Pionier ilościowej teorii koloru. James Clerk Maxwell – biografia

MAXWELL, James Clerk

Angielski fizyk James Clerk Maxwell urodził się w Edynburgu w rodzinie szkockiego szlachcica ze szlacheckiej rodziny Clerk. Studiował najpierw w Edynburgu (1847–1850), następnie na uniwersytetach w Cambridge (1850–1854). W 1855 roku Maxwell został członkiem rady Trinity College, w latach 1856–1860. był profesorem w Marischal College na Uniwersytecie w Aberdeen, a od 1860 r. kierował wydziałem fizyki i astronomii w King's College na Uniwersytecie Londyńskim. W 1865 roku z powodu ciężkiej choroby Maxwell zrezygnował z pracy na wydziale i osiadł w rodzinnej posiadłości Glenlare pod Edynburgiem. Tam kontynuował naukę nauk ścisłych i napisał kilka esejów na temat fizyki i matematyki. W 1871 roku objął katedrę fizyki eksperymentalnej na Uniwersytecie w Cambridge. Maxwell zorganizował laboratorium badawcze, które zostało otwarte 16 czerwca 1874 roku i otrzymało nazwę Cavendish na cześć Henry'ego Cavendisha.

Maxwell swoją pierwszą pracę naukową ukończył jeszcze w szkole, wymyślając prosty sposób rysowania owalnych kształtów. Praca ta została ogłoszona na posiedzeniu Towarzystwa Królewskiego, a nawet opublikowana w jego Proceedings. Jako członek Rady Trinity College zajmował się eksperymentami z zakresu teorii koloru, będąc kontynuatorem teorii Junga i teorii trzech barw podstawowych Helmholtza. W eksperymentach z mieszaniem kolorów Maxwell użył specjalnego blatu, którego dysk został podzielony na sektory pomalowane na różne kolory (dysk Maxwella). Kiedy górna część szybko się obracała, kolory się połączyły: jeśli dysk został pomalowany w taki sam sposób, jak kolory widma, wydawał się biały; jeśli jego połowa była pomalowana na czerwono, a druga na żółto, wydawała się pomarańczowa; połączenie koloru niebieskiego i żółtego stworzyło wrażenie zieleni. W 1860 roku Maxwell został odznaczony Medalem Rumforda za pracę nad percepcją kolorów i optyką.

W 1857 roku Uniwersytet w Cambridge ogłosił konkurs na najlepszą pracę na temat stabilności pierścieni Saturna. Formacje te odkrył Galileusz na początku XVII wieku. i przedstawił niesamowitą tajemnicę natury: planeta wydawała się otoczona trzema ciągłymi koncentrycznymi pierścieniami, składającymi się z substancji o nieznanej naturze. Laplace udowodnił, że nie mogą być solidne. Po przeprowadzeniu analizy matematycznej Maxwell doszedł do przekonania, że nie mogą one być płynne i doszedł do wniosku, że taka struktura może być stabilna tylko wtedy, gdy składa się z roju niepowiązanych ze sobą meteorytów. Stabilność pierścieni zapewnia ich przyciąganie do Saturna oraz wzajemny ruch planety i meteorytów. Za tę pracę Maxwell otrzymał nagrodę J. Adamsa.

Jedną z pierwszych prac Maxwella była jego kinetyczna teoria gazów. W 1859 roku naukowiec na posiedzeniu Stowarzyszenia Brytyjskiego przedstawił raport, w którym przedstawił rozkład cząsteczek według prędkości (rozkład Maxwella). Maxwell rozwinął idee swojego poprzednika w rozwoju kinetycznej teorii gazów przez Rudolfa Clausiusa, który wprowadził pojęcie „średniej drogi swobodnej”. Maxwell wyszedł od idei gazu jako zespołu wielu idealnie sprężystych kulek poruszających się chaotycznie w zamkniętej przestrzeni. Kulki (cząsteczki) można podzielić na grupy ze względu na prędkość, podczas gdy w stanie stacjonarnym liczba cząsteczek w każdej grupie pozostaje stała, chociaż mogą one opuszczać i wchodzić do grup. Z tych rozważań wynikało, że „rozkład cząstek zależy od prędkości, zgodnie z tym samym prawem, co rozkład błędów obserwacyjnych w teorii metody najmniejszych kwadratów, tj. według statystyk Gaussa.” W ramach swojej teorii Maxwell wyjaśnił prawo Avogadra, dyfuzję, przewodność cieplną, tarcie wewnętrzne (teorię przenoszenia). W 1867 roku wykazał statystyczną naturę drugiej zasady termodynamiki.

