MAXWELL, James Clerk
Inglise füüsik James Clerk Maxwell sündis Edinburghis Šotimaa aadliku perekonnas aadliperekonnast Clerk. Ta õppis algul Edinburghi (1847–1850), seejärel Cambridge’i (1850–1854) ülikoolides. 1855. aastal sai Maxwellist Trinity College’i nõukogu liige, aastatel 1856–1860. oli Aberdeeni ülikooli Marischali kolledži professor ja alates 1860. aastast juhtis King's College'i füüsika ja astronoomia osakonda. Londoni Ülikool. 1865. aastal astus Maxwell raske haiguse tõttu osakonnast tagasi ja asus elama oma perekonna kinnisvarasse Glenlare'i Edinburghi lähedale. Seal jätkas ta loodusteaduste õppimist ning kirjutas mitmeid esseesid füüsikast ja matemaatikast. 1871. aastal asus ta Cambridge'i ülikooli õppetoolile eksperimentaalne füüsika. Maxwell korraldas uurimislabori, mis avati 16. juunil 1874 ja sai Henry Cavendishi auks nime Cavendish.
Sinu esimene teaduslik töö Maxwell tegi seda veel kooliajal, pakkudes välja lihtsa viisi ovaalsete kujundite joonistamiseks. Sellest tööst teatati Kuningliku Seltsi koosolekul ja see avaldati isegi ajakirjas Proceedings. Trinity kolledži nõukogu liikmena tegeles ta värviteooria eksperimentidega, olles Jungi teooria ja Helmholtzi kolme põhivärvi teooria jätkaja. Maxwell kasutas värvide segamise katsetes spetsiaalset toppi, mille ketas oli jagatud sektoriteks, värvides erinevad värvid(Maxwelli ketas). Kui ülaosa kiiresti pöörles, siis värvid ühinesid: kui ketas värviti samamoodi nagu spektri värvid, tundus see valge; kui üks pool sellest värviti punaseks ja teine pool kollaseks, näis see oranž; sinise ja kollase segamine tekitas rohelise mulje. 1860. aastal oli Maxwell oma töö eest värvide tajumise ja optika alal autasustati medaliga Rumfoord.
Aastal 1857 Cambridge'i ülikool kuulutas välja konkursi parem töö Saturni rõngaste stabiilsuse kohta. Need moodustised avastas Galileo 17. sajandi alguses. ja esitas hämmastava looduse mõistatuse: planeet näis olevat ümbritsetud kolme pideva kontsentrilise rõngaga, mis koosnesid ainest tundmatu loodus. Laplace tõestas, et need ei saa olla kindlad. Pärast kulutamist matemaatiline analüüs, jõudis Maxwell veendumusele, et need ei saa olla vedelad, ja jõudis järeldusele, et selline struktuur saab olla stabiilne ainult siis, kui see koosneks mitteseotud meteoriitide parvest. Rõngaste stabiilsuse tagab nende külgetõmme Saturni poole ning planeedi ja meteoriitide vastastikune liikumine. Selle töö eest sai Maxwell J. Adamsi auhinna.
Üks Maxwelli esimesi töid oli tema gaaside kineetiline teooria. 1859. aastal esitas teadlane Briti Assotsiatsiooni koosolekul ettekande, kus ta tutvustas molekulide jaotust kiiruse järgi (Maxwelli jaotus). Maxwell arendas oma eelkäija ideid gaaside kineetilise teooria väljatöötamisel Rudolf Clausiuse poolt, kes tutvustas kontseptsiooni " keskmine pikkus vabajooks." Maxwell lähtus ideest gaasist kui paljudest ideaalselt elastsetest, kaootiliselt liikuvatest kuulidest koosnevast ansamblist. piiratud ruum. Pallid (molekulid) võib kiiruse järgi jagada rühmadesse, samas kui sisse statsionaarne olek molekulide arv igas rühmas jääb muutumatuks, kuigi nad võivad liikuda rühmadest välja ja rühmadesse. Sellest kaalutlusest järeldub, et "osakesed jaotuvad kiiruse järgi sama seaduse järgi nagu vaatlusvead jaotuvad meetodi teoorias vähimruudud, st. Gaussi statistika järgi." Maxwell selgitas oma teooria osana Avogadro seadust, difusiooni, soojusjuhtivust, sisehõõrdumist (ülekandeteooria). 1867. aastal näitas ta statistiline iseloom termodünaamika teine seadus.
1831. aastal, kui Maxwell sündis, viis Michael Faraday läbi klassikalised katsed, mis viisid tema avastuseni. elektromagnetiline induktsioon. Maxwell hakkas elektrit ja magnetismi uurima umbes 20 aastat hiljem, kui elektriliste ja magnetiliste mõjude olemuse kohta oli kaks seisukohta. Sellised teadlased nagu A. M. Ampere ja F. Neumann järgisid kaugtegevuse kontseptsiooni, võttes arvesse elektromagnetilised jõud analoogina gravitatsiooniline külgetõmme kahe massi vahel. Faraday järgis ideed jõujoontest, mis ühendavad positiivseid ja negatiivseid elektrilaenguid või põhja- ja lõunapoolused magnet. Jõujooned täidavad kogu ümbritseva ruumi (väli, Faraday terminoloogias) ja määravad elektri- ja magnetilised vastasmõjud. Faradayt järgides töötas Maxwell välja jõujoonte hüdrodünaamilise mudeli ja väljendas tol ajal teadaolevaid elektrodünaamika seoseid Faraday mehaanilistele mudelitele vastavas matemaatilises keeles. Selle uurimistöö peamised tulemused on kajastatud teoses “Faraday jõujooned” (1857). Aastatel 1860–1865 Maxwell lõi teooria elektro magnetväli, mille ta sõnastas põhiseadusi kirjeldava võrrandisüsteemi kujul (Maxwelli võrrandid) elektro magnetilised nähtused: 1. võrrand väljendab Faraday elektromagnetilist induktsiooni; 2. – magnetoelektriline induktsioon, mille avastas Maxwell ja mis põhineb ideedel nihkevoolude kohta; 3. – elektri jäävuse seadus; 4. – magnetvälja keerislik olemus.
