiske teorien om gasser

Rollen til James Maxwell i utviklingen og etableringen av molekylær kinetisk teori er ekstremt viktig ( moderne navn- statistisk mekanikk). Maxwell var den første som kom med en uttalelse om den statistiske naturen til naturlovene. I 1866 oppdaget han den første statistiske loven - loven om fordeling av molekyler etter hastighet (Maxwell-fordeling). I tillegg beregnet han viskositeten til gasser avhengig av hastighetene og den gjennomsnittlige frie banen til molekyler, og utledet en rekke termodynamiske relasjoner.

Maxwells fordeling er hastighetsfordelingen til molekyler i et system i en tilstand av termodynamisk likevekt (forutsatt at translasjonsbevegelsen til molekyler er beskrevet av lovene til klassisk mekanikk). Etablert av J.C. Maxwell i 1859.

Maxwell var en strålende popularisator av vitenskap. Han skrev en rekke artikler for Encyclopedia Britannica og populære bøker: «The Theory of Heat» (1870), «Matter and Motion» (1873), «Electricity in Elementary Exposition» (1881), som ble oversatt til russisk; holdt foredrag og rapporter kl fysiske emner for et bredt publikum. Maxwell viste også stor interesse for vitenskapens historie. I 1879 publiserte han verkene til G. Cavendish om elektrisitet, og ga dem omfattende kommentarer.

Evaluering av Maxwells arbeid

Vitenskapsmannens verk ble ikke verdsatt av hans samtidige. Ideer om eksistensen av et elektromagnetisk felt virket vilkårlige og ufruktbare. Først etter at Heinrich Hertz eksperimentelt beviste eksistensen av elektromagnetiske bølger spådd av Maxwell i 1886-89, fikk teorien hans universell aksept. Dette skjedde ti år etter Maxwells død.

Etter eksperimentell bekreftelse av det elektromagnetiske feltets virkelighet, ble det gjort en grunnleggende vitenskapelig oppdagelse: det er ulike typer materie, og hver av dem har sine egne lover, som ikke kan reduseres til Newtons mekanikklover. Maxwell selv var imidlertid knapt klar over dette og forsøkte først å bygge mekaniske modeller av elektromagnetiske fenomener.

Den amerikanske fysikeren Richard Feynman sa utmerket om Maxwells rolle i utviklingen av vitenskapen: «I menneskehetens historie (hvis du ser på det, for eksempel ti tusen år senere), vil den viktigste begivenheten på 1800-tallet utvilsomt være Maxwells oppdagelse av elektrodynamikkens lover. På bakgrunn av denne viktige vitenskapelige oppdagelsen borgerkrig i Amerika i samme tiår vil se ut som en provinsiell hendelse.»

James Maxwell har gått bort 5. november 1879, Cambridge. Han er ikke gravlagt i graven til de store mennene i England - Westminster Abbey - men i en beskjeden grav ved siden av sin elskede kirke i en skotsk landsby, ikke langt fra familiens eiendom.

JavaScript er deaktivert i nettleseren din.
For å utføre beregninger må du aktivere ActiveX-kontroller!

James Clark Maxwell levde bare 48 år, men hans bidrag til matematikk, fysikk og mekanikk er vanskelig å overvurdere. Albert Einstein selv uttalte at han skyldte sin relativitetsteori til Maxwells ligninger for det elektromagnetiske feltet.

Det er et hus i India Street i Edinburgh med en plakett på veggen:
"James Clarke Maxwell
Naturforsker
Født her 13. juni 1831."

Den fremtidige store vitenskapsmannen tilhørte en gammel adelsfamilie og tilbrakte mesteparten av barndommen på farens eiendom, Middleby, som ligger i det sørlige Skottland. Han vokste opp nysgjerrig og aktivt barn, og selv da bemerket slektningene hans at favorittspørsmålene hans var: "Hvordan gjøre dette?" og "Hvordan skjer dette?"

Da James fylte ti, etter familiebeslutning, gikk han inn på Edinburgh Academy, hvor han studerte flittig, men uten å vise noen spesielle talenter. Imidlertid, å bli båret bort av geometri, oppfant Maxwell ny måte tegne ovaler. Innholdet i arbeidet hans med geometrien til ovale kurver ble skissert i Transactions of the Royal Society of Edinburgh for 1846. Forfatteren var bare fjorten år gammel på den tiden. Som seksten år dro Maxwell til University of Edinburgh, og valgte fysikk og matematikk som hovedfag. I tillegg ble han interessert i filosofiens problemer og tok kurs i logikk og metafysikk.

