Джеймс Кларк Максуел за значението на своето изобретение. Пионер на количествената теория на цветовете

Джеймс Максуел е физик, който пръв формулира основите на класическата електродинамика. Те се използват и днес. Известно е известното уравнение на Максуел, той въведе в тази наука такива понятия като ток на изместване, електромагнитно поле, предсказани електромагнитни вълни, природата и налягането на светлината и направи много други важни открития.

Детство по физика

Физикът Максуел е роден през 19 век, през 1831 г. Роден е в Единбург, Шотландия. Героят на нашата статия идва от клана на Клеркс, баща му притежава семейно имение в Южна Шотландия. През 1826 г. той намира съпруга на име Франсис Кей, те се женят и 5 години по-късно им се ражда Джеймс.

В ранна детска възраст Максуел и родителите му се преместват в имението Мидълби, където той прекарва детството си, което е силно помрачено от смъртта на майка му от рак. Още в първите години от живота си той активно се интересуваше от външния свят, обичаше поезията, беше заобиколен от така наречените "научни играчки". Например, предшественикът на кинематографията е "магическият диск".

На 10-годишна възраст той започва да учи с домашен учител, но това се оказва неефективно, така че през 1841 г. той се премества в Единбург при леля си. Тук той започва да посещава Академията в Единбург, която набляга на класическото образование.

Учи в университета в Единбург

През 1847 г. бъдещият физик Джеймс Максуел започва да учи в Tut, той изучава произведения по физика, магнетизъм и философия, създава множество лабораторни експерименти. Най-много се интересуваше от механичните свойства на материалите. Той ги изучава с помощта на поляризирана светлина. Физикът Максуел имаше такава възможност, след като колегата му Уилям Никол му подари две поляризиращи устройства, сглобени от самия него.

По това време той прави голям брой модели от желатин, подлага ги на деформации, следва цветни картини в поляризирана светлина. Сравнявайки своите експерименти с теоретичните изследвания, Максуел извежда много нови модели и тества старите. По това време резултатите от тази работа са изключително важни за строителната механика.

Максуел в Кеймбридж

През 1850 г. Максуел иска да продължи образованието си, въпреки че баща му не е ентусиазиран от тази идея. Ученият отива в Кеймбридж. Там той влиза в евтиния Peterhouse College. Наличната там учебна програма не задоволява Джеймс и освен това обучението в Peterhouse не дава никакви перспективи.

Едва в края на първия семестър успява да убеди баща си и да се прехвърли в по-престижния колеж Тринити. Две години по-късно той става стипендиант, получава отделна стая.

В същото време Максуел практически не се занимава с научна дейност, той чете повече и посещава лекции от видни учени на своето време, пише поезия и участва в интелектуалния живот на университета. Героят на нашата статия общува много с нови хора, поради което компенсира естествената си срамежливост.

Ежедневието на Максуел беше интересно. От 7 сутринта до 17 часа работеше, след което заспиваше. Станах отново в 21.30, прочетох и от два до два и половина се занимавах с джогинг точно в коридорите на хостела. След това пак си легна да спи до сутринта.

Електрически работи

По време на престоя си в Кеймбридж физикът Максуел се интересува сериозно от проблемите на електричеството. Той изследва магнитни и електрически ефекти.

По това време Майкъл Фарадей изложи теорията за електромагнитната индукция, силови линии, способни да свързват отрицателни и положителни електрически заряди. Максуел обаче не харесваше тази концепция за действие от разстояние, интуицията му подсказваше, че някъде има противоречия. Затова той решава да изгради математическа теория, която да комбинира резултатите, получени от привържениците на действието на далечни разстояния и представянето на Фарадей. Той използва метода на аналогията и прилага резултатите, постигнати преди това от Уилям Томсън при анализа на процесите на пренос на топлина в твърди тела. Така за първи път той даде обоснована математическа обосновка за това как протича предаването на електрическо действие в определена среда.

Цветни кадри

През 1856 г. Максуел заминава за Абърдийн, където скоро се жени. През юни 1860 г., на конгреса на Британската асоциация, който се провежда в Оксфорд, героят на нашата статия прави важен доклад за своите изследвания в областта на теорията на цветовете, като ги подсилва със специфични експерименти с помощта на цветна кутия. През същата година той е награден с медал за работата си върху комбинацията от оптика и цветове.

През 1861 г. той предоставя неопровержимо доказателство за правилността на своята теория в Кралския институт - това е цветна снимка, върху която той работи от 1855 г. Никой в света не е правил това досега. Той е заснел негативите през няколко филтъра – син, зелен и червен. Осветявайки негативите през същите филтри, той успява да получи цветно изображение.

Уравнение на Максуел

Томсън оказва силно влияние и върху биографията на Джеймс Клерк Максуел. В резултат на това той стига до извода, че магнетизмът има вихров характер, а електрическият ток - транслационен. Той създава механичен модел, за да демонстрира визуално всичко.

В резултат на това токът на изместване доведе до известното уравнение за непрекъснатост, което все още се използва днес за електрически заряд. Според съвременниците това откритие е най-значимият принос на Максуел към съвременната физика.

последните години от живота

Максуел прекарва последните години от живота си в Кеймбридж на различни административни длъжности, като става президент на Философското общество. Заедно със своите ученици той изучава разпространението на вълните в кристалите.

Служителите, които са работили с него, многократно отбелязват, че той е бил възможно най-прост в комуникацията, посветил се е изцяло на изследването, имал е уникална способност да прониква в същността на самия проблем, бил е много проницателен, като същевременно адекватно отговаря на критиките, никога не се е стремил към стана известен, но в същото време той беше способен на изключително изискан сарказъм.

Първите симптоми на сериозно заболяване се появяват през 1877 г., когато Максуел е само на 46 години. Той все повече започна да се задушава, беше му трудно да яде и преглъща храна, имаше силни болки.

Две години по-късно му беше много трудно да изнася лекции, да говори публично, много бързо се уморяваше. Лекарите отбелязват, че състоянието му непрекъснато се влошава. Диагнозата на лекарите беше разочароваща - рак на коремната кухина. В края на годината, окончателно отслабен, той се завърна от Гленлаър в Кеймбридж. Известният по онова време д-р Джеймс Паджет се опита да облекчи страданието му.

През ноември 1879 г. Максуел умира. Ковчегът с тялото му е транспортиран от Кеймбридж до семейното имение, погребан до родителите му в малко селско гробище в Партън.

Олимпиада в чест на Максуел

Споменът за Максуел е запазен в имената на улици, сгради, астрономически обекти, награди и благотворителни фондации. Олимпиадата по физика Максуел също се провежда всяка година в Москва.

Провежда се за ученици от 7 до 11 клас включително. За ученици от 7-8 клас резултатите от олимпиадата по физика на Максуел са заместител на регионалния и общоруския етап на олимпиадата за ученици по физика.

За участие в регионалния етап е необходимо да съберете достатъчно точки от предварителния подбор. Областният и финалният етап на олимпиадата по физика на Максуел се провеждат на два етапа. Единият от тях е теоретичен, а вторият е експериментален.

Интересно е, че задачите на олимпиадата по физика на Максуел на всички етапи съвпадат по отношение на трудност с тестовете на финалните етапи на Всеруската олимпиада за ученици.