W 1831 roku, w którym urodził się Maxwell, Michael Faraday przeprowadził klasyczne eksperymenty, które doprowadziły go do odkrycia indukcji elektromagnetycznej. Maxwell zaczął badać elektryczność i magnetyzm około 20 lat później, kiedy istniały dwa poglądy na naturę efektów elektrycznych i magnetycznych. Naukowcy tacy jak A. M. Ampere i F. Neumann trzymali się koncepcji działania dalekiego zasięgu, postrzegając siły elektromagnetyczne jako analogiczne do przyciągania grawitacyjnego między dwiema masami. Faraday był zwolennikiem idei linii siły łączących dodatnie i ujemne ładunki elektryczne lub bieguny północny i południowy magnesu. Linie sił wypełniają całą otaczającą przestrzeń (pole, w terminologii Faradaya) i wyznaczają oddziaływania elektryczne i magnetyczne. Idąc za Faradaya, Maxwell opracował hydrodynamiczny model linii siły i wyraził znane wówczas zależności elektrodynamiki w języku matematycznym odpowiadającym mechanicznym modelom Faradaya. Główne wyniki tych badań znajdują odzwierciedlenie w pracy „Linie siły Faradaya” (1857). W latach 1860–1865 Maxwell stworzył teorię pola elektromagnetycznego, którą sformułował w postaci układu równań (równań Maxwella) opisujących podstawowe prawa zjawisk elektromagnetycznych: pierwsze równanie wyrażało indukcję elektromagnetyczną Faradaya; 2. – indukcja magnetoelektryczna, odkryta przez Maxwella i oparta na koncepcjach prądów przemieszczenia; 3. – prawo zachowania energii elektrycznej; 4. – wirowy charakter pola magnetycznego.

Kontynuując rozwój tych pomysłów, Maxwell doszedł do wniosku, że wszelkie zmiany w polu elektrycznym i magnetycznym powinny powodować zmiany w liniach sił przenikających otaczającą przestrzeń, tj. w ośrodku muszą rozprzestrzeniać się impulsy (lub fale). Szybkość propagacji tych fal (zaburzeń elektromagnetycznych) zależy od przenikalności dielektrycznej i magnetycznej ośrodka i jest równa stosunkowi jednostki elektromagnetycznej do jednostki elektrostatycznej. Według Maxwella i innych badaczy stosunek ten wynosi 3,10 10 cm/s, co jest bliskie prędkości światła zmierzonej siedem lat wcześniej przez francuskiego fizyka A. Fizeau. W październiku 1861 roku Maxwell poinformował Faradaya o swoim odkryciu: światło jest zaburzeniem elektromagnetycznym rozchodzącym się w ośrodku nieprzewodzącym, tj. rodzaj fali elektromagnetycznej. Ten końcowy etap badań został opisany w pracy Maxwella „Dynamiczna teoria pola elektromagnetycznego” (1864), a wynik jego prac nad elektrodynamiką został podsumowany w słynnym „Traktacie o elektryczności i magnetyzmie” (1873).

W artykule przedstawiono krótką biografię angielskiego fizyka, twórcy elektrodynamiki klasycznej, jednego z twórców fizyki statystycznej, autorstwa Jamesa Maxwella.

Krótka biografia Jamesa Clerka Maxwella

Maxwell James Clerk urodził się 13 czerwca 1831 roku w Edynburgu w rodzinie szkockiego szlachcica. W wieku 10 lat wstąpił do Akademii w Edynburgu, gdzie został pierwszym uczniem.

W latach 1847-1850 studiował na uniwersytecie w Edynburgu. Tutaj zainteresowałem się eksperymentami z zakresu chemii, optyki, magnetyzmu, studiowałem matematykę, fizykę i mechanikę. Trzy lata później, aby kontynuować naukę, James przeniósł się do Trinity College w Cambridge i rozpoczął naukę elektryczności na podstawie książki M. Faradaya. Następnie rozpoczął badania eksperymentalne nad elektrycznością.
Po pomyślnym ukończeniu studiów (1854) młody naukowiec został zaproszony do nauczania. Dwa lata później napisał artykuł „O liniach siły Faradaya”.

W tym samym czasie Maxwell rozwijał kinetyczną teorię gazów. Wyprowadził prawo, według którego cząsteczki gazu rozkładają się według ich prędkości (rozkład Maxwella).