Den allerede nevnte "Proceedings of the Royal Society of Edinburgh" publiserte ytterligere to verk av en talentfull student - om rullende kurver og om elastiske egenskaper faste stoffer. Det siste temaet var viktig for konstruksjonsmekanikk.

Etter å ha studert i Edinburgh, flyttet nitten år gamle Maxwell til Cambridge University, først til St. Peter's College, deretter til det mer prestisjetunge Trinity College. Matematikkstudiet der ble gjennomført på et dypere nivå, og kravene til elevene var merkbart høyere enn i Edinburgh. Til tross for dette klarte Maxwell å oppnå det andre resultatet i en offentlig tre-trinns eksamen i matematikk for en bachelorgrad.

På Cambridge samhandlet Maxwell mye med forskjellige mennesker, sluttet seg til apostlenes klubb, som besto av 12 medlemmer forent av deres bredde og originalitet i tenkningen. Han deltok i aktivitetene til Workers' College, opprettet for utdanning vanlige folk, holdt foredrag der.

Høsten 1855, da Maxwell fullførte studiene, ble han tatt opp på Holy Trinity College og invitert til å forbli som lærer. Litt senere ble han med i Royal Society of Edinburgh - den nasjonale vitenskapelige foreningen i Skottland. I 1856 forlot Maxwell Cambridge for et professorat ved Marischal College i den skotske byen Aberdeen.

Etter å ha blitt venner med høyskolerektor, pastor Daniel Dewar, møtte Maxwell datteren Catherine Mary. De kunngjorde forlovelsen på senvinteren 1858, og ble gift i juni. I følge memoarene til biografen og vennen til forskeren Lewis Campbell, viste ekteskapet seg å være et eksempel på utrolig hengivenhet. Det er kjent at Katherine hjalp mannen sin i laboratorieforskning.

Totalt sett var Aberdeen-perioden veldig fruktbar i Maxwells liv. Mens han fortsatt var i Cambridge, begynte han å forske på strukturen til Saturns ringer, og i 1859 ble monografien hans publisert, hvor han beviste at de er solide kropper som kretser rundt planeten. Samtidig skrev forskeren en artikkel "Forklaringer om den dynamiske teorien om gasser", der han utledet en funksjon som gjenspeiler fordelingen av gassmolekyler avhengig av hastigheten deres, senere kalt Maxwell-fordelingen. Dette var et av de første eksemplene på statistiske lover som beskriver atferden ikke til ett objekt eller enkelt partikkel, men oppførselen til mange objekter eller partikler. "Maxwells demon", et tankeeksperiment der et intelligent, ukroppslig vesen skiller gassmolekyler ved hastighet, som forskeren senere fant opp, demonstrerte den statistiske naturen til termodynamikkens andre lov.

I 1860 ble flere høyskoler slått sammen til University of Aberdeen og noen avdelinger ble opphevet. Den unge professor Maxwell ble også permittert. Men han ble ikke arbeidsledig så lenge han ble invitert til å undervise ved King's College i London, hvor han ble i de neste fem årene.

Samme år, på et møte i British Association, leste forskeren en rapport om utviklingen hans angående fargeoppfatning, som han senere mottok Rumford-medaljen for fra Royal Society of London. For å bevise riktigheten av sin egen teori om farge, presenterte Maxwell for publikum et nytt produkt som fanget deres fantasi - fargefotografering. Ingen kunne få det før ham.

I 1861 ble Maxwell utnevnt til Standards Committee, opprettet for å definere de viktigste elektriske enhetene.

I tillegg ga ikke Maxwell opp forskning på elastisiteten til faste stoffer og ble tildelt Keith-prisen fra Royal Society of Edinburgh for de oppnådde resultatene.

Mens han jobbet ved King's College London, fullførte Maxwell sin teori om det elektromagnetiske feltet. Selve ideen om feltet ble foreslått av den berømte fysikeren Michael Faraday, men kunnskapen hans var ikke nok til å presentere oppdagelsen hans på formlerspråket. Den matematiske beskrivelsen av elektromagnetiske felt ble det viktigste vitenskapelige problemet for Maxwell. Basert på metoden for analogier, takket være hvilke likheter mellom elektrisk interaksjon og varmeoverføring i et fast legeme, overførte forskeren forskningsdataene om varme til elektrisitet og var den første som kunne matematisk underbygge overføringen elektrisk handling i miljøet.