Nende ideede edasiarendamist jätkates jõudis Maxwell järeldusele, et kõik muutused elektri- ja magnetväljas peaksid tekitama muutusi ümbritsevasse ruumi tungivates jõujoontes, s.t. keskkonnas peavad levima impulsid (või lained). Nende lainete levimiskiirus (elektromagnetiline häire) sõltub keskkonna dielektrilisest ja magnetilisest läbilaskvusest ning on võrdne elektromagnetilise ühiku ja elektrostaatilise ühiku suhtega. Maxwelli ja teiste teadlaste sõnul on see suhe 3·10 10 cm/s, mis on lähedane prantsuse füüsiku A. Fizeau poolt seitse aastat varem mõõdetud valguse kiirusele. 1861. aasta oktoobris teatas Maxwell Faradayle oma avastusest: valgus on elektromagnetiline häire, mis levib mittejuhtivas keskkonnas, s.o. mitmekesisus elektromagnetlained. Seda uurimistöö viimast etappi kirjeldab Maxwelli töö. Dünaamiline teooria elektromagnetväli" (1864) ja tema elektrodünaamika alase töö tulemused võeti kokku kuulsas "Traktaat elektrist ja magnetismist" (1873).
Palju teaduslikud publikatsioonid ja ajakirjad sisse Hiljuti avaldavad artikleid saavutustest füüsikas ja kaasaegsetest teadlastest ning väljaandeid mineviku füüsikutest kohtab harva. Soovime seda olukorda parandada ja meenutada ühte neist silmapaistvad füüsikud eelmisel sajandil James Clerk Maxwell. See on kuulus Inglise füüsik, isa klassikaline elektrodünaamika, statistiline füüsika ja palju teisi teooriaid, füüsikalised valemid ja leiutised. Maxwellist sai Cavendishi labori looja ja esimene direktor.
Nagu teate, oli Maxwell pärit Edinburghist ja sündis 1831. aastal aadliperekonnas, kus perekondlik sideŠoti perekonnanimega Clerks Penicuik. Maxwell veetis oma lapsepõlve Glenlare'i mõisas. Jamesi esivanemad olid poliitikud, luuletajad, muusikud ja teadlased. Tõenäoliselt on tema kalduvus teaduse vastu päritud temalt.
Jamesi kasvatas ilma emata (kuna ta suri, kui ta oli 8-aastane) isa, kes hoolitses poisi eest. Isa tahtis, et poeg õpiks loodusteadused. James armus koheselt tehnoloogiasse ja arendas kiiresti praktilisi oskusi. Väike Maxwell võttis oma esimesi tunde kodus visalt, kuna talle ei meeldinud õpetaja karmid kasvatusmeetodid. Täiendõpe toimus aristokraatlikus koolis, kus poiss näitas end suurepäraselt matemaatika oskused. Maxwellile meeldis eriti geomeetria.
Paljudele suurtele inimestele tundus geomeetria hämmastav teadus ja isegi 12-aastaselt rääkis ta geomeetriaõpikust, nagu oleks see püha raamat. Maxwell armastas nii geomeetriat kui ka teisi teaduse valgustajaid, kuid tema suhted koolikaaslastega olid kehvad. Nad mõtlesid talle pidevalt välja solvavaid hüüdnimesid ja üheks põhjuseks olid tema naeruväärsed riided. Maxwelli isa peeti ekstsentrikuks ja ta ostis pojale riideid, mis panid ta naeratama.
Maxwell teenis juba lapsena suured lootused teaduse vallas. 1814. aastal suunati ta õppima Edinburghi gümnaasiumi ja 1846. aastal pälvis ta medali teenete eest matemaatikas. Tema isa oli poja üle uhke ja talle anti võimalus esitleda üht oma poja teadustööd Edinburghi Teaduste Akadeemia juhatuse ees. See töö käsitles elliptiliste kujundite matemaatilisi arvutusi. Sel ajal kandis see teos pealkirja “Ovaaalide ja paljude fookustega ovaalide joonistamine”. See kirjutati 1846. aastal ja avaldati laiemale avalikkusele 1851. aastal.
Maxwell asus intensiivselt füüsikat õppima pärast Edinburghi ülikooli siirdumist. Tema õpetajateks said Calland, Forbes ja teised. Nad nägid kohe Jamesi pikana intellektuaalne potentsiaal ja kontrollimatu soov õppida füüsikat. Enne seda perioodi puutus Maxwell kokku teatud füüsikaharudega ja õppis optikat (pühendas palju aega valguse ja Newtoni rõngaste polariseerimisele). Aitas teda sellega kuulus füüsik William Nicol, kes kunagi leiutas prisma.
Muidugi polnud Maxwellile ka teised loodusteadused võõrad ja talle Erilist tähelepanu pühendatud filosoofia, teadusajaloo ja esteetika uurimisele.