W latach 1856-1860 Maxwell jest profesorem na Uniwersytecie w Aberdeen; w latach 1860-1865 wykładał w King's College w Londynie, gdzie po raz pierwszy spotkał Faradaya. To właśnie w tym okresie powstało jego główne dzieło „Dynamiczna teoria pola elektromagnetycznego” (1864-1865), w którym odkryte przez niego wzorce wyrażono w postaci układów czterech równań różniczkowych (równania Maxwella). Naukowiec argumentował, że zmienne pole magnetyczne tworzy wirowe pole elektryczne w otaczających ciałach i w próżni, a to z kolei powoduje pojawienie się pola magnetycznego.
Odkrycie to stało się nowym etapem w poznaniu świata. A. Poincaré uważał teorię Maxwella za szczyt myśli matematycznej. Maxwell zaproponował, że fale elektromagnetyczne muszą istnieć, a prędkość ich propagacji jest równa prędkości światła. Oznacza to, że światło jest rodzajem fal elektromagnetycznych. Teoretycznie uzasadnił zjawisko ciśnienia świetlnego.

Najważniejszym czynnikiem zmiany oblicza świata jest poszerzanie horyzontów wiedzy naukowej. Kluczową cechą rozwoju nauki tego okresu jest powszechne wykorzystanie energii elektrycznej we wszystkich gałęziach produkcji. A ludzie nie mogli już odmówić korzystania z energii elektrycznej, odczuwając jej znaczące korzyści. W tym czasie naukowcy zaczęli dokładnie badać fale elektromagnetyczne i ich wpływ na różne materiały.

Wielkie osiągnięcie nauki XIX wieku. była elektromagnetyczna teoria światła wysunięta przez angielskiego naukowca D. Maxwella (1865), która podsumowywała badania i wnioski teoretyczne wielu fizyków z różnych krajów w dziedzinie elektromagnetyzmu, termodynamiki i optyki.

Maxwell jest dobrze znany ze sformułowania czterech równań, które były wyrazem podstawowych praw elektryczności i magnetyzmu. Te dwa obszary były szeroko badane przed Maxwellem przez wiele lat i powszechnie było wiadomo, że są ze sobą powiązane. Chociaż jednak odkryto już różne prawa dotyczące elektryczności i sprawdzały się one w określonych warunkach, przed Maxwellem nie było jednej ogólnej i jednolitej teorii.

D. Maxwell doszedł do idei jedności i wzajemnego powiązania pól elektrycznych i magnetycznych i na tej podstawie stworzył teorię pola elektromagnetycznego, zgodnie z którą pole elektromagnetyczne, powstając w dowolnym punkcie przestrzeni, w nim się rozchodzi z prędkością równą prędkości światła. W ten sposób ustalił związek między zjawiskami świetlnymi a elektromagnetyzmem.

W swoich czterech równaniach, krótkich, ale dość złożonych, Maxwell był w stanie dokładnie opisać zachowanie i interakcję pól elektrycznych i magnetycznych. W ten sposób przekształcił to złożone zjawisko w jedną, zrozumiałą teorię. Równania Maxwella były szeroko stosowane w ostatnim stuleciu zarówno w naukach teoretycznych, jak i stosowanych. Główną zaletą równań Maxwella było to, że są to równania ogólne, które można zastosować w każdych okolicznościach. Wszystkie znane wcześniej prawa elektryczności i magnetyzmu można wyprowadzić z równań Maxwella, a także z wielu innych nieznanych wcześniej wyników.

Najważniejsze z tych wyników zostały uzyskane przez samego Maxwella. Z jego równań możemy wywnioskować, że następuje okresowa oscylacja pola elektromagnetycznego. Po uruchomieniu takie wibracje, zwane falami elektromagnetycznymi, będą rozprzestrzeniać się w przestrzeni. Ze swoich równań Maxwell był w stanie wywnioskować, że prędkość takich fal elektromagnetycznych będzie wynosić około 300 000 kilometrów (186 000 mil) na sekundę. Maxwell zauważył, że prędkość ta jest równa prędkości światła. Na tej podstawie słusznie wywnioskował, że samo światło składa się z fal elektromagnetycznych. Zatem równania Maxwella to nie tylko podstawowe prawa elektryczności i magnetyzmu, to podstawowe prawa optyki. Rzeczywiście, z jego równań można wydedukować wszystkie znane wcześniej prawa optyki, podobnie jak wcześniej nieznane wyniki i zależności. Światło widzialne nie jest jedyną możliwą formą promieniowania elektromagnetycznego.