Året 1873 ble preget av utgivelsen av «Treatise on Electricity and Magnetism», hvis betydning kan sammenlignes med Newtons «Mathematical Principles of Philosophy». Ved å bruke ligninger beskrev Maxwell elektromagnetiske fenomener og konkluderte med at det er det elektromagnetiske bølger, at de forplanter seg med lysets hastighet og selve lyset er av elektromagnetisk natur.

Avhandlingen ble publisert da Maxwell allerede hadde vært leder for fysikklaboratoriet ved Cambridge University i to år (siden 1871), hvis opprettelse betydde anerkjennelse i det vitenskapelige samfunnet av den enorme betydningen av den eksperimentelle tilnærmingen til forskning.

Ikke mindre betydelig oppgave Maxwell så populariseringen av vitenskapen. For å gjøre dette skrev han artikler for Encyclopedia Britannica, et verk hvor han prøvde å på enkelt språk forklare de grunnleggende begrepene materie, bevegelse, elektrisitet, atomer og molekyler.

I 1879 ble Maxwells helse kraftig dårligere. Han visste at han var alvorlig syk og diagnosen hans var kreft. Da han innså at han var dømt, tålte han smerten og møtte døden rolig, som skjedde 5. november 1879.

Selv om Maxwells verk fikk en verdig vurdering i løpet av vitenskapsmannens levetid, ble deres virkelige betydning tydelig bare år senere, da konseptet om et felt på 1900-tallet var godt etablert i vitenskapelig bruk, og Albert Einstein uttalte at Maxwells ligninger for det elektromagnetiske feltet gikk foran hans relativitetsteori.

Vitenskapsmannens minne er udødeliggjort i navnene til en av bygningene til University of Edinburgh, hovedbygningen og konsertsalen til University of Salford, og James Clerk Maxwell Center ved Edinburgh Academy. I Aberdeen og Cambridge kan du finne gater oppkalt etter ham. Westminster Abbey har en minneplakett dedikert til Maxwell, og besøkende til University of Aberdeen Art Gallery kan se en byste av forskeren. I 2008 ble et bronsemonument til Maxwell reist i Edinburgh.

Mange organisasjoner og priser er også knyttet til Maxwells navn. Fysikklaboratoriet han ledet etablerte et stipend for de mest talentfulle doktorgradsstudentene. British Institute of Physics deler ut Maxwell-medaljen og prisen til unge fysikere som har gitt betydelige bidrag til vitenskapen. University of London har et Maxwell-professorat og et Maxwell Student Society. Opprettet i 1977, arrangerer Maxwell Foundation konferanser i fysikk og matematikk.

Sammen med anerkjennelsen ble Maxwell kåret til den mest kjente skotske vitenskapsmannen i en meningsmåling fra 2006, som alle indikerer at flott rolle, som han spilte i vitenskapens historie.

"... et stort vendepunkt skjedde, som for alltid er assosiert med navnene Faraday, Maxwell, Hertz. Brorparten i denne revolusjonen tilhører Maxwell... Etter Maxwell ble den fysiske virkeligheten unnfanget i form av kontinuerlige felt som kan ikke forklares mekanisk... Denne endringen i virkelighetsbegrepet er den mest dype og fruktbare av de som fysikken har opplevd siden Newtons tid."

Einstein

Aforismer og sitater av James Maxwell.
«Når et fenomen kan beskrives som spesielt tilfelle et generelt prinsipp som gjelder for andre fenomener, så sier de at dette fenomenet har blitt forklart"

«...For utviklingen av vitenskapen kreves det i enhver gitt tidsalder ikke bare at folk tenker generelt, men at de konsentrerer tankene sine om den delen av det enorme vitenskapsfeltet som er i gitt tid krever utvikling"

"Av alle hypotesene ... velg den som ikke forstyrrer videre tenkning om tingene som studeres"

«For å lede helt riktig vitenskapelig arbeid gjennom systematisk eksperimentering og presis demonstrasjon kreves strategiens kunst."