състояние:Великобритания

Сфера на дейност:Наука, физика

Най-голямо постижение:Той става основател на електродинамиката.

Откакто науката е открита за цялото човечество, всеки се е опитвал да намери нещо ново в нея. И запишете името си в историята. Разбира се, хората, които са любители на хуманитарните науки, не знаят имената на физици, химици и математици. Но въпреки това има някои личности, които се чуват от всички, дори от човек, който няма представа какво е физика. Джеймс Максуел е един такъв учен, оставил своя отпечатък в историята на математиката и физиката.

Джеймс Клерк Максуел, шотландски физик, най-известен със своята формулировка на електромагнитната теория. Той е смятан от повечето съвременни физици за учения от 19-ти век, който е имал най-голямо влияние върху физиката на 20-ти век, и той се нарежда до Исак Нютон и за фундаменталния характер на неговия принос.

ранните години

Бъдещият физик е роден на 13 юни 1831 г. в Единбург. Първоначалното фамилно име беше Клерк, допълнително фамилно име, добавено от баща му, който работеше като адвокат и наследи имението Middleby. Джеймс беше единствено дете. Родителите му се ожениха доста късно в онези дни, а майка му беше на 40 години по време на раждането му. Момчето прекарва детството си в имението Middleby, което е преименувано на Glenlar.

Майка му умира през 1839 г. от рак на корема и баща му става основната фигура в неговото възпитание. Благодарение на него младият Джеймс се интересува от точните науки. В училище той проявяваше силно любопитство от ранна възраст и имаше феноменална памет. През 1841 г. е изпратен на училище в Единбургската академия. Други ученици включват бъдещия му биограф Луис Кембъл и неговия приятел Питър Гътри Тейт.

Интересите на Максуел далеч надхвърляха училищната програма и той не обръщаше особено внимание на резултатите от изпитите. Първата му научна статия, публикувана, когато той е само на 14 години, описва обобщена поредица от овални криви, които могат да бъдат проследени с карфици и конец по начин, подобен на елипса. Това увлечение по геометрията и механичните модели продължава през цялата му кариера и е от голяма полза в следващите му изследвания.

На 16-годишна възраст постъпва в Университета в Единбург, където чете ненаситно книги по всички предмети и публикува още две научни статии. През 1850 г. постъпва в Кеймбридж. След дипломирането си на Джеймс е предложена преподавателска позиция. По това време той се интересува от електричество и цветове, които по-късно ще бъдат в основата на първата цветна снимка.

Кариера и открития на Джеймс Мъскуел

През 1854 г. той продължава да работи в Тринити Колидж, но тъй като здравето на баща му се влошава, той трябва да се върне в Шотландия. През 1856 г. той е назначен за професор по естествена философия в Marischal College, Абърдийн, но това назначение е помрачено от тъжната новина за смъртта на баща му. Това беше голяма лична загуба за Максуел, тъй като той имаше близки отношения с баща си. През юни 1858 г. Максуел се жени за Катрин Дюар, дъщеря на директора на колежа, където той започва да работи. Съпрузите нямаха деца, но имаше доверителни отношения и взаимно уважение.

През 1860 г. Marischal и King's College се сливат, за да образуват Университета на Абърдийн. Максуел беше помолен да напусне позицията. Той кандидатства за позиция в университета в Единбург, но е отхвърлен в полза на неговия приятел от училище Тейт. След като е отхвърлен, Джеймс се мести в Лондон.

Следващите пет години несъмнено са най-плодотворните в кариерата му. През този период са публикувани две негови класически творби за електромагнитното поле и е имало демонстрация на цветната му фотография. Максуел ръководи експерименталната дефиниция на електрически единици за Британската асоциация за напредък на науката и тази работа по измерване и стандартизация доведе до създаването на Националната физическа лаборатория.

Именно изследванията на Максуел върху електромагнетизма го направиха име сред великите учени в историята. В предговора към своя Трактат за електричеството и магнетизма (1873 г.) Максуел заявява, че основната му задача е да превърне физическите идеи на Фарадей в математическа форма. В опит да илюстрира закона за индукция на Фарадей (че променящото се магнитно поле създава индуцирано електромагнитно поле), Максуел изгради механичен модел. Той откри, че моделът генерира съответен "ток на изместване" в диелектричната среда, която след това може да бъде мястото на срязващите вълни. Изчислявайки скоростта на тези вълни, той установи, че те са много близки до скоростта на светлината.

Теорията на Максуел предполага, че електромагнитните вълни могат да бъдат генерирани в лаборатория, възможност, демонстрирана за първи път от Хайнрих Херц през 1887 г., осем години след смъртта на Максуел. В допълнение към своята електромагнитна теория, Максуел има голям принос в други области на физиката. Още на 20-годишна възраст той демонстрира своето майсторство в класическата физика, като написа есе за пръстените на Сатурн, в което заключи, че пръстените трябва да са съставени от несвързани маси материя - заключение, което беше потвърдено в продължение на 100 години по-късно първата космическа сонда "Вояджър", достигнала пръстеновидната планета.

последните години от живота

През 1871 г. Максуел е избран за нов професор в колежа Кавендиш, Кеймбридж. Той се заема с проектирането на местната лаборатория и ръководи нейното изграждане. Максуел имаше малко ученици, но те бяха от най-висок калибър и включваха Уилям Д. Нивън, Джон Амброуз (по-късно станал сър Джон Амброуз), Ричард Тетли Глейзбрук, Джон Хенри Пойнтинг и Артър Шустър.

По време на Великден 1879 г. Максуел се разболява тежко - оказва се, че е рак на корема. Тази, от която почина майка му. Тъй като не можеше да изнася лекции както преди, той се върна в Гленлаър през юни, но състоянието му не се подобри. Великият физик Джеймс Маскуел умира на 5 ноември 1879 г. По ирония на съдбата Максуел не получи публични почести и беше тихо погребан в малко гробище в село Партън, Шотландия.

Международен университет по природа, общество и човек "Дубна"
Отдел за устойчиво иновативно развитие
ИЗСЛЕДОВАТЕЛСКА РАБОТА

по темата:

„Приносът на Джеймс Клерк Максуел към науката“

Изпълни: Плешкова А.В., гр. 5103

Проверен от: Болшаков B.E.

Дубна, 2007 г

Формулите, до които стигаме, трябва да са такива, че представител на всяка нация, замествайки числовите стойности на величините, измерени в нейните национални единици вместо символи, да получи правилния резултат.