Równania Maxwella wykazały, że mogą istnieć inne fale elektromagnetyczne, różniące się od światła widzialnego długością i częstotliwością. Te teoretyczne wnioski zostały następnie wyraźnie potwierdzone przez Heinricha Hertza, który był w stanie zarówno wytworzyć, jak i naprawić niewidzialne fale, których istnienie przepowiedział Maxwell.

Po raz pierwszy w praktyce niemieckiemu fizykowi G. Hertzowi udało się zaobserwować propagację fal elektromagnetycznych (1883). Ustalił także, że prędkość ich propagacji wynosi 300 tys. km/s. Paradoksalnie uważał, że fale elektromagnetyczne nie będą miały praktycznego zastosowania. A kilka lat później, na podstawie tego odkrycia A.S. Popow użył ich do przesłania pierwszego na świecie radiogramu. Składał się tylko z dwóch słów: „Heinrich Hertz”.

Dziś z powodzeniem wykorzystujemy je w telewizji. Promienie rentgenowskie, promienie gamma, promienie podczerwone, promienie ultrafioletowe to inne przykłady promieniowania elektromagnetycznego. Wszystko to można zbadać za pomocą równań Maxwella. Chociaż Maxwell zyskał uznanie przede wszystkim za spektakularny wkład w elektromagnetyzm i optykę, wniósł także wkład w inne dziedziny nauki, w tym teorię astronomii i termodynamikę (naukę o cieple). Przedmiotem jego szczególnego zainteresowania była kinetyczna teoria gazów. Maxwell zdał sobie sprawę, że nie wszystkie cząsteczki gazu poruszają się z tą samą prędkością. Niektóre cząsteczki poruszają się wolniej, inne szybciej, a jeszcze inne z bardzo dużymi prędkościami. Maxwell wyprowadził wzór określający, która cząsteczka danej cząsteczki gazu będzie się poruszać z dowolną prędkością. Wzór ten, zwany rozkładem Maxwella, jest szeroko stosowany w równaniach naukowych i ma istotne zastosowania w wielu obszarach fizyki.

Wynalazek ten stał się podstawą nowoczesnych technologii bezprzewodowego przesyłania informacji, radia i telewizji, w tym wszelkich rodzajów komunikacji mobilnej, których działanie opiera się na zasadzie transmisji danych za pomocą fal elektromagnetycznych. Po eksperymentalnym potwierdzeniu realności pola elektromagnetycznego dokonano fundamentalnego odkrycia naukowego: istnieją różne rodzaje materii, a każda z nich rządzi się swoimi prawami, których nie można sprowadzić do praw mechaniki Newtona.

Amerykański fizyk R. Feynman znakomicie mówił o roli Maxwella w rozwoju nauki: „W historii ludzkości (jeśli spojrzeć na to, powiedzmy dziesięć tysięcy lat później), najważniejszym wydarzeniem XIX wieku będzie niewątpliwie śmierć Maxwella odkrycie praw elektrodynamiki. Na tle tego ważnego odkrycia naukowego wojna secesyjna w Ameryce w tej samej dekadzie będzie wyglądać jak incydent na prowincji.

Maxwell, James Clerk – angielski matematyk i fizyk szkockiego pochodzenia. Twórca współczesnej elektrodynamiki klasycznej, kinetycznej teorii gazów. Przeprowadził szereg ważnych badań z zakresu termodynamiki i fizyki molekularnej. Twórca ilościowej teorii kolorów, położył podwaliny pod zasady fotografii kolorowej.

Biografia

James Clerk Maxwell urodził się 13 czerwca 1831 roku w stolicy Szkocji, Edynburgu. Ojciec, John Clerk Maxwell. Był członkiem palestry i właścicielem majątku w południowej Szkocji. Matka, Frances Kay, była córką sędziego Sądu Admiralicji.

Matka Jamesa zmarła, gdy miał osiem lat. Mój ojciec musiał go wychowywać sam. Przez całe życie James żywił bardzo ciepłe uczucia do swojego ojca, który naprawdę zawsze się nim opiekował.

Kiedy nadszedł czas, aby Jakub otrzymał wykształcenie, początkowo zapraszano do jego domu nauczycieli. Jednakże ci nauczyciele byli ignorantami i niegrzecznymi, a innych nie można było znaleźć. Dlatego ojciec zdecydował się wysłać syna do Akademii w Edynburgu.