1850. aastal astus ta Cambridge'i, kus Newton kunagi töötas, ja sai 1854. aastal akadeemilise kraadi. Pärast seda käsitles tema uurimistööd elektri ja elektripaigaldiste valdkonda. Ja aastal 1855 sai ta Trinity College'i nõukogu liikmeks.
Maxwelli esimene märkimisväärne teaduslik töö oli On Faraday's Lines of Force, mis ilmus 1855. aastal. Boltzmann ütles kord Maxwelli paberi kohta nii see töö Sellel on sügav tähendus ja näitab, kui sihikindlalt noor teadlane teadustööle läheneb. Boltzmann uskus, et Maxwell mitte ainult ei mõistnud loodusteaduste küsimusi, vaid andis nendesse ka erilise panuse teoreetiline füüsika. Maxwell tõi oma artiklis välja kõik füüsika arengusuundumused järgmistel aastakümnetel. Hiljem jõudsid samale järeldusele Kirchhoff, Mach ja teised.
Kuidas Cavendishi labor loodi?
Pärast õpingute lõpetamist Cambridge'is jäi James Maxwell siia õpetajaks ja 1860. aastal sai temast Londoni liige. Kuninglik Ühing. Samal ajal kolis ta Londonisse, kus talle määrati Londoni ülikooli King's College'i füüsikaosakonna juhataja koht. Sellel ametikohal töötas ta 5 aastat.
1871. aastal naasis Maxwell Cambridge'i ja lõi Inglismaal esimese füüsikauuringute laboratooriumi, mida kutsuti Cavendishi laboriks (Henry Cavendishi auks). Tõeliseks keskuseks kujunenud labori arendamine teaduslikud uuringud, Maxwell pühendas oma ülejäänud elu.
Maxwelli elust on vähe teada, kuna ta ei pidanud arvestust ega päevikuid. Ta oli tagasihoidlik ja häbelik mees. Maxwell suri 48-aastaselt vähki.
Milline teaduspärand James Maxwell?
Maxwelli teaduslik tegevus hõlmas paljusid füüsika valdkondi: elektromagnetnähtuste teooria, gaaside kinemaatiline teooria, optika, elastsuse teooria jt. Esimene asi, mis James Maxwelli huvitas, oli värvinägemise füsioloogia ja füüsika uurimine ja uurimine.
Maxwell sai esimesena värvilise pildi, mis saadi punase, rohelise ja sinise vahemiku samaaegse projektsiooni kaudu. Selle Maxwelliga Veel kord tõestas maailmale, et värvinägemine põhineb kolmekomponendilisel teoorial. See avastus tähistas värvifotode loomise algust. Ajavahemikul 1857-1859 suutis Maxwell uurida Saturni rõngaste stabiilsust. Tema teooria viitab sellele, et Saturni rõngad on stabiilsed ainult ühel tingimusel - osakeste või kehade üksteisest lahtiühendamisel.
Alates 1855. aastast pööras Maxwell erilist tähelepanu tööle elektrodünaamika vallas. Selle perioodi teaduslikke töid on mitu: “Faraday jõujoontest”, “Füüsikalistest jõujoontest”, “Traktaat elektrist ja magnetismist” ja “Elektromagnetvälja dünaamiline teooria”.
Maxwell ja elektromagnetvälja teooria.
Kui Maxwell hakkas uurima elektri- ja magnetnähtusi, olid paljud neist juba hästi uuritud. Loodi Coulombi seadus, Ampere'i seadus, on ka tõestatud, et magnetilised vastasmõjud on seotud elektrilaengute toimega. Paljud tolleaegsed teadlased olid kaugtegevuse teooria pooldajad, mis väidavad, et interaktsioon toimub silmapilkselt ja tühjas ruumis.
Lühimaa interaktsiooni teoorias mängis peamist rolli Michael Faraday (30s aasta XIX sajandil). Faraday väitis, et elektrilaengu olemus põhineb ümbritseval elektriväljal. Ühe laengu väli on kahes suunas ühendatud naaberlaenguga. Voolud interakteeruvad magnetvälja abil. Magnetilised ja elektriväljad Faraday järgi kirjeldab ta neid jõujoonte kujul, mis on elastsed jooned hüpoteetilises keskkonnas - eetris.
Maxwell toetas Faraday teooriat elektromagnetväljade olemasolust, see tähendab, et ta oli laengu ja voolu ümber tekkivate protsesside toetaja.
Maxwell selgitas Faraday ideid aastal matemaatiline vorm, midagi, mida füüsika tõesti vajas. Välja mõiste kasutuselevõtuga muutusid Coulombi ja Ampere'i seadused veenvamaks ja sügavamalt sisukamaks. Elektromagnetilise induktsiooni kontseptsioonis suutis Maxwell arvestada välja enda omadusi. Vahelduva magnetvälja mõjul tekib suletud ruumis elektriväli elektriliinid. Seda nähtust nimetatakse keerise elektriväljaks.
Maxwelli järgmine avastus oli, et vahelduv elektriväli võib tekitada tavalise elektrivooluga sarnase magnetvälja. Seda teooriat nimetati nihkevoolu hüpoteesiks. IN edasine käitumine Maxwell väljendas oma võrrandites elektromagnetvälju.
Viide. Maxwelli võrrandid on võrrandid, mis kirjeldavad elektromagnetilisi nähtusi erinevad keskkonnad ja vaakumruum ning on seotud ka klassikalise makroskoopilise elektrodünaamikaga. See loogiline järeldus, mis on tehtud katsetest, mis põhinevad elektriliste ja magnetiliste nähtuste seadustel.