Дж.К.Максуел

Биография 5

Откритията на J.C. Maxwell 8

Единбург. 1831-1850 8

Детство и ученически години 8

Първо откритие 9

Единбургски университет 9

Оптико-механични изследвания 9

1850-1856 Кеймбридж 10

Уроци по електричество 10

Абърдийн 1856-1860 12

Трактат за пръстените на Сатурн 12

Лондон - Гленлаър 1860-1871 13

Първа цветна снимка 13

Теория на вероятностите 14

Механичен модел Максуел 14

Електромагнитни вълни и електромагнитна теория на светлината 15

Кеймбридж 1871-1879 16

Лаборатория Кавендиш 16

Световно признание 17

Измерение 18

Закон за запазване на мощността 22

Списък на използваната литература 23

Въведение

Днес възгледите на Дж. К. Максуел, един от най-големите физици на миналото, с чието име се свързват фундаментални научни постижения, които са част от златния фонд на съвременната наука, представляват значителен интерес. Максуел представлява интерес за нас като изключителен методолог и историк на науката, който дълбоко разбира сложността и непоследователността на процеса на научно изследване. Анализирайки връзката между теорията и реалността, Максуел възкликна шокиран: „Но кой ще ме отведе в още по-скрита мъглива област, където мисълта е съчетана с факта, където виждаме умствената работа на един математик и физическото действие на молекулите в техните истинска връзка? Пътят към тях не минава ли през самото леговище на метафизиците, осеяно с останки от предишни изследователи и вдъхващо ужас на всеки човек на науката?.. В ежедневната си работа ние стигаме до въпроси от същия вид като метафизиката, но без да разчитаме на въз основа на вродената проницателност на нашия ум, ние се приближаваме към тях, подготвени чрез дълго адаптиране на нашия начин на мислене към фактите от външната природа. (Джеймс Клерк Максуел. Статии и речи. М., "Наука", 1968. С.5).

Биография

Роден в семейството на шотландски благородник от благородническо семейство на чиновниците. Учи първо в Единбург (1847-1850), след това в Кеймбридж (1850-1854) университети. През 1855 г. той става член на Съвета на Тринити Колидж, през 1856-1860 г. Бил е професор в Marishall College, Aberdeen University, от 1860 г. ръководи катедрата по физика и астрономия в King's College, London University. През 1865 г., поради тежко заболяване, Максуел подава оставка от стола и се установява в семейното си имение Гленлар близо до Единбург. Продължава да учи наука, пише няколко есета по физика и математика. През 1871 г. той заема катедрата по експериментална физика в университета в Кеймбридж. Той организира изследователска лаборатория, която отваря врати на 16 юни 1874 г. и е наречена Кавендиш - в чест на Г. Кавендиш.

Максуел завършва първата си научна работа, докато е още в училище, изобретявайки прост начин за рисуване на овални форми. Тази работа беше докладвана на среща на Кралското общество и дори публикувана в неговите сборници. Като член на Съвета на Тринити Колидж той експериментира с теорията на цветовете, действайки като наследник на теорията на Юнг и теорията на Хелмхолц за трите основни цвята. В експерименти за смесване на цветове Максуел използва специален връх, чийто диск е разделен на сектори, боядисани в различни цветове (диск на Максуел). Когато въртящият се връх се завъртя бързо, цветовете се сляха: ако дискът беше боядисан по начина, по който са разположени цветовете на спектъра, той изглеждаше бял; ако едната му половина беше боядисана в червено, а другата половина в жълто, изглеждаше оранжево; смесването на синьо и жълто създава впечатление за зелено. През 1860 г. Максуел е награден с медала на Румфорд за работата си върху цветовото възприятие и оптиката.

През 1857 г. университетът в Кеймбридж обяви конкурс за най-добра работа върху стабилността на пръстените на Сатурн. Тези образувания са открити от Галилей в началото на 17 век. и представляваше удивителна мистерия на природата: планетата изглеждаше заобиколена от три непрекъснати концентрични пръстена, състоящи се от вещество с неизвестна природа. Лаплас доказа, че те не могат да бъдат твърди. След като извърши математически анализ, Максуел беше убеден, че те също не могат да бъдат течни и стигна до заключението, че такава структура може да бъде стабилна само ако се състои от рояк несвързани метеорити. Стабилността на пръстените се осигурява от привличането им към Сатурн и взаимното движение на планетата и метеоритите. За тази работа Максуел получава наградата J. Adams.

Една от първите работи на Максуел е неговата кинетична теория на газовете. През 1859 г. ученият прави презентация на среща на Британската асоциация, в която дава разпределението на молекулите по скорости (разпределение на Максуел). Максуел развива идеите на своя предшественик в развитието на кинетичната теория на газовете Р. Клаузиус, който въвежда понятието "среден среден свободен път". Максуел изхожда от идеята за газ като ансамбъл от идеално еластични топки, движещи се произволно в затворено пространство. Топките (молекулите) могат да бъдат разделени на групи според техните скорости, докато в неподвижно състояние броят на молекулите във всяка група остава постоянен, въпреки че те могат да напускат групите и да влизат в тях. От това съображение следва, че "частиците се разпределят според скоростите съгласно същия закон, както са разпределени грешките на наблюдението в теорията на метода на най-малките квадрати, т.е. в съответствие с статистиката на Гаус." Като част от своята теория Максуел обяснява закона на Авогадро, дифузията, топлопроводимостта, вътрешното триене (теория на преноса). През 1867 г. той показва статистическата природа на втория закон на термодинамиката („Демонът на Максуел“).

През 1831 г., годината на раждане на Максуел, М. Фарадей извършва класически експерименти, които го довеждат до откриването на електромагнитната индукция. Максуел започва да изучава електричеството и магнетизма около 20 години по-късно, когато има две гледни точки за природата на електрическите и магнитните ефекти. Учени като А. М. Ампер и Ф. Нойман се придържат към концепцията за действие на далечни разстояния, като разглеждат електромагнитните сили като аналог на гравитационното привличане между две маси. Фарадей беше привърженик на идеята за силови линии, които свързват положителните и отрицателните електрически заряди или северния и южния полюс на магнита. Силовите линии изпълват цялото околно пространство (полето, по терминологията на Фарадей) и определят електрическите и магнитните взаимодействия. Следвайки Фарадей, Максуел разработи хидродинамичен модел на силовите линии и изрази известните тогава отношения на електродинамиката на математически език, съответстващ на механичните модели на Фарадей. Основните резултати от това изследване са отразени в работата "Силовите линии на Фарадей" (Faraday's Lines of Force, 1857). През 1860-1865г. Максуел създава теорията за електромагнитното поле, която формулира като система от уравнения (уравнения на Максуел), описващи основните закони на електромагнитните явления: 1-вото уравнение изразява електромагнитната индукция на Фарадей; 2-ра - магнитоелектрична индукция, открита от Максуел и основана на концепциите за токовете на изместване; 3-ти - законът за запазване на количеството електричество; 4-то - вихров характер на магнитното поле.

Продължавайки да развива тези идеи, Максуел стига до извода, че всякакви промени в електрическите и магнитните полета трябва да предизвикат промени в силовите линии, проникващи в околното пространство, тоест трябва да има импулси (или вълни), разпространяващи се в средата. Скоростта на разпространение на тези вълни (електромагнитни смущения) зависи от диелектричната и магнитната пропускливост на средата и е равна на отношението на електромагнитната единица към електростатичната единица. Според Максуел и други изследователи това съотношение е 3×1010 cm/s, което е близко до скоростта на светлината, измерена седем години по-рано от френския физик А. Физо. През октомври 1861 г. Максуел информира Фарадей за откритието си, че светлината е електромагнитно смущение, разпространяващо се в непроводима среда, т.е. вид електромагнитна вълна. Този последен етап от изследването е очертан в "Динамичната теория на електромагнитното поле" на Максуел (Трактат за електричеството и магнетизма, 1864 г.), а известният "Трактат за електричеството и магнетизма" обобщава работата му по електродинамика. (1873)

През последните години от живота си Максуел се занимава с подготовката за печат и публикуването на ръкописното наследство на Кавендиш. Два големи тома се появяват през октомври 1879 г.

