James Clark Maxwell značaj njegovog izuma. Pionir kvantitativne teorije boja

James Maxwell je fizičar koji je prvi formulirao osnove klasične elektrodinamike. U upotrebi su i danas. Poznata je poznata Maxwellova jednadžba, on je taj koji je u ovu nauku uveo pojmove kao što su struja pomaka, elektromagnetno polje, predviđeni elektromagnetni valovi, priroda i pritisak svjetlosti i napravio mnoga druga važna otkrića.

Fizika detinjstvo

Fizičar Maksvel rođen je u 19. veku, 1831. godine. Rođen je u Edinburgu, Škotska. Junak našeg članka dolazi iz klana činovnika, njegov otac je imao porodično imanje u Južnoj Škotskoj. Godine 1826. pronašao je ženu po imenu Frances Kay, vjenčali su se, a 5 godina kasnije im se rodio James.

U djetinjstvu, Maxwell i njegovi roditelji preselili su se na imanje Middleby, gdje je proveo svoje djetinjstvo, koje je u velikoj mjeri zasjenila smrt njegove majke od raka. Već u prvim godinama života aktivno se zanimao za vanjski svijet, volio je poeziju, bio je okružen takozvanim "naučnim igračkama". Na primjer, prethodnik kinematografije je "magični disk".

Sa 10 godina počeo je da uči kod kućnog učitelja, ali se to pokazalo neefikasnim, pa se 1841. preselio u Edinburg da živi kod tetke. Ovdje je počeo pohađati Edinburšku akademiju, koja je naglašavala klasično obrazovanje.

Studira na Univerzitetu u Edinburgu

Godine 1847. budući fizičar James Maxwell počeo je studirati u Tutu, proučavao je radove iz fizike, magnetizma i filozofije, postavio brojne laboratorijske eksperimente. Najviše su ga zanimala mehanička svojstva materijala. Proučavao ih je uz pomoć polarizirane svjetlosti. Fizičar Maxwell je imao takvu priliku nakon što mu je kolega William Nicol poklonio dva polarizirajuća uređaja koja je sam sastavio.

U to vrijeme napravio je veliki broj modela od želatine, podvrgavao ih deformacijama, pratio slike u boji u polariziranom svjetlu. Uspoređujući svoje eksperimente s teorijskim istraživanjima, Maxwell je zaključio mnoge nove obrasce i testirao stare. U to vrijeme rezultati ovog rada bili su izuzetno važni za konstrukcijsku mehaniku.

Maxwella u Kembridžu

1850. Maksvel želi da nastavi školovanje, iako njegov otac nije oduševljen ovom idejom. Naučnik odlazi u Kembridž. Tamo ulazi na jeftin Peterhouse College. Nastavni plan i program koji je tamo bio dostupan nije zadovoljio Jamesa, a osim toga, studiranje u Peterhouseu nije davalo nikakve izglede.

Tek na kraju prvog semestra uspio je uvjeriti oca i prebaciti se na prestižniji Trinity College. Dvije godine kasnije postaje stipendista, dobija zasebnu sobu.

Istovremeno, Maxwell se praktično ne bavi naučnim aktivnostima, više čita i pohađa predavanja istaknutih naučnika svog vremena, piše poeziju i učestvuje u intelektualnom životu univerziteta. Junak našeg članka puno komunicira s novim ljudima, zbog čega nadoknađuje svoju prirodnu stidljivost.

Maxwellova dnevna rutina bila je zanimljiva. Od 7 do 17 sati radio je, pa zaspao. Ponovo sam ustao u 21.30, čitao, a od dva do pola tri sam se bavio džogiranjem baš po hodnicima hostela. Nakon toga je ponovo otišao u krevet da prespava do jutra.

Elektro radovi

Tokom svog boravka u Kembridžu, fizičar Maksvel se ozbiljno zainteresovao za probleme električne energije. Istražuje magnetne i električne efekte.

