1. Обзор жизни и творчества [ ред. | ред. код ]
2. Эдинбургский университет. Фотопружнисть (1847-1850) [ ред. | ред. код ]
3. Кембридж (1850-1856) [ ред. | ред. код ]
4. Теория цветов [ ред. | ред. код ]
5. Начало научной деятельности [ ред. | ред. код ]
6. Теория электромагнитного поля [ ред. | ред. код ]
7. Последние годы [ ред. | ред. код ]

open wikipedia design.

В Википедии есть статьи о других людях с фамилией Максвелл .

| Портрет =

Максвелл англ. James Clerk Maxwell

Максвелл Родился 13 июня 1831 (1831-06-13)
Эдинбург , Шотландия умер 5 ноября 1879 (1879-11-05) (48 лет)
Кембридж , Англия
· рак желудка захоронение Вестминстерское аббатство Место жительства Шотландия , Англия гражданство Великобритания Национальность шотландец деятельность физик , математик , инженер , изобретатель , фотограф , преподаватель университета , физик-теоретик Alma mater Эдинбургский университет , Кембриджский университет Сфера интересов физика заведение Кембриджский университет , абердинский университет Королевский колледж университета Лондона Ученое звание профессор научный руководитель Уильям Хопкинс [1] известные ученики Arthur Schuster d , Джон Амброз Флеминг , Джон Генри Пойнтинга и Richard Glazebrook d член Лондонское королевское общество , Американская академия искусств и наук , Королевское общество Эдинбурга и Нидерландская королевская академия наук Известный благодаря: уравнения Максвелла , распределение Максвелла , демон Максвелла , рыбий глаз Максвелла отец John Clerk-Maxwell of Middlebie d награды медаль Румфорда , премия Адамса автограф высказывания в Википедия Максвелл на Викискладе ?

Максвелл ( англ. James Clerk Maxwell, 13 июня 1831 , Эдинбург , Шотландия - † 5 ноября 1879 , Кембридж , Англия ) - шотландский ученый , Который создал теорию электромагнитного поля и на основании ее сделал вывод, что переменные электрическое и магнитное поля тесно связаны друг с другом, образуя единое электромагнитное поле , Которое распространяется в виде электромагнитных волн с скоростью света . Основываясь на связи электрических , магнитных и световых явлений , Максвелл разработал теорию света и тем объединил в одно целое ранее разрозненные области электричества , магнетизма и оптики . Кроме этого, Максвеллу принадлежат великие открытия и в других отраслях физики , В частности молекулярной кинетической теории газов .

Обзор жизни и творчества [ ред. | ред. код ]

Происхождение и юность. Первая научная работа (1831-1847) [ ред. | ред. код ]

Максвелл принадлежал к старинному шотландского рода клерки из Пеникьюика . Его отец, Джон Клерк Максвелл, был владельцем фамильного имения Миддлби в Южной Шотландии (вторая фамилия Максвелл отражает именно этот факт). он закончил Эдинбургский университет и был членом адвокатской коллегии, но не питал любви к юриспруденции , Увлекаясь в свободное время наукой и техникой (он даже опубликовал несколько статей прикладного характера) и регулярно посещая в качестве зрителя заседания Эдинбургского королевского общества. В 1826 году он женился на Фрэнсис Кей (Frances Cay), дочери судьи Адмиралтейского суда, через пять лет родила ему сына [2] .

Вскоре после рождения сына семья переехала из Эдинбурга в свой заброшенный особняк Миддлби, где был построен новый дом, получивший название Гленлэр [En] ( «Берлогу в узкой лощине»). Здесь Максвелл провел свои детские годы, омрачены ранней смертью матери от рака . Жизнь на природе сделало его выносливым и интересным. С раннего детства он проявлял интерес к окружающему миру, был окружен разными «научными игрушками» (например, «Магическим диском» - предшественником кинематографа [3] , моделью небесной сферы , Дзигою- «дьяволом» и др), многое почерпнул из общения со своим отцом, увлекался поэзией и сделал первые собственные поэтические опыты. Только в десятилетнем возрасте у него появился специально нанятый домашний учитель, однако такое обучение оказалось неэффективным, и в ноябре 1841 года Максвелл переехал к своей тетке Изабеллы, сестры отца, в Эдинбург. Здесь он вступил в новую школу - так называемую Эдинбургский Академию [En] , Что делала упор на классическое образование - изучение латыни , греческой и английского языков , римской литературы и Священного Писания [4] .