Откритията на Дж. К. Максуел

Единбург. 1831-1850 г

Детство и ученически години

13 юни 1831 г. в Единбург на улица "Индия" № 14, Франсис Кей, дъщеря на единбургски съдия, след брак - г-жа Клерк Максуел, роди син Джеймс. На този ден нищо значимо не се е случило в целия свят, основното събитие от 1831 г. все още не се е случило. Но единадесет години брилянтният Фарадей се опитва да разбере тайните на електромагнетизма и едва сега, през лятото на 1831 г., той атакува следите на неуловимата електромагнитна индукция, а Джеймс ще бъде само на четири месеца, когато Фарадей ще обобщи неговият експеримент "за получаване на електричество от магнетизъм". И така ще се отвори нова ера – ерата на електричеството. Епохата, за която малкият Джеймс, потомък на славните фамилии шотландски Клеркс и Максуел, ще трябва да живее и твори.

Бащата на Джеймс, Джон Клерк Максуел, адвокат по професия, мразеше закона и изпитваше отвращение, както самият той каза, към „мръсния адвокатски бизнес“. Веднага щом се появи възможност, Джон спря безкрайното си бъркане из мраморните фоайета на Единбургския двор и се отдаде на научни експерименти, с които небрежно се занимаваше любителски. Той беше аматьор, знаеше това и беше силно притеснен. Йоан беше влюбен в науката, в учените, в практичните хора, в учения си дядо Георги. Това бяха опитите за проектиране на духалка, които бяха извършени съвместно с брат му Франсез Кей, които го доведоха до бъдещата му съпруга; сватбата се състоя на 4 октомври 1826 г. Вентилаторът никога не работеше, но се роди син Джеймс.

Когато Джеймс беше на осем, майка му почина и той остана с баща си. Детството му е изпълнено с природа, общуване с баща му, книги, истории за роднини, "научни играчки", първите "открития". Роднините на Джеймс се притесняваха, че той не получава систематично образование: случайно четене на всичко, което има в къщата, уроци по астрономия на верандата на къщата и в хола, където Джеймс и баща му построиха "небесен глобус". След неуспешен опит да учи при частен учител, от когото Джеймс често бягал за по-вълнуващи занимания, било решено да го изпрати да учи в Единбург.

Въпреки че се обучава у дома, Джеймс отговаря на високите стандарти на Академията в Единбург и е записан там през ноември 1841 г. Представянето му в класната стая далеч не беше блестящо. Лесно би могъл да се справи с по-добри задачи, но духът на състезание в неприятните занимания му беше дълбоко чужд. След първия учебен ден той не се разбираше със съучениците си и затова повече от всичко Джеймс обичаше да бъде сам и да разглежда околните предмети. Едно от най-ярките събития, което несъмнено разведряваше скучните училищни дни, беше посещението с баща му в Кралското дружество в Единбург, където бяха изложени първите „електромагнитни машини“.

Кралското дружество в Единбург променя живота на Джеймс: там той получава първите си концепции за пирамидата, куба и други правилни полиедри. Съвършенството на симетрията, правилните трансформации на геометричните тела промениха концепцията на Джеймс за преподаване - той видя в преподаването зрънцето на красотата и съвършенството. Когато дойде време за изпитите, студентите от академията бяха изумени - "глупакът", както наричаха Максуел, стана един от първите.

Първо откритие

Ако по-рано баща му от време на време водеше Джеймс на любимото му забавление - срещите на Кралското общество на Единбург, сега посещението на това общество, както и на Единбургското общество на изкуствата с Джеймс, стана редовно и задължително за него. На събранията на Обществото на изкуствата най-известният лектор, който рисуваше тълпи, беше г-н Д.Р. Хей, декоратор. Именно неговите лекции подтикват Джеймс към първото му голямо откритие - прост инструмент за рисуване на овали. Джеймс намери оригинален и в същото време много прост начин, и най-важното, напълно нов. Той описа принципа на своя метод в кратка „статия“, която беше прочетена в Кралското общество на Единбург – чест, която мнозина търсеха и беше присъдена на четиринадесетгодишен ученик.

Единбургски университет

Оптико-механични изследвания

През 1847 г. обучението в Единбургската академия завършва, Джеймс е един от първите, обидите и тревогите от първите години са забравени.

След като завършва академията, Джеймс постъпва в Университета в Единбург. По същото време започва сериозно да се интересува от оптични изследвания. Твърденията на Брустър доведоха Джеймс до идеята, че изследването на пътя на лъчите може да се използва за определяне на еластичността на средата в различни посоки, за откриване на напрежения в прозрачни материали. По този начин изследването на механичните напрежения може да се сведе до оптично изследване. Два лъча, разделени в напрегнат прозрачен материал, ще взаимодействат, създавайки характерни цветни картини. Джеймс показа, че цветните картини са доста естествени по природа и могат да се използват за изчисления, за проверка на предишни изведени формули, за извеждане на нови. Оказа се, че някои от формулите са грешни или неточни или трябва да бъдат коригирани.

Фиг. 1 Модел на напрежение в триъгълник на стела, получен от Джеймс с помощта на поляризирана светлина.

Нещо повече, Джеймс успя да разкрие модели в случаите, когато преди това нищо не можеше да се направи поради математически трудности. Прозрачният и натоварен триъгълник от незакалено стъкло (фиг. 1) даде възможност на Джеймс да изследва напреженията и в този неизчислим случай.

Деветнадесетгодишният Джеймс Клерк Максуел за първи път се качи на подиума на Кралското дружество в Единбург. Докладът му не можеше да остане незабелязан: той съдържаше твърде много ново и оригинално.

1850-1856 Кеймбридж

Уроци по електричество

Сега никой не поставя под въпрос таланта на Джеймс. Той явно е надраснал университета в Единбург и затова влиза в Кеймбридж през есента на 1850 г. През януари 1854 г. Джеймс завършва с отличие университета с бакалавърска степен. Той решава да остане в Кеймбридж, за да се подготви за професорска длъжност. Сега, когато не трябва да учи за изпити, той получава дългоочакваната възможност да прекарва цялото си време в експерименти, продължава изследванията си в областта на оптиката. Особено се интересува от въпроса за основните цветове. Първата статия на Максуел се казва „Теорията на цветовете във връзка с цветната слепота“ и дори всъщност не е статия, а писмо. Максуел го изпрати на д-р Уилсън, който намери писмото за толкова интересно, че се погрижи за публикуването му: той го постави изцяло в книгата си за цветната слепота. И въпреки това Джеймс е несъзнателно привлечен от по-дълбоки мистерии, неща много по-неочевидни от смесването на цветовете. Именно електричеството, поради своята интригуваща неразбираемост, неизбежно, рано или късно, трябваше да привлече енергията на младия му ум. Джеймс схвана фундаменталните принципи на напрегнатото електричество доста лесно. Изучавайки теорията на Ампер за действието на далечни разстояния, той, въпреки очевидната й неопровержимост, си позволи да се усъмни в нея. Теорията за далечни разстояния изглеждаше безспорно справедлива, тъй като се потвърждава от формалното сходство на закони, математически изрази за привидно различни явления – гравитационно и електрическо взаимодействие. Но тази теория, повече математическа, отколкото физическа, не убеди Джеймс, той беше все по-склонен към възприятието на Фарадей за действие чрез посредничеството на магнитни линии на сила, изпълващи пространството, към теорията за действието на къси разстояния.