Maxwelli võrrandite peamine järeldus on elektriliste ja magnetiliste vastastikmõjude leviku lõplikkus, mis eristas lühitoime teooriat kaugmõju teooriast. Kiirusomadused lähenesid valguse kiirusele 300 000 km/s. See andis Maxwellile põhjuse väita, et valgus on nähtus, mis on seotud elektromagnetlainete toimega.
Maxwelli gaaside molekulaarkineetiline teooria.
Maxwell aitas kaasa molekulaarkineetilise teooria uurimisele (nüüd see teadus helistas statistiline mehaanika). Maxwell oli esimene, kes tuli välja ideega loodusseaduste statistilisest olemusest. Ta lõi molekulide kiiruse järgi jaotumise seaduse, samuti õnnestus tal arvutada gaaside viskoossus kiirusnäitajate ja gaasimolekulide vaba tee suhtes. Lisaks on meil tänu Maxwelli tööle mitmeid termodünaamilisi seoseid.
Viide. Maxwelli jaotus on teooria süsteemi molekulide kiirusjaotusest termodünaamilise tasakaalu tingimustes. Termodünaamiline tasakaal on tingimus edasi liikumine Klassikalise dünaamika seadustega kirjeldatud molekulid.
Maxwellil oli avaldatud palju teaduslikke töid: "Soojuse teooria", "Materja ja liikumine", "Elekter in. elementaarne esitlus" ja teised. Maxwell mitte ainult ei arendanud sel perioodil teadust, vaid tundis huvi ka selle ajaloo vastu. Omal ajal jõudis ta avaldada G. Cavendishi teoseid, mida ta oma kommentaaridega täiendas.
Mida mäletab maailm James Clerk Maxwellist?
Maxwell juhtis aktiivne töö elektromagnetväljade uurimisest. Tema teooria nende olemasolu kohta sai ülemaailmse tunnustuse alles kümme aastat pärast tema surma.
Maxwell oli esimene, kes klassifitseeris aine ja määras igaühele oma seadused, mida ei saanud taandada Newtoni mehaanikaseadustele.
Maxwellist on kirjutanud paljud teadlased. Füüsik R. Feynman ütles tema kohta, et Maxwell, kes avastas elektrodünaamika seadused, vaatas sajandeid tulevikku.
Epiloog. James Clerk Maxwell suri 5. novembril 1879 Cambridge'is. Ta maeti väikesesse Šoti külasse oma lemmikkiriku lähedusse, mis ei ole tema perekonna kinnisvarast kaugel.
MAXWELL, JAMES CLERK(Maxwell, James Clerk) (1831–1879), inglise füüsik. Sündis 13. juunil 1831 Edinburghis Clerksi aadlisuguvõsast pärit Šotimaa aadliku perekonnas. Ta õppis algul Edinburghi (1847–1850), seejärel Cambridge’i (1850–1854) ülikoolides. Aastal 1855 sai temast Trinity College'i nõukogu liige, aastatel 1856–1860 oli ta Aberdeeni ülikooli Marischali kolledži professor ning aastast 1860 juhatas Londoni ülikooli King's College'i füüsika ja astronoomia osakonda. 1865. aastal astus Maxwell raske haiguse tõttu õppetoolist tagasi ja asus omale elama perekonna kinnisvara Glenlare Edinburghi lähedal. Ta jätkas loodusteaduste õppimist ja kirjutas mitmeid esseesid füüsikast ja matemaatikast. 1871. aastal asus ta Cambridge'i ülikooli eksperimentaalfüüsika õppetooli juhatama. Ta organiseeris uurimislabori, mis avati 16. juunil 1874 ja sai nimeks Cavendish – G. Cavendishi auks.
Maxwell lõpetas oma esimese teadusliku töö juba kooliajal, leiutades lihtsa viisi ovaalsete kujundite joonistamiseks. Sellest tööst teatati Kuningliku Seltsi koosolekul ja see avaldati isegi ajakirjas Proceedings. Trinity kolledži nõukogu liikmena tegeles ta värviteooria eksperimentidega, olles Jungi teooria ja Helmholtzi kolme põhivärvi teooria jätkaja. Maxwell kasutas värvide segamise katsetes spetsiaalset toppi, mille ketas jaotati erinevat värvi värvitud sektoriteks (Maxwelli ketas). Kui ülaosa kiiresti pöörles, siis värvid ühinesid: kui ketas värviti samamoodi nagu spektri värvid, tundus see valge; kui üks pool sellest värviti punaseks ja teine pool kollaseks, näis see oranž; sinise ja kollase segamine tekitas rohelise mulje. 1860. aastal autasustati Maxwelli värvitaju ja optikaga seotud töö eest Rumfordi medal.
1857. aastal kuulutas Cambridge'i ülikool välja konkursi parima Saturni rõngaste stabiilsust käsitleva töö saamiseks. Need moodustised avastas Galileo 17. sajandi alguses. ja esitas hämmastava looduse mõistatuse: planeet näis olevat ümbritsetud kolme pideva kontsentrilise rõngaga, mis koosnesid tundmatu olemusega ainest. Laplace tõestas, et need ei saa olla kindlad. Pärast matemaatilise analüüsi läbiviimist veendus Maxwell, et need ei saa olla vedelad, ja jõudis järeldusele, et selline struktuur saab olla stabiilne ainult siis, kui see koosneb mitteseotud meteoriitide sülemist. Rõngaste stabiilsuse tagab nende külgetõmme Saturni poole ning planeedi ja meteoriitide vastastikune liikumine. Selle töö eest sai Maxwell J. Adamsi auhinna.