Сначала обучение не привлекало Максвелла, однако постепенно он почувствовал к нему вкус и стал лучшим учеником класса. В это время он увлекся геометрией , Делал из картона многогранники . Его понимание красоты геометрических образов возросло после лекции художника Дэвида Рамзая Хэя об искусстве этрусков . Размышления над этой темой привели Максвелла к изобретению способа рисования овалов . Этот метод, восходящий к работам Рене Декарта , Заключался в использовании шпилек-фокусов, нитей и карандаша, что позволяло строить окружности (один фокус), эллипсы (Два фокуса) и более сложные овальные фигуры (большее количество фокусов). Эти результаты были доложены профессором Джеймсом Форбсом на заседании Эдинбургского королевского общества и затем опубликованы в его «Трудах». За время обучения в академии Максвелл близко сошелся с одноклассником Льюисом Кэмпбеллом, впоследствии известным филологом-классицистом и биографом Максвелла, и будущим известным математиком Питером Гатри ТЕТом [En] , Что учились классом ниже [5] .

Эдинбургский университет. Фотопружнисть (1847-1850) [ ред. | ред. код ]

В 1847 срок обучения в академии закончился, и в ноябре Максвелл поступил в Эдинбургского университета , Где слушал лекции физика Форбса, математика Филиппа Келланда ( англ. Philip Kelland), философа Уильяма Гамильтона ( англ. Sir William Hamilton) изучал многочисленные труды по математике, физике, философии, ставил опыты по оптике, химии, магнетизма. За время обучения Максвелл подготовил статью о кривых качения, однако основное внимание он уделял изучению механических свойств с помощью поляризованного света. Идея этого исследования перекликается с его знакомством весной 1847 года с известным шотландским физиком Уильямом Николем ( англ. William Nicol), который подарил ему два поляризационных приборы своей конструкции (призмы Николя). Максвелл понял, что поляризованное излучение можно использовать для определения внутренних напряжений нагруженных твердых тел.

Он изготавливал модели тел различных форм из желатина и, подвергая их деформации, наблюдал в поляризованном свете цветные картины, соответствовавшие кривым направлений сжатия и растяжения. Сравнивая результаты своих опытов с теоретическими расчетами, Максвелл проверил много старых и вывел новые закономерности теории упругости , В том числе в тех случаях, которые были слишком сложны для расчета. Всего он решил 14 задач о напряжении внутри полых цилиндров, стержней, круглых дисков, пустых сфер, плоских треугольников, сделав, таким образом, существенный вклад в развитие метода фотоупругости . Эти результаты также представляли значительный интерес для строительной механики. Максвелл доложил их в 1850 на одном из заседаний Эдинбургского королевского общества, стало свидетельством первого серьезного признания его работ [6] [7] .

Максвелл закончил Академию в одном из первых выпусков. На прощание он составил гимн Эдинбургской академии. И теперь перед ним встал вопрос о перспективе его дальнейшего обучения в Кембридже . Самый старший колледж Кембриджа был основан в 1284 году - колледж св. Петра ( Питерхауз ), А знаменитый - колледж св. Троицы ( Тринити-колледж ), Основанный в 1546 году. Славу этого колледжа создал его знаменитый воспитанник Исаак Ньютон . Питерхауз и Тринити-колледж и были последовательно местом пребывания молодого Максвелла в Кембридже .

Кембридж (1850-1856) [ ред. | ред. код ]

В 1850 году, несмотря на желание отца оставить сына поближе к себе, было решено, что Максвелл отправится в Кембриджский университет (все его друзья уже покинули Шотландию для получения престижной образования). Осенью он прибыл в Кембридж, где поступил в самый дешевый колледж Питерхаус ( англ. Peterhouse), получив комнату в здании самого колледжа. Однако он не был доволен учебной программой Питерхаус, к тому же не было практически никаких шансов остаться в колледже после окончания обучения. Многие его родственников и знакомых, в том числе профессора Джеймс Форбс и Уильям Томсон (будущий лорд Кельвин), советовали ему перейти в Тринити-колледж; здесь же учились некоторые его шотландские друзья. В результате после первого семестра в Питерхаус Джеймс убедил отца в необходимости перевода в Тринити .