Опитвайки се да създаде теория, Максуел решава да използва метода на физическите аналогии за изследване. На първо място, беше необходимо да се намери правилната аналогия. Максуел винаги се възхищаваше на аналогията, която тогава беше забелязана само между проблемите на привличането на електрически заредени тела и проблемите на постоянния пренос на топлина. Това, както и идеите на Фарадей за действие на къси разстояния, амперското магнитно действие на затворени проводници, Джеймс постепенно вгражда в нова теория, неочаквана и смела.

В Кеймбридж на Джеймс е възложено да преподава най-трудните глави по хидростатика и оптика на най-способните студенти. Освен това той беше разсеян от електрическите теории от работата върху книга по оптика. Скоро Максуел стига до заключението, че оптиката вече не го интересува както преди, а само отвлича вниманието от изучаването на електромагнитните явления.

Продължавайки да търси аналогия, Джеймс сравнява силовите линии с потока на някаква несвиваема течност. Теорията на тръбите от хидродинамиката направи възможно замяната на силовите линии със силови тръби, което лесно обясни експеримента на Фарадей. Концепциите за съпротивление, явленията на електростатиката, магнитостатиката и електрическия ток лесно и просто се вписват в рамката на теорията на Максуел. Но феноменът на електромагнитната индукция, открит от Фарадей, не се вписва в тази теория.

Джеймс трябваше да изостави теорията си за известно време поради влошаването на състоянието на баща му, което изискваше грижи. Когато след смъртта на баща си Джеймс се завръща в Кеймбридж, той не може да получи висша магистърска степен поради религията си. Поради това през октомври 1856 г. Джеймс Максуел пое председателството в Абърдийн.

Абърдийн 1856-1860

Трактат за пръстените на Сатурн

Именно в Абърдийн е написана първата работа за електричеството - статията "Върху силовите линии на Фарадей", която доведе до обмен на мнения за електромагнитните явления със самия Фарадей.

Когато Джеймс започва обучението си в Абърдийн, в главата му вече е узрял нов проблем, който все още никой не може да реши, нов феномен, който трябва да бъде обяснен. Това бяха пръстените на Сатурн. Да определи физическата им същност, да ги определи от милиони километри, без каквито и да било инструменти, само с хартия и химикал - това беше задача като че ли за него. Хипотезата за солиден твърд пръстен беше отхвърлена веднага. Течният пръстен ще се разпадне под въздействието на гигантски вълни, възникнали в него - и в резултат на това, според Джеймс Клерк Максуел, множество малки спътници, "тухлени фрагменти", според неговото възприятие, най-вероятно кръжат около Сатурн . За трактат върху пръстените на Сатурн Джеймс е удостоен с наградата Адамс през 1857 г., а самият той е признат за един от най-уважаваните английски физици теоретични.

Фиг.2 Сатурн. Снимка, направена с 36-инчов рефрактор в обсерваторията Лик.

Фиг.3 Механични модели, илюстриращи движението на пръстените на Сатурн. Чертежи от есето на Максуел "За стабилността на въртенето на пръстените на Сатурн"

Лондон - Гленлаър 1860-1871

Първата цветна снимка

През 1860 г. започва нов етап в живота на Максуел. Той е назначен за професор по естествена философия в King's College London. Kings College по отношение на оборудването на своите физични лаборатории изпревари много университети в света. Тук Максуел не е само през 1864-1865 г. преподава курс по приложна физика, тук той се опита да организира учебния процес по нов начин. Учениците учеха чрез експерименти. В Лондон Джеймс Клерк Максуел за първи път вкусва от плодовете на признанието си за велик учен. За изследване на смесването на цветовете и оптиката Кралското общество награди Максуел с медала Румфорд. На 17 май 1861 г. на Максуел е предложена високата чест да изнесе лекция пред Кралския институт. Темата на лекцията е „За теорията за трите основни цвята“. В тази лекция, като доказателство за тази теория, за първи път на света е показана цветна снимка!

Теория на вероятностите

В края на периода на Абърдийн и в началото на периода на Лондон Максуел има, наред с оптиката и електричеството, ново хоби - теорията на газовете. Работейки върху тази теория, Максуел въвежда във физиката такива понятия като "вероятно", "това събитие може да се случи с по-голяма степен на вероятност".

Имаше революция във физиката и много слушатели на докладите на Максуел на годишните срещи на Британската асоциация дори не го забелязаха. От друга страна, Максуел се доближава до границите на механичното разбиране на материята. И ги кръстоса. Заключението на Максуел за господството на законите на вероятността в света на молекулите засяга най-фундаменталните основи на светогледа. Твърдението, че светът на молекулите е „случайно доминиран“, беше в своята дързост едно от най-великите постижения на науката.

Механичен модел Максуел

Работата в King's College вече беше много по-дълга, отколкото в Aberdeen - курсът на лекции продължи девет месеца в годината. По това време обаче трийсетгодишният Джеймс Клерк Максуел скицира плана за бъдещата си книга за електричеството. Това е зародишът на бъдещия трактат. Той посвещава първите глави от нея на своите предшественици: Ерстед, Ампер, Фарадей. Опитвайки се да обясни теорията на Фарадей за силовите линии, индукцията на електрически токове и теорията на Ерстед за вихровия характер на природата на магнитните явления, Максуел създава свой собствен механичен модел (фиг. 5).

Моделът представлява редици от въртящи се в една посока молекулни вихри, между които е поставен слой от най-малките сферични частици, способни да се въртят. Въпреки тромавостта си, моделът обяснява много електромагнитни явления, включително електромагнитната индукция. Моделът беше сензационен, тъй като обясняваше теорията за действието на магнитно поле под прав ъгъл по отношение на посоката на тока, формулирана от Максуел („правилото на гимлета“).

Фиг. 4 Максуел елиминира взаимодействието на съседни вихри A и B, въртящи се в една и съща посока, като въвежда „празен ход“ между тях

Фиг.5 Механичният модел на Максуел за обяснение на електромагнитните явления.

Електромагнитни вълни и електромагнитна теория на светлината

Продължавайки експериментите с електромагнити, Максуел се доближава до теорията, че всякакви промени в електрическите и магнитните сили изпращат вълни, разпространяващи се в пространството.

След поредицата от статии "За физическите линии" Максуел вече разполагаше с целия материал за изграждане на нова теория на електромагнетизма. Сега за теорията на електромагнитното поле. Скоростите и вихрушките са напълно изчезнали. Полевите уравнения бяха за Максуел не по-малко реални и осезаеми от резултатите от лабораторните експерименти. Сега както електромагнитната индукция на Фарадей, така и токът на изместване на Максуел са получени не с помощта на механични модели, а с помощта на математически операции.

Според Фарадей промяната в магнитното поле води до появата на електрическо поле. Вълна в магнитното поле предизвиква вълна в електрическото поле.

Прилив на електрическа вълна поражда прилив на магнитна вълна. Така че за първи път от перото на тридесет и три годишен пророк, електромагнитните вълни се появяват през 1864 г., но все още не във формата, в която ги разбираме сега. Максуел говори в статия от 1864 г. само за магнитни вълни. Електромагнитна вълна в пълния смисъл на думата, включваща както електрически, така и магнитни смущения, се появява в Максуел по-късно, в статията му през 1868 г.