Üks Maxwelli esimesi töid oli tema gaaside kineetiline teooria. 1859. aastal esitas teadlane Briti Assotsiatsiooni koosolekul ettekande, milles ta tutvustas molekulide jaotust kiiruse järgi (Maxwelli jaotus). Maxwell arendas oma eelkäija ideid gaaside kineetilise teooria väljatöötamisel R. Clausiuse poolt, kes võttis kasutusele kontseptsiooni "keskmine vaba tee". Maxwell lähtus ideest gaasist kui paljudest ideaalselt elastsetest, suletud ruumis kaootiliselt liikuvatest kuulidest koosnevast ansamblist. Pallid (molekulid) saab jagada rühmadesse vastavalt kiirusele, samas kui statsionaarses olekus jääb molekulide arv igas rühmas muutumatuks, kuigi nad võivad lahkuda ja rühmadesse siseneda. Sellest kaalutlusest järeldas, et „osakesed jaotuvad kiiruse järgi sama seaduse järgi nagu vaatlusvead jaotuvad vähimruutude meetodi teoorias, s.t. Gaussi statistika järgi." Maxwell selgitas oma teooria osana Avogadro seadust, difusiooni, soojusjuhtivust, sisehõõrdumist (ülekandeteooria). Aastal 1867 näitas ta termodünaamika teise seaduse (“Maxwelli deemon”) statistilist olemust.
1831. aastal, kui sündis Maxwell, viis M. Faraday läbi klassikalised katsed, mis viisid ta elektromagnetilise induktsiooni avastamiseni. Maxwell hakkas elektrit ja magnetismi uurima umbes 20 aastat hiljem, kui elektriliste ja magnetiliste mõjude olemuse kohta oli kaks seisukohta. Sellised teadlased nagu A. M. Ampere ja F. Neumann järgisid kaugtegevuse kontseptsiooni, pidades elektromagnetilisi jõude analoogiliseks kahe massi vahelise gravitatsioonilise külgetõmbejõuga. Faraday pooldas jõujoonte ideed, mis ühendavad positiivseid ja negatiivseid elektrilaenguid või magneti põhja- ja lõunapoolust. Jõujooned täidavad kogu ümbritseva ruumi (Faraday terminoloogias välja) ning määravad kindlaks elektrilised ja magnetilised vastasmõjud. Faradayt järgides töötas Maxwell välja jõujoonte hüdrodünaamilise mudeli ja väljendas tol ajal teadaolevaid elektrodünaamika seoseid Faraday mehaanilistele mudelitele vastavas matemaatilises keeles. Selle uuringu peamised tulemused kajastuvad töös Faraday jõujooned (Faraday jõujooned, 1857). Aastatel 1860–1865 lõi Maxwell elektromagnetvälja teooria, mille ta sõnastas võrrandisüsteemi (Maxwelli võrrandite) kujul, kirjeldades elektromagnetnähtuste põhiseadusi: 1. võrrand väljendas Faraday elektromagnetilist induktsiooni; 2. – magnetoelektriline induktsioon, mille avastas Maxwell ja mis põhineb ideedel nihkevoolude kohta; 3. – elektri jäävuse seadus; 4. – magnetvälja keerislik olemus.
Nende ideede arendamist jätkates jõudis Maxwell järeldusele, et igasugused muutused elektri- ja magnetväljas peaksid tekitama muutusi ümbritsevasse ruumi tungivates jõujoontes, s.t. keskkonnas peavad levima impulsid (või lained). Nende lainete levimiskiirus (elektromagnetiline häire) sõltub keskkonna dielektrilisest ja magnetilisest läbilaskvusest ning on võrdne elektromagnetilise ühiku ja elektrostaatilise ühiku suhtega. Maxwelli ja teiste teadlaste sõnul on see suhe 3 x 10 10 cm/s, mis on lähedane prantsuse füüsiku A. Fizeau poolt seitse aastat varem mõõdetud valguse kiirusele. 1861. aasta oktoobris teatas Maxwell Faradayle oma avastusest: valgus on elektromagnetiline häire, mis levib mittejuhtivas keskkonnas, s.o. elektromagnetlainete tüüp. Seda uurimistöö viimast etappi kirjeldab Maxwelli töö Elektromagnetvälja dünaamiline teooria (Traktaat elektrist ja magnetismist, 1864) ja tema elektrodünaamika alase töö tulemuse võttis kokku kuulus Traktaat elektrist ja magnetismist (1873).
Oma elu viimastel aastatel tegeles Maxwell Cavendishi käsikirjalise pärandi trükkimise ettevalmistamise ja avaldamisega. Kaks suured mahud avaldati oktoobris 1879. Maxwell suri Cambridge'is 5. novembril 1879. aastal.
"... juhtus suurepärane pöördepunkt, mis on igavesti seotud Faraday, Maxwelli, Hertzi nimedega. Lõviosa selles revolutsioonis kuulub Maxwellile... Pärast Maxwelli füüsiline reaalsus oli mõeldud pidevate väljade kujul, mida ei saa mehaaniliselt seletada... See reaalsuse kontseptsiooni muutus on kõige sügavam ja viljakam, mida füüsika on Newtoni ajast alates kogenud."
Einstein
James Maxwelli aforismid ja tsitaadid.
"Kui nähtust saab kirjeldada kui erijuhtum mingi üldpõhimõte, mis on kohaldatav ka teistele nähtustele, siis nad ütlevad, et see nähtus on seletatud"
“...Teaduse arendamiseks on iga see ajastu mitte ainult seda, et inimesed peaksid mõtlema üldiselt, vaid et nad peaksid koondama oma mõtted sellele osale suurest teadusvaldkonnast, mis on antud aega vajab arengut"
“Kõigi hüpoteeside hulgast vali see, mis ei sega uuritavate asjade üle edasi mõtlemist”
"Teadusliku töö täiesti korrektseks läbiviimiseks süstemaatiliste katsete ja täpsete demonstratsioonide abil on vaja strateegilist kunsti."