Początkowo młody Maxwell był dość ostrożny w stosunku do nauki w akademii, ale stopniowo się zaangażował. Lekcje wzbudziły w nim prawdziwe zainteresowanie, a geometria przyciągała szczególną uwagę. To właśnie ta nauka stała się podstawą, na której wyrosły wszystkie przyszłe osiągnięcia naukowe Maxwella.

Maxwell wręczył akademii hymn na pożegnanie, który następnie z radością zaśpiewało więcej niż jedno pokolenie studentów. Następnie James rozpoczyna studia na Uniwersytecie w Edynburgu. Tutaj studiuje teorię sprężystości, wyniki tej pracy są wysoko cenione przez specjalistów.

W 1850 roku Maxwell wyjechał do Cambridge, pomimo niezadowolenia ojca z tej decyzji. Najpierw studiuje w St. College. Peter's, a następnie przenosi się do Trinity College. Po prostu zadziwił nauczycieli swoją wiedzą i na maturze zajął drugie miejsce. Po uzyskaniu tytułu licencjata Maxwell pozostał w Trinity College, aby pracować jako nauczyciel. W tym okresie studiował problematykę kolorów, geometrii i elektryczności. W 1854 r. w liście do jednego ze swoich przyjaciół

James ogłosił zamiar „ataku na energię elektryczną”. To się udało - wkrótce ukazało się dzieło „On Faradaya Lines of Force”, jedno z trzech największych dzieł Maxwella. Głównym dziełem tego okresu życia naukowca było stworzenie teorii koloru. Udowodnił eksperymentalnie, jak mieszają się kolory. Badania te później stały się podstawą fotografii kolorowej.

W 1856 roku Maxwell został profesorem filozofii przyrody w Aberdeen Marischal College. Właściwie to on stworzył tu od podstaw wydział fizyki. W 1858 roku Maxwell poślubił Catherine Mary Dewar, która była córką dyrektora Marischal College.

W tym okresie naukowiec zajmował się obliczaniem ruchu pierścieni Saturna, publikując traktat „O stabilności ruchu pierścieni Saturna”. Praca ta stała się później klasyką.

Jednocześnie Maxwell skupił się na kinetycznej teorii gazów. W czerwcu 1860 roku wygłosił referat na ten temat na posiedzeniu Stowarzyszenia Brytyjskiego w Oksfordzie.

Również w 1860 roku Maxwell musiał pożegnać się z posadą profesora w Marischal College. Wkrótce potem został zaproszony do King’s College na stanowisko profesora na wydziale filozofii przyrody.

17 maja 1861 roku naukowiec zademonstrował pierwszą na świecie kolorową fotografię. Sto lat później firma Kodak udowodniła, że Maxwell miał wówczas po prostu szczęście – jego metodą nie dało się uzyskać obrazów w kolorze zielonym i czerwonym, kolory te powstawały przez przypadek; Jednakże zasady były nadal prawidłowe, choć z niewielkimi błędami.

Następnie Maxwell skupia się na badaniu elektromagnetyzmu. Publikowane są prace „O fizycznych liniach sił” i „Dynamiczna teoria pola elektromagnetycznego”. Od tego czasu aż do końca życia naukowiec zajmował się zagadnieniami pomiarów elektrycznych.

W 1865 roku stan zdrowia Maxwella pogorszył się i rok później opuścił Londyn i udał się do swojej posiadłości Glenlar. W 1867 wyjechał do Włoch, aby poprawić swoje zdrowie. W tym okresie ukazały się książki „Teoria ciepła” i „Teoria ciepła”.

W 1871 roku Maxwell został profesorem na Uniwersytecie Cambridge. Dwa lata później naukowiec kończy dzieło całego swojego życia – dwutomowy Traktat o elektryczności i magnetyzmie. Następnie ukazały się książki „Materia i ruch”,

W latach 1874–1879 Maxwell przetwarzał dzieła Henry'ego Cavendisha, które zostały mu uroczyście podarowane przez księcia Devonshire.

W tym czasie jego stan zdrowia znacznie się pogorszył. Wkrótce zdiagnozowano nowotwór. 5 listopada 1879 roku zmarł James Clerk Maxwell. Jego ciało zostało pochowane we wsi Parton, obok rodziców.