В друга статия на Максуел - "Динамична теория на електромагнитното поле" - електромагнитната теория на светлината, очертана още по-рано, придобива ясен контур и доказателства. Въз основа на собствените си изследвания и опита на други учени (и най-вече на Фарадей), Максуел заключава, че оптичните свойства на средата са свързани с нейните електромагнитни свойства, а светлината не е нищо друго освен електромагнитни вълни.

През 1865 г. Максуел решава да напусне King's College. Той се установява в семейното си имение Гленмар, където се занимава с основните произведения на живота - Теорията на топлината и Трактата за електричеството и магнетизма. Цялото време е посветено на тях. Това бяха годините на отшелничество, годините на пълно откъсване от суматохата, служещи само на науката, най-плодотворните, ярки, творчески години. Въпреки това Максуел отново е привлечен да работи в университета и той приема предложение, направено му от университета в Кеймбридж.

Кеймбридж 1871-1879

Лаборатория Кавендиш

През 1870 г. херцогът на Девъншър декларира пред Сената на университета желанието си да построи и оборудва лаборатория по физика. И трябваше да се оглави от световноизвестен учен. Този учен беше Джеймс Клерк Максуел. През 1871 г. той започва работа по оборудването на известната лаборатория Кавендиш. През тези години най-накрая е публикуван неговият "Трактат за електричеството и магнетизма". Повече от хиляда страници, където Максуел дава описание на научни експерименти, преглед на всички теории за електричеството и магнетизма, създадени дотогава, както и "Основни уравнения на електромагнитното поле". Като цяло основните идеи на Трактата не бяха приети в Англия, дори приятелите не го разбраха. Идеите на Максуел бяха подхванати от младите. Теорията на Максуел направи голямо впечатление на руските учени. Всеки знае ролята на Умов, Столетов, Лебедев в развитието и укрепването на теорията на Максуел.

16 юни 1874 г. - денят на тържественото откриване на лабораторията Кавендиш. Следващите години бяха белязани от нарастващо признание.

Световно признание

През 1870 г. Максуел е избран за почетен доктор по литература от Единбургския университет, през 1874 г. - за чуждестранен почетен член на Американската академия за изкуства и науки в Бостън, през 1875 г. - за член на Американското философско общество във Филаделфия, а също и става почетен член на академиите на Ню Йорк, Амстердам, Виена. През следващите пет години Максуел редактира и подготвя за публикуване двадесет комплекта ръкописи на Хенри Кавендиш.

През 1877 г. Максуел усеща първите признаци на заболяване и през май 1879 г. изнася последната си лекция пред своите студенти.

Измерение

В своя известен трактат за електричеството и магнетизма (вж. Москва, "Наука", 1989 г.) Максуел се обърна към проблема за размерността на физическите величини и постави основите на тяхната кинетична система. Характеристика на тази система е наличието в нея само на два параметъра: дължина L и време T. Всички известни (и неизвестни днес!) Стойности са представени в нея като цели степени на L и T. Дробни индикатори, които се появяват в формули на измерения на други системи, лишени от физическо съдържание и логически смисъл, в тази система отсъстват.

В съответствие с изискванията на Дж. Максуел, А. Поанкаре, Н. Бор, А. Айнщайн, В. И. Вернадски, Р. Бартини дадено физическо количество е универсално тогава и само ако връзката му с пространството и времето е яснаменем. И въпреки това, преди трактата на Дж. Максуел "За електричеството и магнетизма" (1873 г.), връзката между измерението на масата и дължината и времето не е установена.

Тъй като измерението за маса е въведено от Максуел (заедно с обозначението в квадратни скоби), нека цитираме откъс от труда на самия Максуел: „Всеки израз за всяка величина се състои от два фактора или компонента. Едно от тях е името на известно количество от същия тип като количеството, което изразяваме. Тя се приема като референтен стандарт. Другият компонент е число, показващо колко пъти трябва да се приложи стандартът, за да се получи изискваната стойност. Референтната стандартна стойност се нарича e мерна единица, а съответното число е h стойност на думатаот този мащаб."

„ОТНОСНО ИЗМЕРВАНЕТО НА СТОЙНОСТИТЕ“

1. Всеки израз за всяка величина се състои от два фактора или компонента. Едно от тях е името на известно количество от същия тип като количеството, което изразяваме. Тя се приема като референтен стандарт. Другият компонент е число, показващо колко пъти трябва да се приложи стандартът, за да се получи изискваната стойност. Референтната стандартна стойност се нарича в инженерството мерна единица, а съответното число - Numeric Значениедадена стойност.

2. Когато конструираме математическа система, ние считаме основните единици - дължина, време и маса - за дадени и извличаме всички производни единици от тях, като използваме най-простите приемливи определения.

Следователно във всички научни изследвания е много важно да се използват единици, които принадлежат към правилно дефинирана система, както и да се знае връзката им с основните единици, за да могат незабавно да се преобразуват резултатите от една система в друга.

Познаването на размерите на единиците ни предоставя тест, който да приложим към уравнения, получени от дълги проучвания.

Размерът на всеки от членовете на уравнението по отношение на всяка от трите основни единици трябва да бъде еднакъв. Ако това не е така, тогава уравнението е безсмислено, съдържа някаква грешка, тъй като интерпретацията му се оказва различна и зависи от произволната система от единици, която приемаме.

Три основни единици:

(1) ДЪЛЖИНА. Еталонът за дължина, използван у нас за научни цели, е футът, който е една трета от стандартния ярд, съхраняван в Съкровищницата.

Във Франция и други страни, които са приели метричната система, стандартът за дължина е метърът. Теоретично това е една десет милионна част от дължината на земния меридиан, измерена от полюса до екватора; на практика това е дължината на стандарта, съхраняван в Париж, направен от Борда (Borda) по такъв начин, че при температурата на топене на леда да съответства на стойността на дължината на меридиана, получена от d'Alembert. Измерванията, отразяващи нови и по-точни измервания на Земята, не се въвеждат в метри, напротив, самата меридианна дъга се изчислява в оригинални метри.

В астрономията средното разстояние от Земята до Слънцето понякога се приема за единица дължина.

При настоящото състояние на науката най-универсалният стандарт за дължина, който би могъл да бъде предложен, би била дължината на вълната на определен вид светлина, излъчвана от някакво широко разпространено вещество (например натрий), което има ясно разпознаваеми линии в своя спектър. Такъв стандарт би бил независим от всяка промяна в размера на земята и трябва да бъде приет от онези, които се надяват, че техните писания ще се окажат по-трайни от това небесно тяло.

Когато работим с размери на единици, ще означаваме единицата за дължина като [ Л]. Ако числената стойност на дължината е равна на l, тогава това се разбира като стойност, изразена чрез определена единица [ Л], така че цялата истинска дължина е представена като l [ Л].

(2) ВРЕМЕ. Във всички цивилизовани страни стандартната единица за време се извежда от периода на въртене на Земята около оста си. Сидеричният ден, или истинският период на земната революция, може да се определи с голяма точност чрез обикновени астрономически наблюдения, а средният слънчев ден може да се изчисли от звездния ден чрез познанията ни за продължителността на годината.