«...Vitenskapens historie er ikke begrenset til å liste opp vellykket forskning. Det bør fortelle oss om mislykkede studier og forklare hvorfor noen av de mest dyktige mennesker kunne ikke finne nøkkelen til kunnskap, og hvordan andres omdømme ga bare større støtte til feilene de falt i.»

"Noen flott mann er unik. I den historiske prosesjonen av forskere har hver av dem sin egen spesifikke oppgave og sin egen bestemt sted»

"Vitenskapens virkelige arnested er ikke mengder av vitenskapelige arbeider, men det levende sinnet til en person, og for å fremme vitenskapen er det nødvendig å lede menneskelig tanke inn i en vitenskapelig retning. Det kan gjøres på ulike måter: ved å kunngjøre en oppdagelse, ved å forsvare en paradoksal idé, eller ved å finne opp en vitenskapelig frase, eller ved å sette frem et doktrinesystem.»

Maxwell og teorien om det elektromagnetiske feltet.
Maxwell studerte elektriske og magnetiske fenomener da mange av dem allerede var godt forstått. Coulombs lov og Amperes lov ble skapt, og det ble også bevist at magnetiske interaksjoner er relatert til virkningen av elektriske ladninger. Mange forskere på den tiden var tilhengere av teorien om langdistansehandling, som sier at interaksjon skjer øyeblikkelig og i tomt rom.

Hovedrollen i teorien om kortdistanseinteraksjon ble spilt av forskningen til Michael Faraday (30-tallet av 1800-tallet). Faraday hevdet at naturen til elektrisk ladning var basert på det omkringliggende elektriske feltet. Feltet til en ladning er koblet til naboen i to retninger. Strømmer samhandler ved hjelp av et magnetfelt. Magnetisk og elektriske felt ifølge Faraday er de beskrevet av ham i form av kraftlinjer, som er elastiske linjer i et hypotetisk medium - i eteren.

Maxwell forklarte Faradays ideer i matematisk form, noe fysikken virkelig trengte. Med introduksjonen av feltbegrepet ble lovene til Coulomb og Ampere mer overbevisende og dypt meningsfulle. I begrepet elektromagnetisk induksjon var Maxwell i stand til å vurdere egenskapene til selve feltet. Under påvirkning av et vekslende magnetfelt genereres et elektrisk felt med lukkede kraftlinjer i tomt rom. Dette fenomenet kalles et elektrisk virvelfelt.
Maxwell viste at et vekslende elektrisk felt kan generere et magnetisk felt, som ligner på en vanlig elektrisk strøm. Denne teorien ble kalt forskyvningsstrømhypotesen. Deretter uttrykte Maxwell oppførselen til elektromagnetiske felt i ligningene hans.

Referanse. Maxwells ligninger er ligninger som beskriver elektromagnetiske fenomener i ulike miljøer og vakuumrom, og forholder seg også til klassisk makroskopisk elektrodynamikk. Dette er en logisk konklusjon trukket fra eksperimenter basert på lovene for elektriske og magnetiske fenomener.
Hovedkonklusjonen til Maxwells ligninger er endeligheten til forplantningen av elektriske og magnetiske interaksjoner, som skilte mellom teorien om kortdistansehandling og teorien om langdistansevirkning. Hastighetskarakteristikker nærmet seg lysets hastighet 300 000 km/s. Dette ga Maxwell grunn til å hevde at lys er et fenomen assosiert med virkningen av elektromagnetiske bølger.

Molekylær-kinetisk teori om Maxwells gasser.

Maxwell bidro til studiet av molekylær kinetisk teori (i dag kalles det statistisk mekanikk). Han var den første som kom opp med ideen om den statistiske naturen til naturlovene. Maxwellskapte en lov for fordeling av molekyler etter hastighet, og han klarte også å beregne viskositeten til gasser i forhold til hastighetsindikatorer og gassmolekylenes frie vei. Takket være Maxwells arbeid har vi en rekke termodynamiske relasjoner.