“...Teaduse ajalugu ei piirdu edukate uuringute loetlemisega. See peaks meile rääkima ebaõnnestunud uuringutest ja selgitama, miks mõned neist kõige enam võimekad inimesed ei suutnud leida teadmiste võtit ja kuidas teiste maine andis ainult suuremat tuge vigadele, millesse nad sattusid.
"Ükskõik milline suurepärane inimene on ainulaadne. Teadlaste ajaloolises rongkäigus on igaühel neist oma konkreetne ülesanne ja oma konkreetne koht»
“Teaduse tõeline kolle pole mitte teadustööde köited, vaid inimese elav mõistus ja teaduse edendamiseks on vaja suunata inimlik mõte teaduse peavoolu. Seda saab teha erinevatel viisidel: avastuse väljakuulutamine, paradoksaalse idee kaitsmine või leiutamine teaduslik fraas või doktriinisüsteemi kehtestamine"
Maxwell ja elektromagnetvälja teooria.
Maxwell uuris elektri- ja magnetnähtusi, kui paljud neist olid juba hästi mõistetavad. Loodi Coulombi seadus ja Ampere seadus, samuti tõestati, et magnetilised vastastikmõjud on seotud elektrilaengute toimega. Paljud tolleaegsed teadlased olid kaugtegevuse teooria pooldajad, mis väidavad, et interaktsioon toimub silmapilkselt ja tühjas ruumis.
Lühimaa interaktsiooni teoorias mängisid peamist rolli Michael Faraday (19. sajandi 30. aastad) uurimused. Faraday väitis, et elektrilaengu olemus põhineb ümbritseval elektriväljal. Ühe laengu väli on kahes suunas ühendatud naaberlaenguga. Voolud interakteeruvad magnetvälja abil. Faraday kirjeldas magnet- ja elektrivälju jõujoonte kujul, mis on elastsed jooned hüpoteetilises keskkonnas - eetris.
Maxwell selgitas Faraday ideid matemaatilisel kujul, mida füüsika tõesti vajas. Välja mõiste kasutuselevõtuga muutusid Coulombi ja Ampere'i seadused veenvamaks ja sügavamalt sisukamaks. Elektromagnetilise induktsiooni kontseptsioonis suutis Maxwell arvestada välja enda omadusi. Vahelduva magnetvälja mõjul tekib tühjas ruumis suletud jõujoontega elektriväli. Seda nähtust nimetatakse keerise elektriväljaks.
Maxwell näitas, et vahelduv elektriväli võib tekitada tavalise elektrivooluga sarnase magnetvälja. Seda teooriat nimetati nihkevoolu hüpoteesiks. Seejärel väljendas Maxwell oma võrrandites elektromagnetväljade käitumist.
Viide. Maxwelli võrrandid on võrrandid, mis kirjeldavad elektromagnetilisi nähtusi erinevates keskkondades ja vaakumruumis ning on seotud ka klassikalise makroskoopilise elektrodünaamikaga. See on loogiline järeldus, mis on tehtud katsetest, mis põhinevad elektriliste ja magnetiliste nähtuste seadustel.
Maxwelli võrrandite peamine järeldus on elektriliste ja magnetiliste vastastikmõjude leviku lõplikkus, mis eristas lühitoime teooriat kaugmõju teooriast. Kiirusomadused lähenesid valguse kiirusele 300 000 km/s. See andis Maxwellile põhjuse väita, et valgus on nähtus, mis on seotud elektromagnetlainete toimega.
Maxwelli gaaside molekulaarkineetiline teooria.
Maxwell aitas kaasa molekulaarkineetilise teooria (tänapäeval nimetatakse seda statistiliseks mehaanikaks) uurimisel. Ta oli esimene, kes tuli välja ideega loodusseaduste statistilisest olemusest. Maxwelllõi molekulide kiiruse järgi jaotumise seaduse ning tal õnnestus arvutada ka gaaside viskoossus kiirusnäitajate ja gaasimolekulide vaba tee suhtes. Tänu Maxwelli tööle on meil mitmeid termodünaamilisi seoseid.
Viide. Maxwelli jaotus on teooria süsteemi molekulide kiirusjaotusest termodünaamilise tasakaalu tingimustes. Termodünaamiline tasakaal on molekulide translatsioonilise liikumise tingimus, mida kirjeldavad klassikalise dünaamika seadused.
Teaduslikud tööd
Maxwell: “Soojuse teooria”, “Aine ja liikumine”, “Elekter algesitluses”. Teda huvitas ka teaduse ajalugu. Omal ajal õnnestus tal avaldada Cavendishi teosed, misMaxwellLisasin oma kommentaarid.
Maxwell tegeles aktiivselt elektromagnetväljade uurimisega. Tema teooria nende olemasolu kohta sai ülemaailmse tunnustuse alles kümme aastat pärast tema surma.
Maxwell oli esimene, kes klassifitseeris aine ja määras igaühele oma seadused, mida ei saanud taandada Newtoni mehaanikaseadustele.
Paljud teadlased on sellest kirjutanud. Füüsik Feynman ütles umbes Maxwellkes avastas elektrodünaamika seadusedMaxwell, vaatas läbi sajandite tulevikku.