Секундата от средното слънчево време се приема като единица време във всички физически изследвания.

В астрономията една година понякога се приема за единица време. Може да се установи по-универсална единица време, като се вземе периодът на трептене на самата светлина, чиято дължина на вълната е равна на единица дължина.

Ще наричаме конкретна единица време като [ T], а числената мярка за време се означава с T.

(3) ТЕГЛО. У нас стандартната единица за маса е референтната търговска лира (avoirdupois pound), съхранявана в Съкровищницата. Често използвано като единица, зърното е една 7000-на от този паунд.

В метричната система единицата за маса е грам; теоретично това е масата на кубичен сантиметър дестилирана вода при стандартни температури и налягания, но на практика е една хилядна от референтния килограм, съхраняван в Париж*.

Но ако, както се прави във френската система, определено вещество, а именно вода, се вземе като еталон за плътност, тогава единицата за маса престава да бъде независима, но се променя като единица за обем, т.е. как [ Л 3]. Ако, както в астрономическата система, единицата за маса се изразява чрез силата на нейното привличане, тогава измерението [ М] се оказва [ Л 3 T-2]".

Максуел показва това масата може да бъде изключена от броя на основните размерни величини. Това се постига чрез две дефиниции на понятието "власт":

1) и 2) .

Като приравнява тези два израза и приема, че гравитационната константа е безразмерна величина, Максуел получава:

, [М] = [Л 3 T 2 ].

Масата се оказа пространствено-времева величина. Нейното измерение: сила на звука с ъглово ускорение(или плътност със същото измерение).

Стойността на масата започна да удовлетворява изискване за универсалност. Стана възможно да се изразят всички други физически величини в пространствено-времеви единици.

През 1965 г. в списанието "Доклади на Академията на науките на СССР" (№ 4) е публикувана статия на Р. Бартини "Кинематична система от физически величини". Тези резултати имат изключителна стойност за обсъждания проблем.

Закон за запазване на мощността

Лагранж, 1789; Максуел, 1855 г.

Най-общо казано, законът за запазване на мощността се записва като инвариантност на стойността на мощността:

От уравнението на общата мощностн = П + Жот това следва, че полезната мощност и мощността на загубата са проективно обратни и следователно всяка промяна в свободната енергия компенсирани от промяната в загубите на мощност под пълен контрол на мощността .

Полученото заключение дава основание да се представи законът за запазване на мощността под формата на скаларно уравнение:

Където .

Промяната в активния поток се компенсира от разликата между загубите и приходите в системата.

По този начин механизмът на отворената система премахва ограниченията на затварянето и по този начин осигурява възможност за по-нататъшно движение на системата. Този механизъм обаче не показва възможните посоки на движение – еволюцията на системите. Следователно тя трябва да бъде допълнена от механизмите на развиващи се и неразвиващи се системи или неравновесни и равновесни.

Библиография

Вл. Карцев „Животът на прекрасни хора. Максуел". - М., "Млада гвардия", 1974 г.
Джеймс Клерк Максуел. Статии и речи. М., "Наука", 1968 г.
http://physicsbooks.narod.ru/
http://revolution.allbest.ru/
http://en.wikipedia.org/wiki/
http://www.situation.ru/
http://www.uni-dubna.ru/
http://www.uran.ru/

МАКСУЕЛ (Максуел) Джеймс Клерк ( Чиновник) (1831-79), английски физик, създател на класическата електродинамика, един от основателите на статистическата физика, организатор и първи директор (от 1871 г.) на Кавендишката лаборатория. Развивайки идеите на М. Фарадей, той създава теорията за електромагнитното поле (уравненията на Максуел); въвежда концепцията за ток на изместване, предсказва съществуването на електромагнитни вълни, излага идеята за електромагнитната природа на светлината. Създава статистическо разпределение, кръстено на него. Изследва вискозитета, дифузията и топлопроводимостта на газовете. Той показа, че пръстените на Сатурн са съставени от отделни тела. Сборници по цветно зрение и колориметрия (диск на Максуел), оптика (ефект на Максуел), теория на еластичността (теорема на Максуел, диаграма на Максуел-Кремона), термодинамика, история на физиката и др.

МАКСУЕЛ (Максуел) Джеймс Клерк (13 юни 1831 г., Единбург - 5 ноември 1879 г., Кеймбридж), английски физик, създател на класическата електродинамика, един от основателите на статистическата физика, основател на един от най-големите научни центрове в света от края на 19 - началото на 19 век. 20-ти век - Лаборатория Кавендиш; създава теорията за електромагнитното поле, предсказва съществуването на електромагнитни вълни, излага идеята за електромагнитната природа на светлината, установява първия статистически закон - законът за разпределение на молекулите по скорост, наречен на негово име.

Семейство. Години на обучение

Максуел беше единственият син на шотландския благородник и адвокат Джон Клерк, който, след като наследи имението на съпругата на роднина, родена Максуел, добави това име към фамилията си. След раждането на сина им семейството се премества в Южна Шотландия, в собственото им имение Гленлар ("Подслон в долината"), където момчето прекарва детството си. През 1841 г. баща му изпраща Джеймс в училище, наречено Академия в Единбург. Тук на 15-годишна възраст Максуел пише първата си научна статия „За рисуването на овали“. През 1847 г. той постъпва в университета в Единбург, където учи три години, а през 1850 г. се премества в университета в Кеймбридж, който завършва през 1854 г. По това време Максуел е първокласен математик с превъзходно развита интуиция на физик.

Създаване на лабораторията Кавендиш. Преподавателска работа

След дипломирането си Максуел е оставен в Кеймбридж за преподавателска работа. През 1856 г. получава професорско място в колежа Маришъл към университета в Абърдийн (Шотландия). През 1860 г. е избран за член на Лондонското кралско дружество. През същата година той се премества в Лондон, приемайки предложение да заеме поста ръководител на катедрата по физика в Кралския колеж на Лондонския университет, където работи до 1865 г.

Връщайки се в Кеймбриджкия университет през 1871 г., Максуел организира и ръководи първата във Великобритания специално оборудвана лаборатория за физически експерименти, известна като Кавендишката лаборатория (на името на английския учен Г. Кавендиш). Образуването на тази лаборатория, която в началото на 19-20в. превърнат в един от най-големите центрове на световната наука, Максуел посвещава последните години от живота си.

Малко се знае за живота на Максуел. Срамежлив, скромен, той се стремеше да живее в самота; не е водил дневници. През 1858 г. Максуел се жени, но семейният живот, очевидно, е неуспешен, изостря неговата необщителност, отчуждава го от бившите му приятели. Има предположение, че много важни материали за живота на Максуел са били изгубени по време на пожара от 1929 г. в къщата му в Гленлар, 50 години след смъртта му. Умира от рак на 48 години.

Научна дейност

Необичайно широкият обхват от научни интереси на Максуел обхваща теорията на електромагнитните явления, кинетичната теория на газовете, оптиката, теорията на еластичността и много други. Едно от първите му произведения е изследване върху физиологията и физиката на цветното зрение и колориметрията, започнало през 1852 г. През 1861 г. Максуел за първи път получава цветно изображение чрез прожектиране на червено, зелено и синьо прозрачно фолио върху екран едновременно. Това доказва валидността на трикомпонентната теория за зрението и очертава начини за създаване на цветна снимка. В трудовете от 1857-59 г. Максуел теоретично изследва стабилността на пръстените на Сатурн и показва, че пръстените на Сатурн могат да бъдат стабилни само ако се състоят от несвързани частици (тела).