Referanse. Maxwells fordeling er en teori om hastighetsfordelingen til molekyler i et system under forhold med termodynamisk likevekt. Termodynamisk likevekt er en betingelse for translasjonsbevegelsen til molekyler beskrevet av lovene i klassisk dynamikk.
Vitenskapelige arbeiderMaxwell: "Theory of Heat", "Materie and Motion", "Elektrisitet i elementær presentasjon". Han var også interessert i vitenskapens historie. På et tidspunkt klarte han å publisere verkene til Cavendish, somMaxwellJeg la til kommentarene mine.
Maxwell jobbet aktivt med studiet av elektromagnetiske felt. Hans teori om deres eksistens fikk verdensomspennende anerkjennelse bare et tiår etter hans død.

Maxwell var den første som klassifiserte materie og tildelte hver sine egne lover, som ikke var reduserbare til Newtons mekanikklover.

Mange forskere har skrevet om det. Fysiker Feynman sa om Maxwellsom oppdaget elektrodynamikkens loverMaxwell, sett gjennom århundrene inn i fremtiden.

MAXWELL (Maxwell) James Clerk ( Kontorist) (1831-79), engelsk fysiker, skaper av klassisk elektrodynamikk, en av grunnleggerne av statistisk fysikk, arrangør og første direktør (fra 1871) av Cavendish Laboratory. Han utviklet ideene til M. Faraday og skapte teorien om det elektromagnetiske feltet (Maxwells ligninger); introduserte begrepet forskyvningsstrøm, spådde eksistensen av elektromagnetiske bølger og fremmet ideen om lysets elektromagnetiske natur. Etablerte en statistisk fordeling oppkalt etter ham. Han studerte viskositeten, diffusjonen og varmeledningsevnen til gasser. Viste at ringene til Saturn består av individuelle kropper. Arbeider med fargesyn og kolorimetri (Maxwell-disk), optikk (Maxwell-effekt), elastisitetsteori (Maxwells teorem, Maxwell-Cremona-diagram), termodynamikk, fysikkhistorie, etc.

MAXWELL (Maxwell) James Clerk (13. juni 1831, Edinburgh, - 5. november 1879, Cambridge), engelsk fysiker, skaper av klassisk elektrodynamikk, en av grunnleggerne av statistisk fysikk, grunnlegger av en av verdens største vitenskapelige sentre sent 19. - tidlig 20. århundre - Cavendish Laboratory; skapte teorien om det elektromagnetiske feltet, spådde eksistensen av elektromagnetiske bølger, fremmet ideen om lysets elektromagnetiske natur, etablerte den første statistiske loven - loven om fordeling av molekyler etter hastighet, oppkalt etter ham.

Familie. Studieår

Maxwell var den eneste sønnen til den skotske adelsmannen og advokaten John Clerk, som etter å ha arvet boet til en slektnings kone, née Maxwell, la dette navnet til etternavnet hans. Etter at sønnen ble født, flyttet familien til Sør-Skottland, til deres egen eiendom Glenlair ("Shelter in the Valley"), hvor gutten tilbrakte barndommen. I 1841 sendte faren til James ham til en skole kalt Edinburgh Academy. Her, i en alder av 15, skrev Maxwell sin første vitenskapelige artikkel, «On Drawing Ovals». I 1847 gikk han inn på University of Edinburgh, hvor han studerte i tre år, og i 1850 flyttet han til University of Cambridge, hvor han ble uteksaminert i 1854. På dette tidspunktet var Maxwell en førsteklasses matematiker med en utmerket utviklet intuisjon av en fysiker.

Opprettelse av Cavendish Laboratory. Undervisningsarbeid

Etter uteksaminering fra universitetet ble Maxwell igjen i Cambridge for undervisningsarbeid. I 1856 fikk han en stilling som professor ved Marischal College ved University of Aberdeen (Skottland). I 1860 ble han valgt til medlem av Royal Society of London. Samme år flyttet han til London, og aksepterte et tilbud om å tilta stillingen som leder av avdelingen for fysikk ved King's College, University of London, hvor han jobbet til 1865.

Da han kom tilbake til Cambridge University i 1871, organiserte og ledet Maxwell det første spesialutstyrte laboratoriet i Storbritannia for fysiske eksperimenter, kjent som Cavendish Laboratory (oppkalt etter den engelske forskeren G. Cavendish). Dannelsen av dette laboratoriet, som ved begynnelsen av det 19.-20. århundre. omgjort til et av de største sentrene for verdensvitenskap, viet Maxwell de siste årene av sitt liv.