MAXWELL (Maxwell) James Clerk ( Ametnik) (1831-79), inglise füüsik, klassikalise elektrodünaamika looja, üks statistilise füüsika rajajaid, Cavendishi laboratooriumi korraldaja ja esimene juhataja (aastast 1871). M. Faraday ideid arendades lõi ta elektromagnetvälja teooria (Maxwelli võrrandid); tutvustas nihkevoolu mõistet, ennustas elektromagnetlainete olemasolu, esitas idee elektromagnetiline olemus Sveta. Paigaldatud statistiline jaotus, tema järgi nime saanud. Ta uuris gaaside viskoossust, difusiooni ja soojusjuhtivust. Näitas, et Saturni rõngad koosnevad üksikutest kehadest. Töötab värvide nägemise ja kolorimeetria (Maxwelli ketas), optika (Maxwelli efekt), elastsusteooria (Maxwelli teoreem, Maxwell-Cremona diagramm), termodünaamika, füüsika ajaloo jm alal.
MAXWELL (Maxwell) James Clerk (13. juuni 1831, Edinburgh, – 5. november 1879, Cambridge), inglise füüsik, klassikalise elektrodünaamika looja, statistilise füüsika üks rajajaid, maailma ühe suurima asutaja. teaduskeskused 19. hiline - vara 20. sajandil - Cavendishi labor; lõi elektromagnetvälja teooria, ennustas elektromagnetlainete olemasolu, esitas idee valguse elektromagnetilisest olemusest, lõi esimese statistika seadus- tema järgi nime saanud molekulide kiiruse järgi jaotumise seadus.
Perekond. Aastaid õpinguid
Maxwell oli Šoti aadliku ja advokaadi John Clerki ainus poeg, kes, olles pärinud oma sugulase naise, sündinud Maxwelli, pärandvara, lisas selle nime oma perekonnanimele. Pärast poja sündi kolis perekond Lõuna-Šotimaale oma kinnistule Glenlare (“Varjupaik orus”), kus poisi lapsepõlve veetis. 1841. aastal saatis Jamesi isa ta kooli nimega Edinburgh Academy. Siin, 15-aastaselt, kirjutas Maxwell oma esimese teaduslik artikkel"Ovaalide joonistamisel." 1847. aastal astus ta Edinburghi ülikooli, kus õppis kolm aastat ja 1850. aastal siirdus Cambridge'i ülikooli, mille lõpetas 1854. Selleks ajaks oli Maxwell esmaklassiline matemaatik, kellel oli suurepärased tulemused. arenenud intuitsioon Füüsika.
Cavendishi labori loomine. Õppetöö
Pärast ülikooli lõpetamist jäeti Maxwell Cambridge'i pedagoogiline töö. Aastal 1856 sai ta professori koha Aberdeeni ülikooli (Šotimaa) Marischali kolledžis. Aastal 1860 valiti ta Londoni Kuningliku Seltsi liikmeks. Samal aastal kolis ta Londonisse, võttes vastu pakkumise asuda Londoni ülikooli King's College'i füüsikaosakonna juhataja ametikohale, kus ta töötas kuni 1865. aastani.
Naastes 1871. aastal Cambridge'i ülikooli, korraldas Maxwell Ühendkuningriigi esimese spetsiaalselt varustatud laboratooriumi ja juhtis seda. füüsikalised katsed, tuntud kui Cavendishi labor (nimetatud inglise teadlase G. Cavendishi järgi). Selle labori kujunemine, mis 19.-20. sajandi vahetusel. muutunud üheks suurimad keskused maailmateadus, Maxwell pühendunud viimased aastad enda elu.
Maxwelli elust on teada vähe fakte. Häbelik, tagasihoidlik, ta püüdis elada üksi; Ma ei pidanud päevikuid. Maxwell abiellus 1858. aastal, kuid pereelu, osutus ilmselt ebaõnnestunuks, süvendas tema ebaseltsivust ja võõrandas ta endistest sõpradest. Spekuleeritakse, et suur osa Maxwelli elu puudutavast olulisest materjalist läks kaduma 1929. aasta tulekahjus tema Glenlare'i kodus, 50 aastat pärast tema surma. Ta suri 48-aastaselt vähki.
Teaduslik tegevus
Erakordselt lai ulatus teaduslikud huvid Maxwell käsitles elektromagnetiliste nähtuste teooriat, kineetiline teooria gaasid, optika, elastsuse teooria ja palju muud. Üks tema esimesi töid oli värvinägemise ja kolorimeetria füsioloogia ja füüsika uurimine, mida alustati 1852. aastal. 1861. aastal sai Maxwell esimest korda värvilise kujutise, projitseerides samaaegselt ekraanile punaseid, rohelisi ja siniseid slaide. See tõestas kolmekomponendilise nägemisteooria paikapidavust ja tõi välja värvifotograafia loomise viisid. Maxwell uuris oma töödes 1857-59 teoreetiliselt Saturni rõngaste stabiilsust ja näitas, et Saturni rõngad saavad olla stabiilsed ainult siis, kui need koosnevad osakestest (kehadest), mis ei ole omavahel seotud.
1855. aastal alustas Maxwell oma peamiste elektrodünaamika alaste tööde sarja. Avaldati artiklid “Faraday jõujoontest” (1855-56), “Füüsikalistest jõujoontest” (1861-62) ja “Elektromagnetvälja dünaamiline teooria” (1869). Uurimistöö lõpetati kaheköitelise monograafia "Traktaat elektrist ja magnetismist" (1873) avaldamisega.