Объем знаний Максвелла, мощь его интеллекта и самостоятельность мышления позволили ему достичь высокого места в своем выпуске. Он занял второе место. молодой бакалавр был оставлен в Тринити-колледже в качестве преподавателя. Но его волновали научные проблемы. Во время пребывания членом совета Тринити-колледжа с 1852 года Максвелл занимался экспериментами по теории цветов , Выступая как продолжатель теории Юнга и теории трех основных цветов Гельмгольца . В экспериментах по смешиванию цветов Максвелл применил особую волчок , Диск которой был разделен на секторы, окрашенные в разные цвета (диск Максвелла). При быстром вращении волчка цвета сливались: если диск был закрашен так, как расположены цвета спектра , Он казался белым ; если одну его половину закрашивали красным , А другую - желтым , Он казался оранжевым ; смешивания синего и желтого создавало впечатление зеленого .

В 1852 Максвелл стал стипендиатом колледжа и получил комнату непосредственно в его доме. В это время он мало занимался научной деятельностью, зато много читал, посещал лекции Джорджа Стокса и семинары Уильяма Хопкинса , Который готовил его к сдаче экзаменов, заводил новых друзей, писал ради забавы стихи (многие из них были впоследствии опубликованы Льюисом Кэмпбеллом). Максвелл принимал активное участие в интеллектуальной жизни университета. Он был избран в «клуб апостолов», объединявший двенадцать человек с оригинальными и глубокими идеями. Там он выступал с докладами на различные темы. Общение с новыми людьми позволило ему компенсировать застенчивость и сдержанность, которые выработались у него за годы спокойной жизни на родине. Распорядок дня Джеймса также представлялся многим необычным: с семи утра до пяти вечера он работал, потом ложился спать, вставал в половине десятого и принимался за чтение, с двух до половины третьего ночи как зарядку бегал по коридорам общежития, после чего снова спал уже до самого утра.

К тому времени окончательно сформировались его философские и религиозные взгляды. Последние характеризовались значительной эклектичностью , Что мало корни с детских лет, когда он посещал как пресвитерианскую церковь отца, так и епископальную церковь тети Изабеллы. В Кембридже Максвелл стал сторонником теории христианского социализма, развивается теологом Фредериком Денисон Морис ( англ. Frederick Denison Maurice), идеологом «широкой церкви» (broad church) и одним из основателей Рабочего колледжа (Working Men's College). Считая главным способом совершенствования общества образование и развитие культуры, Джеймс принимал участие в работе этого учреждения, читал там по вечерам популярные лекции. Вместе с тем, несмотря на безусловную веру в Бога, он не был слишком религиозен, неоднократно получая предупреждения за пропуски церковных служб.

В 1860 за работы по восприятию цвета и оптики Максвелл был награжден медалью Румфорда . Кроме его старого увлечения геометрией и проблемой цветов, Максвелл заинтересовался электричеством .

Теория цветов [ ред. | ред. код ]

После сдачи экзамена Максвелл решил остаться в Кембридже для подготовки к профессорскому званию. Он занимался с учениками, принимал экзамены в Челтенхэм-колледже, заводил новых друзей, продолжал сотрудничать с Рабочим колледжем, по предложению редактора Макмиллана начал писать книгу по оптике (она так и не была закончена), а в свободное время посещал в Гленлэр отца, здоровье "я которого резко ухудшилось. К этому же времени относится шуточное экспериментальное исследование по «котовертиння», вошедшее в кембриджский фольклор: его целью было определение минимальной высоты, падая с которого, кошка становится на четыре лапы.