Få fakta fra Maxwells liv er kjent. Sjenert, beskjeden, søkte han å leve alene; Jeg førte ikke dagbok. I 1858 giftet Maxwell seg, men familielivet hans var tilsynelatende mislykket, forverret hans usosiabilitet og fremmedgjorde ham fra sine tidligere venner. Det er spekulasjoner om at mye av det viktige materialet om Maxwells liv gikk tapt i brannen i 1929 i hans Glenlare-hjem, 50 år etter hans død. Han døde av kreft i en alder av 48 år.

Vitenskapelige aktiviteter

Maxwells uvanlig brede sfære av vitenskapelige interesser dekket teorien om elektromagnetiske fenomener, den kinetiske teorien om gasser, optikk, teorien om elastisitet og mye mer. Et av hans første arbeider var forskning på fysiologi og fysikk av fargesyn og kolorimetri, startet i 1852. I 1861 oppnådde Maxwell først et fargebilde ved samtidig å projisere røde, grønne og blå lysbilder på en skjerm. Dette beviste gyldigheten av trekomponentteorien om syn og skisserte måter å lage fargefotografering på. I sine arbeider 1857-59 studerte Maxwell teoretisk stabiliteten til Saturns ringer og viste at Saturns ringer kan være stabile bare hvis de består av partikler (kropper) som ikke er forbundet med hverandre.

I 1855 begynte Maxwell en serie av hovedverkene hans om elektrodynamikk. Artiklene “Om Faradays kraftlinjer” (1855-56), “Om fysiske kraftlinjer” (1861–62), og “Dynamisk teori om det elektromagnetiske felt” (1869) ble publisert. Forskningen ble fullført med utgivelsen av en to-binders monografi, "Treatise on Electricity and Magnetism" (1873).

Opprettelsen av teorien om elektromagnetiske felter

Da Maxwell begynte å forske på elektriske og magnetiske fenomener i 1855, var mange av dem allerede godt studert: spesielt var lovene for interaksjon av stasjonære elektriske ladninger (Coulombs lov) og strømmer (Amperes lov) etablert; Det er bevist at magnetiske interaksjoner er interaksjoner av elektriske ladninger i bevegelse. De fleste forskere på den tiden trodde at interaksjon ble overført umiddelbart, direkte gjennom tomhet (teorien om langdistansehandling).

En avgjørende vending til teorien om kortdistansehandling ble gjort av M. Faraday på 30-tallet. 1800-tallet I følge Faradays ideer skaper en elektrisk ladning et elektrisk felt i det omkringliggende rommet. Feltet til en ladning virker på en annen, og omvendt. Samspillet mellom strømmer utføres gjennom et magnetfelt. Faraday beskrev fordelingen av elektriske og magnetiske felt i rommet ved hjelp av kraftlinjer, som etter hans syn ligner vanlige elastiske linjer i et hypotetisk medium - verdenseteren.

Maxwell godtok fullt ut Faradays ideer om eksistensen av et elektromagnetisk felt, det vil si om virkeligheten til prosesser i rommet nær ladninger og strømmer. Han mente at kroppen ikke kan handle der den ikke eksisterer.

Det første Maxwell gjorde var å gi Faradays ideer en streng matematisk form, så nødvendig i fysikk. Det viste seg at med introduksjonen av feltbegrepet begynte lovene til Coulomb og Ampere å bli uttrykt mest fullstendig, dypt og elegant. I fenomenet elektromagnetisk induksjon så Maxwell en ny egenskap ved felt: et vekslende magnetfelt genererer i tomt rom et elektrisk felt med lukkede kraftlinjer (det såkalte elektriske virvelfeltet).

Det neste og siste trinnet i oppdagelsen av de grunnleggende egenskapene til det elektromagnetiske feltet ble tatt av Maxwell uten noen avhengighet av eksperimentet. Han gjorde en glimrende gjetning om at et elektrisk vekselfelt genererer et magnetfelt, akkurat som en vanlig elektrisk strøm (hypotese for forskyvningsstrøm). I 1869 ble alle de grunnleggende lovene for oppførselen til det elektromagnetiske feltet etablert og formulert i form av et system med fire ligninger, kalt Maxwells ligninger.

En grunnleggende konklusjon fulgte fra Maxwells ligninger: endeligheten til forplantningshastigheten til elektromagnetiske interaksjoner. Dette er det viktigste som skiller teorien om kortdistansehandling fra teorien om langdistansehandling. Hastigheten viste seg å være lik lysets hastighet i vakuum: 300 000 km/s. Fra dette konkluderte Maxwell at lys er en form for elektromagnetiske bølger.