Elektromagnetvälja teooria loomine
Kui Maxwell 1855. aastal elektri- ja magnetnähtusi uurima hakkas, olid paljud neist juba hästi uuritud: eelkõige olid paika pandud statsionaarsete elektrilaengute (Coulombi seadus) ja voolude (Ampere’i seadus) vastastikmõju seadused; On tõestatud, et magnetilised vastasmõjud on liikuvate elektrilaengute vastastikmõjud. Enamus selle teadlased aeg arvas, et interaktsioon kandub edasi koheselt, otse tühjuse kaudu (kaugtoime teooria).
Otsustava pöörde lähitegevuse teooria poole tegi M. Faraday 30ndatel. 19. sajand Faraday ideede kohaselt elektrilaeng loob ümbritsevasse ruumi elektrivälja. Ühe laengu väli mõjub teisele ja vastupidi. Voolude interaktsioon toimub magnetvälja kaudu. Faraday kirjeldas elektri- ja magnetväljade jaotumist ruumis jõujoonte abil, mis tema arvates meenutavad tavalisi elastseid jooni hüpoteetilises keskkonnas – maailmaeetris.
Maxwell nõustus täielikult Faraday ideedega elektromagnetvälja olemasolust, st ruumis toimuvate protsesside reaalsusest laengute ja voolude läheduses. Ta uskus, et keha ei saa tegutseda seal, kus seda pole.
Esimene asi, mida Maxwell tegi, oli Faraday ideedele range matemaatiline vorm, nii vajalik füüsikas. Selgus, et välja mõiste kasutuselevõtuga hakati Coulombi ja Ampere'i seadusi väljendama kõige täielikumalt, sügavamalt ja elegantsemalt. Elektromagnetilise induktsiooni fenomenis nägi Maxwell väljade uut omadust: vahelduv magnetväli tekitab tühjas ruumis suletud jõujoontega elektrivälja (nn keeriselektriväli).
Järgmise ja viimase sammu elektromagnetvälja põhiomaduste avastamisel astus Maxwell ilma eksperimentidele tuginemata. Ta tegi hiilgava oletuse, et vahelduv elektriväli tekitab magnetvälja, nagu tavaline. elektrit(nihkevoolu hüpotees). 1869. aastaks kehtestati kõik elektromagnetvälja käitumise põhiseadused ja formuleeriti nelja võrrandisüsteemi kujul, mida nimetatakse Maxwelli võrranditeks.
Maxwelli võrranditest järgnes põhimõtteline järeldus: levikiiruse lõplikkus elektromagnetilised vastasmõjud. See on peamine, mis eristab lühimaategevuse teooriat kaugtegevuse teooriast. Kiirus osutus selleks võrdne kiirus valgus vaakumis: 300 000 km/s. Sellest järeldas Maxwell, et valgus on elektromagnetlainete vorm.
Töötab gaaside molekulaarkineetilisel teoorial
Maxwelli roll molekulaarkineetilise teooria väljatöötamisel ja rajamisel on äärmiselt oluline ( kaasaegne nimi– statistiline mehaanika). Maxwell oli esimene, kes tegi avalduse loodusseaduste statistilise olemuse kohta. 1866. aastal avastas ta esimese statistilise seaduse – molekulide kiiruse järgi jaotumise seaduse (Maxwelli jaotus). Lisaks arvutas ta gaaside viskoossuse sõltuvalt molekulide kiirustest ja keskmisest vabast teekonnast ning tuletas mitmeid termodünaamilisi seoseid.
Maxwell oli suurepärane teaduse populariseerija. Ta kirjutas mitmeid artikleid Entsüklopeedia Britannica ja populaarsed raamatud: "Soojuse teooria" (1870), "Aine ja liikumine" (1873), "Elekter algekspositsioonis" (1881), mis tõlgiti vene keelde; pidas loenguid ja ettekandeid kl füüsilised teemad laiale publikule. Maxwell näitas üles suurt huvi ka teadusajaloo vastu. 1879. aastal avaldas ta G. Cavendishi teosed elektri kohta, pakkudes neile ulatuslikke kommentaare.
Maxwelli töö hindamine
Teadlase töid ei hinnanud tema kaasaegsed. Ideed elektromagnetvälja olemasolust tundusid meelevaldsed ja viljatud. Alles pärast seda, kui G. Hertz aastatel 1886-89 eksperimentaalselt tõestas Maxwelli ennustatud elektromagnetlainete olemasolu, sai tema teooria üldise tunnustuse. See juhtus kümme aastat pärast Maxwelli surma.
Pärast eksperimentaalne kinnitus elektromagnetvälja tegelikkus, tehti fundamentaalne teaduslik avastus: neid on erinevat tüüpi ainet ja igal neist on oma seadused, mida ei saa taandada Newtoni mehaanikaseadustele. Vaevalt aga Maxwell ise sellest selgelt teadlik oli ja püüdis alguses ehitada mehaanilised mudelid elektromagnetilised nähtused.
Maxwell rääkis suurepäraselt Maxwelli rollist teaduse arengus Ameerika füüsik R. Feynman: "Inimkonna ajaloos (kui vaadata seda näiteks kümne tuhande aasta pärast) on 19. sajandi kõige olulisem sündmus kahtlemata Maxwelli elektrodünaamika seaduste avastamine. Selle taustal oluline teaduslik avastus Kodusõda Ameerikas näeb samal kümnendil välja nagu provintsi juhtum."
Maxwell ei ole maetud Inglismaa suurmeeste hauakambrisse – Westminster Abbeysse –, vaid tagasihoidlikku hauda oma armastatud kiriku kõrvale Šoti külas, mitte kaugel perekonna kinnistust.