Однако главным научным интересом Максвелла в это время была работа по теории цветов. Она берет начало в творчестве Исаака Ньютона, который придерживался идеи о семи основных цветов. Максвелл выступил как продолжатель теории Томаса Юнга, который выдвинул идею трех основных цветов и связал их с физиологическими процессами в организме человека. Важную информацию содержали свидетельства больных цветовой слепотой, или дальтонизмом. В экспериментах по смешиванию цветов, во многом независимо повторяли опыты Германа Гельмгольца, Максвелл применил «цветную волчок», диск которой был разделен на окрашенные в разные цвета сектора, а также «цветную ящик», разработанную им самим оптическую систему, которая позволяла смешивать эталонные цвета. Подобные устройства использовались и ранее, однако только Максвелл начал получать с их помощью количественные результаты и довольно точно предсказывать цвета, возникающие в результате смешивания. Так, он продемонстрировал, что смешивание синего и желтого цветов дает не зеленый, как часто считали, а розовый оттенок. Опыты Максвелла показали, что белый цвет не может быть получен путем смешивания синего, красного и желтого, как считали Дэвид Брюстер и некоторые другие ученые, а основными цветами являются красный, зеленый и синий. Для графического представления цветов Максвелл, следуя по Юнгу, использовал треугольник, точки внутри которого обозначают результат смешения основных цветов, расположенных в вершинах фигуры.

Начало научной деятельности [ ред. | ред. код ]

1. 20 февраля 1854 Максвелл сообщает Томсону о своем намерении «атаковать электричество». Результатом «атаки» было сочинение «О Фарадея силовые линии» - первая из трех основных работ Максвелла, посвященных изучению электромагнитного поля . Слово «поле» впервые появилось в том же письме Томсону, но ни в этом, ни в следующем произведении, посвященном силовым линиям , Максвелл его не употребляет. Это понятие снова появится только в 1864 году в работе «Динамическая теория электромагнитного поля».
2. осенью 1856 Максвелл вступил в должность профессора натуральной философии Маришаль-колледжа в Абердине . Кафедра натуральной философии, то есть кафедра физики в Абердине, к Максвелла, по сути дела, не существовала, и молодому профессору пришлось организовывать учебную и научную работу по физике. Пребывание в Абердине ознаменовалось важным событием и в личной жизни Максвелла: он женился на дочери главы Маришаль-колледжа Даниэля Дьюара Кэтрин Мэри Дьюар. Произошло это событие в 1858 году. С этого времени и до конца жизни супругов Максвелл проходило свой жизненный путь рука об руку.
3. В 1857 - 1859 годах ученый провел свои расчеты движения колец Сатурна . Он показал, что жидкое кольцо при вращении разрушится волнами, возникающими в нем и разобьется на отдельные спутники . Максвелл рассматривал движение конечного ряда таких спутников. Чрезвычайное математическое исследование принесло ему премию Адамса [En] и славу первоклассного математика . Премирован произведение было издано в 1859 году Кембриджским университетом.

Динамическая теория газов [ ред. | ред. код ]

От изучения колец Сатурна вполне естественным был переход к рассмотрению движения молекул газа . Абердинский период жизни Максвелла закончился выступлением его на собрании Британской Ассоциации 1859 с докладом «О динамическую теорию газов», в которой привел распределение молекул по скоростям (максвелловское распределение). Этот документ положил начало многолетним и плодотворным исследованиям Максвелла в области кинетической теории газов и статистической физики . Максвелл развил представления своего предшественника в разработке кинетической теории газов Рудольфа Клаузиуса , Который ввел понятие «средней длины свободного пробега». Максвелл исходил из представления о газе как об ансамбле множества идеально упругих шариков, хаотически движущихся в замкнутом пространстве. шарики ( молекулы ) Можно разделить на группы по скоростям, при этом в стационарном состоянии число молекул в каждой группе остается постоянным, хотя они могут выходить из групп и входить в них. Из такого рассмотрения следовало, что «частицы распределяются по скоростям по такому же закону, по которому распределяются ошибки наблюдений в теории метода наименьших квадратов » , То есть в соответствии с статистики Гаусса . В рамках своей теории Максвелл объяснил закон Авогадро , диффузию , теплопроводность , внутреннее трение (Теория переноса). В 1867 показал статистическую природу второго закона термодинамики ( «Демон Максвелла» ).

Поскольку кафедру, где работал Максвелл, закрыли, ученому пришлось подыскивать новую работу. В 1860 году Максвелла избирают профессором натуральной философии Кингс-колледжа в Лондоне .