Arbeider med den molekylære kinetiske teorien om gasser

Maxwells rolle i utviklingen og etableringen av molekylær kinetisk teori (det moderne navnet er statistisk mekanikk) er ekstremt viktig. Maxwell var den første som kom med en uttalelse om den statistiske naturen til naturlovene. I 1866 oppdaget han den første statistiske loven - loven om fordeling av molekyler etter hastighet (Maxwell-fordeling). I tillegg beregnet han viskositeten til gasser avhengig av hastighetene og den gjennomsnittlige frie banen til molekyler, og utledet en rekke termodynamiske relasjoner.

Maxwell var en strålende popularisator av vitenskap. Han skrev en rekke artikler for Encyclopedia Britannica og populære bøker: «The Theory of Heat» (1870), «Matter and Motion» (1873), «Electricity in Elementary Exposition» (1881), som ble oversatt til russisk; holdt foredrag og rapporter om fysiske temaer for et bredt publikum. Maxwell viste også stor interesse for vitenskapens historie. I 1879 publiserte han verkene til G. Cavendish om elektrisitet, og ga dem omfattende kommentarer.

Evaluering av Maxwells arbeid

Vitenskapsmannens verk ble ikke verdsatt av hans samtidige. Ideer om eksistensen av et elektromagnetisk felt virket vilkårlige og ufruktbare. Først etter at G. Hertz i 1886-89 eksperimentelt beviste eksistensen av elektromagnetiske bølger spådd av Maxwell, fikk teorien hans universell anerkjennelse. Dette skjedde ti år etter Maxwells død.

Etter eksperimentell bekreftelse av det elektromagnetiske feltets virkelighet, ble det gjort en grunnleggende vitenskapelig oppdagelse: det er forskjellige typer materie, og hver av dem har sine egne lover, som ikke kan reduseres til Newtons mekanikklover. Maxwell selv var imidlertid knapt klar over dette og forsøkte først å bygge mekaniske modeller av elektromagnetiske fenomener.

Den amerikanske fysikeren R. Feynman snakket utmerket om Maxwells rolle i utviklingen av vitenskapen: «I menneskehetens historie (hvis du ser på det, for eksempel ti tusen år senere), vil den mest betydningsfulle hendelsen på 1800-tallet utvilsomt være Maxwells oppdagelsen av elektrodynamikkens lover På bakgrunn av denne viktige vitenskapelige åpningen vil den amerikanske borgerkrigen i samme tiår se ut som en provinsiell hendelse.

Maxwell er ikke gravlagt i graven til Englands store menn - Westminster Abbey - men i en beskjeden grav ved siden av sin elskede kirke i en skotsk landsby, ikke langt fra familiens eiendom.

Skaper av klassisk elektrodynamikk, en av grunnleggerne av statistisk fysikk.

Maxwell James Clerk (13.6.1831, Edinburgh - 5.11.1879, Cambridge), engelsk fysiker, skaper av klassisk elektrodynamikk, en av grunnleggerne av statistisk fysikk. Medlem av Royal Society of London (1860). Sønnen til en skotsk adelsmann fra en adelig familie av Clerks. Han studerte ved universitetene i Edinburgh (1847-50) og Cambridge (1850-54). Professor ved Marischal College, Aberdeen (1856–60), deretter ved University of London (1860–65). Fra 1871 ble han professor ved University of Cambridge, hvor M. grunnla det første spesialutstyrte fysiske laboratoriet i Storbritannia – Cavendish Laboratory, som han var direktør for fra 1871.

M.s vitenskapelige aktiviteter dekker problemer med elektromagnetisme, kinetisk teori om gasser, optikk, elastisitetsteori og mye mer. M. fullførte sitt første verk, «On Drawing Ovals and Ovals with Many Tricks», da han ennå ikke var 15 år gammel (1846, utgitt i 1851). Noe av hans første forskning var arbeid med fysiologien og fysikken til fargesyn og kolorimetri (1852-72, se Fargemålinger). I 1861 var M. den første som demonstrerte et fargebilde oppnådd fra samtidig projeksjon av røde, grønne og blå lysbilder på en skjerm, og beviste dermed gyldigheten av trekomponentteorien om fargesyn og skisserte samtidig måter å lage fargefotografering. Han skapte et av de første instrumentene for kvantitativ måling av farge, som ble kalt disken til M. I 1857-59 gjennomførte M. en teoretisk studie av stabiliteten til Saturns ringer og viste at ringene til Saturn kan være stabile bare hvis de består av usammenhengende faste partikler.