През 1855 г. Максуел започва цикъл от основните си трудове по електродинамика. Публикувани са статиите „За линиите на полето на Фарадей“ (1855-56), „За линиите на физическото поле“ (1861-62) и „Динамична теория на електромагнитното поле“ (1869). Изследването завършва с публикуването на двутомната монография „Трактат за електричеството и магнетизма“ (1873 г.).

Създаване на теорията за електромагнитното поле

Когато Максуел започва да изследва електрическите и магнитните явления през 1855 г., много от тях вече са били добре проучени: по-специално са установени законите за взаимодействие на стационарни електрически заряди (закон на Кулон) и токове (закон на Ампер); доказано е, че магнитните взаимодействия са взаимодействия на движещи се електрически заряди. Повечето учени от онова време вярваха, че взаимодействието се предава незабавно, директно през празнотата (теория на далечни разстояния).

Решителен завой към теорията за късото действие е направен от М. Фарадей през 30-те години на ХХ век. 19 век Според идеите на Фарадей електрическият заряд създава електрическо поле в околното пространство. Полето на един заряд действа върху друг и обратно. Взаимодействието на токовете се осъществява с помощта на магнитно поле. Фарадей описва разпределението на електрическите и магнитните полета в пространството с помощта на силови линии, които според него приличат на обикновени еластични линии в хипотетична среда - световния етер.

Максуел напълно приема идеите на Фарадей за съществуването на електромагнитно поле, т.е. за реалността на процесите в пространството в близост до заряди и токове. Той вярваше, че тялото не може да функционира там, където го няма.

Първото нещо, което Максуел направи, беше да даде на идеите на Фарадей строга математическа форма, така необходима във физиката. Оказа се, че с въвеждането на понятието поле най-пълно, дълбоко и изящно започват да се изразяват законите на Кулон и Ампер. Във феномена на електромагнитната индукция Максуел видя ново свойство на полетата: променливото магнитно поле генерира в празно пространство електрическо поле със затворени силови линии (така нареченото вихрово електрическо поле).

Следващата и последна стъпка в откриването на основните свойства на електромагнитното поле е предприета от Максуел без каквото и да е разчитане на експеримент. Той направи брилянтно предположение, че променливото електрическо поле генерира магнитно поле, като обикновен електрически ток (хипотеза за тока на изместване). До 1869 г. всички основни закони, управляващи поведението на електромагнитното поле, са установени и формулирани като система от четири уравнения, наречени уравнения на Максуел.

От уравненията на Максуел следва фундаментално заключение: ограничеността на скоростта на разпространение на електромагнитните взаимодействия. Това е основното нещо, което отличава теорията за късо действие от теорията за далечно действие. Скоростта се оказа равна на скоростта на светлината във вакуум: 300 000 km/s. От това Максуел заключава, че светлината е форма на електромагнитни вълни.

Работи върху молекулярно-кинетичната теория на газовете

Ролята на Максуел в развитието и развитието на молекулярно-кинетичната теория (съвременното име е статистическа механика) е изключително голяма. Максуел е първият, който прави изявление за статистическия характер на законите на природата. През 1866 г. той открива първия статистически закон - законът за разпределението на молекулите по скорости (разпределение на Максуел). Освен това той изчислява стойностите на вискозитета на газовете в зависимост от скоростите и средния свободен път на молекулите и извежда редица термодинамични зависимости.

Максуел беше брилянтен популяризатор на науката. Той пише редица статии за Encyclopædia Britannica и популярни книги: "Теория на топлината" (1870), "Материя и движение" (1873), "Електричество в елементарно представяне" (1881), които са преведени на руски; изнесе лекции и доклади на физически теми пред широка аудитория. Максуел също проявява голям интерес към историята на науката. През 1879 г. той публикува трудовете на Г. Кавендиш за електричеството, снабдявайки ги с обширни коментари.

Оценяване на работата на Максуел

Трудовете на учения не бяха оценени от съвременниците му. Идеите за съществуването на електромагнитно поле изглеждаха произволни и непродуктивни. Едва след като Г. Херц през 1886-89 г. експериментално доказва съществуването на електромагнитни вълни, предсказани от Максуел, неговата теория получава всеобщо признание. Това се случи десет години след смъртта на Максуел.

След експериментално потвърждение на реалността на електромагнитното поле беше направено фундаментално научно откритие: има различни видове материя и всяка от тях има свои собствени закони, които не могат да бъдат сведени до законите на Нютоновата механика. Самият Максуел обаче едва ли е осъзнавал ясно това и отначало се опитва да изгради механични модели на електромагнитни явления.

Американският физик Р. Фейнман каза отлично за ролята на Максуел в развитието на науката: „В историята на човечеството (ако го погледнете, да речем, след десет хиляди години), най-значимото събитие на 19 век несъмнено ще бъде откритието от Максуел на законите на електродинамиката.На фона на това важно научно откритие, гражданската война в Америка през същото десетилетие ще изглежда като провинциален инцидент.

Максуел е погребан не в гробницата на великите хора на Англия - Уестминстърското абатство - а в скромен гроб до любимата му църква в шотландско село, недалеч от семейното имение.

В тази статия е представена кратка биография на Джеймс Максуел на английски физик, създател на класическата електродинамика, един от основателите на статистическата физика.

Кратка биография на Джеймс Клерк Максуел

Максуел Джеймс Клерк е роден на 13 юни 1831 г. в Единбург в семейството на шотландски благородник. На 10-годишна възраст постъпва в Академията в Единбург, където става първият ученик.

От 1847 до 1850 г. учи в Единбургския университет. Тук той започва да се интересува от експерименти по химия, оптика, магнетизъм, изучава математика, физика и механика. Три години по-късно, за да продължи образованието си, Джеймс се прехвърля в колежа Тринити в Кеймбридж и започва да изучава електричество от книгата на М. Фарадей. Тогава той започва експериментални изследвания на електричеството.
След успешно завършване на колежа (1854 г.) младият учен е поканен да преподава. Две години по-късно той написа статия „За Фарадеевите силови линии“.

По същото време Максуел развива кинетичната теория на газовете. Той изведе закона, според който газовите молекули се разпределят според скоростта на движение (разпределение на Максуел).

През 1856-1860г. Максуел е професор в университета в Абърдийн; през 1860-1865г той преподава в Кралския колеж в Лондон, където за първи път се среща с Фарадей. През този период е създаден основният му труд "Динамична теория на електромагнитното поле" (1864-1865), в който откритите от него закони са изразени под формата на системи от четири диференциални уравнения (уравнения на Максуел). Ученият твърди, че променящото се магнитно поле образува вихрово електрическо поле в околните тела и във вакуум, което от своя страна предизвиква появата на магнитно поле.
Това откритие се превърна в нов етап в познанието за света. А. Поанкаре смята теорията на Максуел за връх на математическата мисъл. Максуел предполага, че електромагнитните вълни трябва да съществуват и че скоростта им на разпространение е равна на скоростта на светлината. Така че светлината е вид електромагнитни вълни. Той теоретично обосновава такова явление като светлинно налягане.