Główne osiągnięcia Maxwella

Za życia Maxwella wiele jego dzieł nie zostało odpowiednio docenionych, ale później jego twórczość zajęła należne mu miejsce w historii nauki.
Badania z zakresu teorii pola elektromagnetycznego stały się podstawą idei pola w fizyce XX wieku. Zwracało na to uwagę wielu naukowców, m.in. Leopold Infeld, Albert Einstein i Rudolf Peierls.
Wkład do teorii kinetyki molekularnej.
Rozwój metod statystycznych, które przyczyniły się do rozwoju mechaniki statystycznej. Wprowadzono termin „mechanika statystyczna”.
Stworzenie teorii koloru. Elektromagnetyczna teoria światła.
Rozwój dynamicznej teorii gazów.

Ważne daty w biografii Maxwella

13 czerwca 1831 – w Edynburgu.
1841 – przyjęcie do Akademii w Edynburgu.
1846 - pierwsza praca naukowa „O właściwościach owali i krzywizn z wieloma ogniskami”.
1847 – przyjęcie na uniwersytet w Edynburgu.
1850 – raport „O równowadze ciał sprężystych”. Wstęp na Uniwersytet Cambridge.
1854 – ukończenie studiów. Początek działalności profesorskiej.
1856 - śmierć ojca. Maxwell zostaje członkiem Towarzystwa Królewskiego w Edynburgu.
1857 - praca „Na liniach mocy Faradaya”.
1858 - poślubił Katarzynę Marię Dewar.
1859 - pierwszy artykuł na temat kinetycznej teorii gazów.
1860 – profesor fizyki na Uniwersytecie Londyńskim.
1860 - Otrzymuje Medal Rumforda za badania w dziedzinie optyki i koloru.
1861 – pierwsza na świecie kolorowa fotografia.
1861-1864 – publikacja prac „Dynamiczna teoria pola elektromagnetycznego”, „O fizycznych liniach sił”.
1865 – przeprowadzka do Glenlare.
1867 - wyjazd do Włoch.
1871 – profesor fizyki eksperymentalnej na Uniwersytecie Cambridge.
1873 – publikacja dzieł „Materia i ruch”, „Traktat o elektryczności i magnetyzmie”.
1874 - Rozpoczęło pracę Laboratorium Cavendisha.
1878-1879 – publikacja artykułów „O naprężeniach powstających w gazach rozrzedzonych na skutek nierówności temperatur”, „Analiza harmoniczna”.
5 listopada 1879 - James Clerk Maxwell zmarł w swoim domu w Cambridge.

Jedynym elementem płaskorzeźby Wenus nazwanej na cześć mężczyzny jest pasmo górskie Jamesa Maxwella.
W szkole Maxwell znał bardzo mało arytmetyki.
Po otrzymaniu wiadomości o obowiązkowym uczęszczaniu na nabożeństwo na uniwersytecie w Cambridge oznajmił: „O tej porze idę właśnie spać”.
Uwielbiał wykonywać szkockie piosenki, akompaniując sobie na gitarze.
W wieku ośmiu lat potrafił zacytować niemal każdy werset z Księgi Psalmów.

(13.06.1831 - 05.11.1879)

((1831-1879), fizyk angielski, twórca elektrodynamiki klasycznej, jeden z twórców fizyki statystycznej. Urodzony 13 czerwca 1831 roku w Edynburgu w rodzinie szkockiego szlachcica z szlacheckiej rodziny Clerks. Studiował najpierw w Edynburgu (1847-1850), następnie na uniwersytecie w Cambridge (1850-1854). W 1855 został członkiem rady Trinity College, w latach 1856-1860 był profesorem filozofii przyrody w Marischal College na Uniwersytecie w Aberdeen, a od 1860 kierował katedrą fizyki i astronomii w King's College na Uniwersytecie Londyńskim. W 1865 roku z powodu ciężkiej choroby Maxwell zrezygnował z katedry i osiadł w rodzinnej posiadłości Glenlare pod Edynburgiem. Tutaj kontynuował naukę nauk ścisłych i napisał kilka esejów na temat fizyki i matematyki.