I forskning på elektrisitet og magnetisme (artikler "On Faradian lines of force", 1855-56; "On Physical lines of force", 1861-62; "Dynamic theory of the electromagnetic field", 1864; to-binders grunnleggende "Treatise on Electricity and Magnetism”, 1873 ) M. utviklet matematisk M. Faradays syn på rollen til mellommediet i elektriske og magnetiske interaksjoner. Han prøvde (etter Faraday) å tolke dette mediet som en altomfattende verdenseter, men disse forsøkene var ikke vellykket. Videre utvikling fysikk viste at bæreren av elektromagnetiske interaksjoner er det elektromagnetiske feltet, teorien som (i klassisk fysikk) M. skapte. I denne teorien oppsummerte M. alle fakta om makroskopisk elektrodynamikk kjent på den tiden og introduserte for første gang ideen om en forskyvningsstrøm som genererer et magnetfelt som en vanlig strøm (ledningsstrøm som beveger seg elektriske ladninger). M. uttrykte lovene til det elektromagnetiske feltet i form av et system med 4 partielle differensialligninger (se Maxwells ligninger). Den generelle og omfattende karakteren til disse ligningene ble manifestert i det faktum at deres analyse gjorde det mulig å forutsi mange tidligere ukjente fenomener og mønstre. Dermed fulgte det fra dem eksistensen av elektromagnetiske bølger, som senere ble eksperimentelt oppdaget av G. Hertz. Ved å studere disse ligningene kom M. til konklusjonen om lysets elektromagnetiske natur (1865) og viste at hastigheten til alle andre elektromagnetiske bølger i et vakuum er lik lysets hastighet. Han målte (med større nøyaktighet enn W. Weber og F. Kohlrausch i 1856) forholdet mellom den elektrostatiske ladningsenheten og den elektromagnetiske og bekreftet dens likhet med lysets hastighet. Det fulgte av M.s teori at elektromagnetiske bølger produserer trykk. Lett trykk ble eksperimentelt etablert i 1899 av P. N. Lebedev.

Teorien om elektromagnetisme til M. fikk full eksperimentell bekreftelse og ble generelt akseptert klassisk grunnlag moderne fysikk. Rollen til denne teorien ble tydelig beskrevet av A. Einstein: «... her skjedde et stort vendepunkt, som for alltid er forbundet med navnene til Faraday, Maxwell, Hertz. Brorparten i denne revolusjonen tilhører Maxwell... Etter Maxwell ble den fysiske virkeligheten unnfanget i form av kontinuerlige felt som ikke kan forklares mekanisk... Denne endringen i virkelighetsbegrepet er den mest dyptgripende og fruktbare av de som fysikken har. har opplevd siden Newtons tid» (Collected Scientific Works, Vol. 4, M., 1967, s. 138).

I forskning på den molekylære kinetiske teorien om gasser (artiklene "Explanations on the dynamic theory of gases," 1860 og "Dynamic theory of gases," 1866), var M. den første som løste det statistiske problemet med fordeling av molekyler ideell gass etter hastighet (se Maxwell-fordeling). M. beregnet gassviskositetens avhengighet av hastigheten og den frie banen til molekyler (1860), og beregnet absolutt verdi sistnevnte, avledet en rekke viktige relasjoner av termodynamikk (1860). Eksperimentelt målte viskositetskoeffisienten til tørr luft (1866). I 1873-74 oppdaget M. fenomenet dobbel refraksjon i en strømning (M.-effekt).

M. var en stor popularisator. Han skrev en rekke artikler for Encyclopedia Britannica, populære bøker [som "The Theory of Heat" (1870), "Matter and Motion" (1873), "Electricity in Elementary Exposition" (1881), oversatt til russisk]. Et viktig bidrag til fysikkens historie er M.s utgivelse av manuskripter av G. Cavendishs verk om elektrisitet (1879) med omfattende kommentarer av M.