Лондонский период ознаменовался публикацией большой статьи «Пояснения к динамической теории газов», которая была опубликована в ведущем английском физическом журнале «Философский журнал» в 1860 году. Этой статьей Максвелл внес огромный вклад в новую отрасль теоретической физики - статистическую физику. Учредителями статистической физики в ее классической форме считаются Максвелл, Больцман и Гиббс .

Лето 1860 перед началом осеннего семестра в Лондоне супруги Максвелл провели в родовом имении Гленлэр. Однако отдохнуть и набраться сил Максвеллу не удалось. он заболел оспой в тяжелой форме. Врачи опасались за его жизнь. Но необычайное мужество и терпение преданной ему Кэтрин, которая делала все, чтобы выходить больного мужа, помогли им одержать победу над страшной болезнью. Таким тяжелым испытанием началось его лондонскую жизнь. В этот период своей жизни Максвелл опубликовал большую статью о цветах, а также работу «Пояснения к динамической теории газов». Но главный труд его жизни была посвящена теории электричества.

Теория электромагнитного поля [ ред. | ред. код ]

Он публикует две основные работы по созданной им теории электромагнитного поля «В физических силовых линиях» ( 1861 - 1862 ) И «Динамическая теория электромагнитного поля» ( 1864 - 1865 ). За десять лет Максвелл вырос в большого ученого, создателя фундаментальной теории электромагнитных явлений, ставшей наряду с механикой , термодинамикой и статистической физикой одной из основ классической теоретической физики . В этот же период жизни Максвелл начал работы по электрических измерений. Он был особенно заинтересован в рациональной системе электрических единиц, поскольку созданная им электромагнитная теория света основывалась только на совпадении отношения электростатических и электромагнитных единиц электричества со скоростью света . Вполне естественно, что он стал одним из активных членов «Комиссии единиц» Британской Ассоциации. Кроме того, Максвелл глубоко понимал тесную связь науки и техники, важность этого союза как для прогресса науки, так и для технического прогресса . Поэтому с шестидесятых годов и до конца жизни он неустанно работал в области электрических измерений.

Напряженное лондонскую жизнь плохо отразилось на здоровье Максвелла и его жены, и они решили пожить в своем родовом имении Гленлэр. Это решение стало неизбежным после тяжелого заболевания Максвелла в конце летнего отдыха 1865 года, который он, как обычно, проводил в своем имении. Максвелл оставил службу в Лондоне и пять лет (с 1866 по 1871 год) прожил в Гленлэр, выезжая изредка в Кембридж на экзамены, и только в 1867 году по совету врачей совершил путешествие в Италии . Занимаясь в Гленлэр хозяйственными делами, Максвелл не оставлял научных занятий. Он напряженно работал над главным трудом своей жизни «Трактатом с электричества и магнетизма » написал книгу «Теория тепла » , Важную работу о регуляторы , Ряд статей по кинетической теории газов, участвовал в собраниях Британской Ассоциации. Творческая жизнь Максвелла в селе продолжалось так же интенсивно, как и в университетском городе.

В 1871 году Максвелл издал в Лондоне книгу «Теория тепла». Этот учебник пользовался большой популярностью. Ученый писал, что целью его книги «Теория тепла» был изложение учения о теплоте «в той последовательности, в которой оно развивалось». Вскоре после выхода «Теории тепла» Максвелл получил предложение занять вновь организованную кафедру экспериментальной физики в Кембридже. Он согласился и восьмое марта В 1871 году был назначен Кавендишской профессором Кембриджского университета. В 1873 году выходят «Трактат по электричеству и магнетизму» (в двух томах) и книга «Материя и движение » . «Материя и движение» - это небольшая книжка посвящена изложению основ механики. «Трактат по электричеству и магнетизму» - главный труд Максвелла и вершина его научного творчества. В нем он подвел итоги многолетней работы с электромагнетизма, начавшаяся еще в начале 1854 года. Предисловие к «Трактата» датировано 1 февраля 1873 . Таким образом, Максвелл работал над своей основной работой девятнадцать лет.