W 1871 roku na Uniwersytecie w Cambridge utworzono katedrę fizyki doświadczalnej, którą Maxwell zgodził się objąć. Tutaj wziął na siebie ciężar zorganizowania laboratorium badawczego na wydziale, pierwszego laboratorium fizycznego w Anglii. Fundusze na jego utworzenie ufundował książę Devonshire, lord kanclerz uniwersytetu, jednak wszelkie prace organizacyjne odbywały się pod nadzorem i wskazówkami Maxwella (w dodatku zainwestował on w niego sporo osobistych środków). Laboratorium zostało otwarte 16 czerwca 1874 roku i otrzymało nazwę Cavendish – na cześć wybitnego angielskiego naukowca końca XVIII wieku. G. Cavendish, dla którego książę był pra-bratankiem. Laboratorium zostało przystosowane zarówno do pracy naukowej, jak i wykładów pokazowych. Następnie stało się jednym z najsłynniejszych laboratoriów fizycznych na świecie.

W ostatnich latach swojego życia Maxwell spędził dużo czasu na przygotowaniach do druku i publikacji ogromnej, odręcznej spuścizny Cavendisha – jego prac teoretycznych i eksperymentalnych na temat elektryczności. Dwa duże tomy ukazały się w październiku 1879. Maxwell zmarł w Cambridge 5 listopada 1879. Po nabożeństwie pogrzebowym w kaplicy Trinity College został pochowany na cmentarzu rodzinnym w Szkocji.

Maxwell swoją pierwszą pracę naukową ukończył jeszcze w szkole: w wieku 15 lat wymyślił prosty sposób rysowania owalnych kształtów. Praca ta została ogłoszona na posiedzeniu Towarzystwa Królewskiego, a nawet opublikowana w jego Proceedings. Będąc stypendystą Trinity College, eksperymentował z teorią koloru, będąc kontynuatorem teorii Junga i teorii trzech kolorów podstawowych Helmholtza. W swoich eksperymentach z mieszaniem kolorów Maxwell używał specjalnego blatu, którego krążek był podzielony na sektory pomalowane na różne kolory („dysk Maxwella”). Kiedy górna część szybko się obracała, kolory się połączyły: jeśli dysk został pomalowany w taki sam sposób, jak kolory widma, wydawał się biały; jeśli jego połowa była pomalowana na czerwono, a druga na żółto, wydawała się pomarańczowa; połączenie koloru niebieskiego i żółtego stworzyło wrażenie zieleni. Różne kombinacje kolorów dawały różne odcienie. Nieco później Maxwell z powodzeniem zademonstrował to urządzenie podczas swoich wykładów w Towarzystwie Królewskim. W 1860 roku został odznaczony Medalem Rumforda za pracę nad percepcją kolorów i optyką.

W 1857 roku Uniwersytet w Cambridge ogłosił konkurs na najlepszą pracę dotyczącą stabilności pierścieni Saturna, w którym Maxwell zdecydował się wziąć udział. Formacje te odkrył Galileusz na początku XVII wieku. i przedstawił niesamowitą tajemnicę natury: planeta wydawała się otoczona trzema ciągłymi koncentrycznymi pierścieniami, składającymi się z substancji o nieznanej naturze. Laplace udowodnił, że nie mogą być solidne. Po przeprowadzeniu analizy matematycznej Maxwell był przekonany, że nie mogą one być płynne i doszedł do wniosku, że taka struktura jest stabilna tylko wtedy, gdy składa się z roju niepowiązanych ze sobą meteorytów. Stabilność pierścieni zapewnia ich przyciąganie do Saturna oraz wzajemny ruch planety i meteorytów. Za tę pracę Maxwell otrzymał nagrodę J. Adamsa i od razu stał się liderem fizyki matematycznej.

Jedną z pierwszych prac Maxwella, która wniosła największy wkład w naukę, była jego kinetyczna teoria gazów. W 1859 r. wygłosił raport na spotkaniu Stowarzyszenia Brytyjskiego, w którym wydedukował rozkład cząsteczek na podstawie prędkości (rozkład Maxwella). Maxwell rozwinął idee swojego poprzednika w rozwoju kinetycznej teorii gazów przez R. Clausiusa, który wprowadził pojęcie „średniej swobodnej drogi” (średniej odległości, jaką przebywa cząsteczka gazu pomiędzy jej zderzeniem z inną cząsteczką). Maxwell wyszedł od idei gazu jako zespołu wielu idealnie sprężystych kulek poruszających się chaotycznie w zamkniętej przestrzeni i ulegających jedynie zderzeniom sprężystym. Kulki (cząsteczki) można podzielić na grupy ze względu na prędkość, podczas gdy w stanie stacjonarnym liczba cząsteczek w każdej grupie pozostaje stała, chociaż mogą one opuszczać i wchodzić do grup. Z tych rozważań wynikało, że „cząstki rozkładają się według prędkości według tego samego prawa, według którego rozkładają się błędy obserwacyjne w teorii metody najmniejszych kwadratów, czyli zgodnie ze statystyką Gaussa”. W ten sposób po raz pierwszy statystyka weszła do opisu zjawisk fizycznych. W ramach swojej teorii Maxwell wyjaśnił prawo Avogadra, dyfuzję, przewodność cieplną, tarcie wewnętrzne (teorię przenoszenia).

W 1867 roku pokazał statystyczną naturę drugiej zasady termodynamiki („demon Maxwella”). W 1831 roku, w którym urodził się Maxwell, M. Faraday przeprowadził klasyczne eksperymenty, które doprowadziły go do odkrycia indukcji elektromagnetycznej. Maxwell zaczął badać elektryczność i magnetyzm około 20 lat później, kiedy istniały dwa poglądy na naturę efektów elektrycznych i magnetycznych. Naukowcy tacy jak A.M. Ampere i F. Neumann trzymali się koncepcji działania dalekiego zasięgu, traktując siły elektromagnetyczne jako analogię przyciągania grawitacyjnego między dwiema masami. Faraday był zwolennikiem idei linii siły łączących dodatnie i ujemne ładunki elektryczne lub bieguny północny i południowy magnesu. Wypełniają całą otaczającą przestrzeń (pole, według terminologii Faradaya) i wyznaczają oddziaływania elektryczne i magnetyczne. Maxwell najdokładniej przestudiował prace Faradaya i opracowywał pomysły terenowe przez prawie całe swoje twórcze życie.

Podążając za Faradaya, opracował hydrodynamiczny model linii siły i wyraził znane wówczas zależności elektrodynamiki w języku matematycznym odpowiadającym mechanicznym modelom Faradaya. Główne wyniki tych badań znajdują odzwierciedlenie w pracy Linie siły Faradaya, skierowanej do Faradaya w 1857 r. W latach 1860-1865 Maxwell stworzył teorię pola elektromagnetycznego, którą sformułował w postaci układu równań (równania Maxwella ) opisujące wszystkie podstawowe prawa zjawisk elektromagnetycznych: 1. równanie wyrażające indukcję elektromagnetyczną Faradaya; 2. - indukcja magnetoelektryczna, odkryta przez Maxwella i oparta na koncepcjach prądów przemieszczenia; 3. - prawo zachowania ilości energii elektrycznej; 4. - natura wirowa; z idei pola magnetycznego Maxwell doszedł do wniosku, że wszelkie zmiany pola elektrycznego i magnetycznego powinny powodować zmiany linii sił przenikających otaczającą przestrzeń, czyli w ośrodku powinny rozprzestrzeniać się impulsy (lub fale). propagacja tych fal (zaburzeń elektromagnetycznych) zależy od przenikalności dielektrycznej i magnetycznej ośrodka i jest równa stosunkowi elektromagnetycznej jednostki elektryczności do elektrostatycznej. Według Maxwella i innych badaczy stosunek ten wynosi 3x1010 cm/s, co jest bardzo bliskie prędkości światła zmierzonej siedem lat wcześniej przez francuskiego fizyka A. Fizeau.

W październiku 1861 roku Maxwell poinformował Faradaya o swoim odkryciu: światło jest zaburzeniem elektromagnetycznym rozchodzącym się w ośrodku nieprzewodzącym, tj. rodzaj fali elektromagnetycznej. Ten końcowy etap znalazł odzwierciedlenie w pracy Maxwella Dynamiczna teoria pola elektromagnetycznego (Traktat o elektryczności i magnetyzmie, 1864), a wynik jego prac nad elektrodynamiką został podsumowany w słynnym Traktacie o elektryczności i magnetyzmie (1873). Eksperymentalny i techniczny problem uzyskania i wykorzystania fal elektromagnetycznych w szerokim zakresie widmowym, w którym światło widzialne stanowi jedynie niewielką część, został pomyślnie rozwiązany przez kolejne pokolenia naukowców i inżynierów. Zastosowanie teorii Maxwella dało światu wszystkie rodzaje komunikacji radiowej, w tym transmisje radiowe i telewizyjne, pomoce radarowe i nawigacyjne oraz środki do sterowania rakietami i satelitami. 1831-1879), angielski fizyk, twórca elektrodynamiki klasycznej, jeden z twórców fizyki statystycznej.