Максвелл рассмотрел всю сумму знаний по электричеству и магнетизму своего времени, начиная с основных фактов электростатики и заканчивая созданной им электромагнитной теории света . Он подвел итоги борьбы теорий дальнодействия и близкодействия, начавшейся еще при жизни Ньютона , Посвятив последнюю главу своей книги рассмотрению теорий действия на расстоянии. Максвелл не высказался открыто против существовавших до него теорий электричества; он изложил фарадеевську концепцию как равноправную с господствующими теориями, но весь дух его книги, его подход к анализу электромагнитных явлений были настолько новы и необычны, что современники отказывались понять книгу.

В знаменитой предисловии к «Трактата» Максвелл так характеризует цель своего труда: описать важнейшие из электромагнитных явлений, показать, как их можно измерить и «проследить математические соотношения между измеряемыми величинами». Он указывает, что постарается «за возможности осветить связь математической формы этой теории и общей динамики, с тем чтобы в определенной степени подготовиться к определению тех динамических законов, среди которых нам следовало бы искать иллюстрации или объяснения электромагнитных явлений».

Законы механики Максвелл считает основными законами природы. Не случайно поэтому как фундаментальную предпосылку к основным своим уравнений электромагнитной теории он излагает основные положения динамики. Но вместе с тем Максвелл понимает, что теория электромагнитных явлений - это качественно новая теория, не сводится к механике, хотя механика и облегчает проникновение в эту новую область явлений природы.

Главные выводы Максвелла сводятся к следующему: переменное магнитное поле , Что возбуждается изменяющимся током , Создает в окружающем пространстве электрическое поле , Которое в свою очередь возбуждает магнитное поле и т. Д. Сменяемые электрические и магнитные поля, взаимно порождая друг друга, образуют единое переменное электромагнитное поле - электромагнитную волну . он вывел уравнения , Показывающие, что магнитное поле, создаваемое источником тока , Распространяется от него с постоянной скоростью. Первое уравнение выражало электромагнитную индукцию Фарадея; второе - магнитоэлектрическую индукцию, открытую Максвеллом и основанную на представлениях о ток смещения; третье - закон сохранения количества электричества , Четвертое - вихревой характер магнитного поля. Возникнув, электромагнитное поле распространяется в пространстве со скоростью света 300000 км / с, занимая все больший и больший объем. Максвелл утверждал, что волны света имеют ту же природу, что и волны, возникающие вокруг провода, в котором есть переменный электрический ток. Они отличаются друг от друга только длиной . Очень короткие волны и является видимый свет .

Последние годы [ ред. | ред. код ]

В середине семидесятых годов была опубликована работа Максвелла «О динамическом доказательство молекулярного строения тел», которая представляет важное дополнение к его «Теории тепла» и его работ по кинетической теории газов. В 1874 году он начинает большую историческую работу: изучение научного наследия ученого XVIII века Генри Кавендиша и готовит ее к печати. После исследований Максвелла стало ясно, что Кавендиш задолго до Фарадея открыл влияние диэлектрика на величину электроемкости и за 15 лет до кулона открыл закон электрических взаимодействий.

Работы Кавендиша по электричеству с описанием экспериментов заняли большой том, вышедший в 1879 году под названием «Статьи по электричеству достопочтенного Генри Кавендиша». Это была последняя книга Максвелла, выпущенная при его жизни. 5 ноября 1879 в Кембридже он умер.

• Теория электромагнитного поля: учеб. пособие. / Иван Болеста. - Львов: ЛНУ им. Ивана Франко, 2013. - 478 с.

1. ↑ математическая генеалогия - 1997.
2. ↑ В. П. Карцев. Максвелл. - М.: Молодая гвардия, 1974. - С. 10-13.
3. ↑ MS Longair. Maxwell and the science of colour // Philosophical Transactions of the Royal Society A. - 2008. - Vol. 366, № 1871. - P. 1688-1689. В 1861 году Максвелл создал усовершенствованный вариант устройства, который хранится в Кавендишской лаборатории.
4. ↑ В. П. Карцев. Максвелл. - С. 13-16, 20-26, 32.
5. ↑ В. П. Карцев. Максвелл. - С. 46-51, 55.
6. ↑ В. П. Карцев. Максвелл. - С. 57, 62-68, 70-71.
7. ↑ Е. М. Кляус. Джемс Клерк Максвелл // Дж. К. Максвелл. Статьи и речи. - М. Наука, 1968. - С. 342-343.

Похожие