Do tada je Michael Faraday iznio teoriju elektromagnetne indukcije, linije sile koje su sposobne povezati negativne i pozitivne električne naboje. Međutim, Maxwellu se ovakav koncept djelovanja na daljinu nije sviđao, njegova intuicija mu je govorila da negdje postoje kontradiktornosti. Stoga je odlučio da konstruiše matematičku teoriju koja bi kombinovala rezultate koje su dobili zagovornici akcije dugog dometa i Faradejevu reprezentaciju. Koristio je metod analogije i primijenio rezultate koje je prethodno postigao William Thomson u analizi procesa prijenosa topline u čvrstim tvarima. Tako je po prvi put dao obrazloženo matematičko opravdanje za to kako se prijenos električnog djelovanja odvija u određenom okruženju.

Snimci u boji

1856. Maksvel je otišao u Aberdin, gde se ubrzo oženio. U junu 1860. godine, na konvenciji Britanskog udruženja, koja se održava u Oksfordu, junak našeg članka daje važan izvještaj o svojim istraživanjima na polju teorije boja, pojačavajući ih specifičnim eksperimentima koristeći kutiju u boji. Iste godine odlikovan je medaljom za rad na kombinaciji optike i boja.

Godine 1861. daje nepobitan dokaz ispravnosti svoje teorije u Kraljevskoj instituciji - ovo je fotografija u boji, na kojoj je radio od 1855. godine. Ovo niko na svetu nije uradio ranije. Negative je snimao kroz nekoliko filtera - plavi, zeleni i crveni. Osvjetljavanjem negativa kroz iste filtere uspijeva dobiti sliku u boji.

Maxwellova jednadžba

Thomson je također imao snažan utjecaj na biografiju Jamesa Clerka Maxwella. Kao rezultat, dolazi do zaključka da magnetizam ima vrtložnu prirodu, a električna struja - translacijsku. On kreira mehanički model da sve vizuelno demonstrira.

Kao rezultat, struja pomaka dovela je do poznate jednadžbe kontinuiteta, koja se i danas koristi za električni naboj. Prema savremenicima, ovo otkriće je bio Maxwellov najznačajniji doprinos modernoj fizici.

poslednje godine života

Maksvel je proveo poslednje godine svog života u Kembridžu na raznim administrativnim pozicijama, postavši predsednik Filozofskog društva. Zajedno sa svojim studentima proučavao je širenje talasa u kristalima.

Zaposleni koji su sa njim radili više puta su istakli da je bio maksimalno jednostavan u komunikaciji, da se u potpunosti posvetio istraživanju, da je imao jedinstvenu sposobnost da pronikne u suštinu samog problema, da je bio veoma pronicljiv, a da je adekvatno odgovarao na kritike, nikada nije težio postao poznat, ali je u isto vrijeme bio sposoban za vrlo rafiniran sarkazam.

Prvi simptomi teške bolesti pojavili su se 1877. godine, kada je Maxwell imao samo 46 godina. Sve je više počeo da se guši, bilo mu je teško da jede i guta hranu, pojavili su se jaki bolovi.

Dve godine kasnije bilo mu je veoma teško da drži predavanja, da govori u javnosti, vrlo brzo se umorio. Ljekari su konstatovali da se njegovo stanje stalno pogoršava. Dijagnoza ljekara je bila razočaravajuća - rak trbušne šupljine. Krajem godine, konačno oslabljen, vratio se iz Glenlarea u Cambridge. Dr Džejms Pedžet, poznat u to vreme, pokušao je da mu ublaži patnju.

U novembru 1879. Maxwell je umro. Kovčeg s njegovim tijelom prevezen je iz Kembridža na porodično imanje, sahranjen pored njegovih roditelja na malom seoskom groblju u Partonu.

Olimpijada u čast Maksvela

Uspomena na Maxwella sačuvana je u nazivima ulica, zgrada, astronomskih objekata, nagrada i dobrotvornih fondacija. Maxwellova fizička olimpijada se takođe održava svake godine u Moskvi.

Izvodi se za učenike od 7. do 11. razreda. Za učenike 7-8 razreda, rezultati Maxwellove olimpijade iz fizike su zamjena za regionalnu i sverusku etapu Olimpijade za školarce iz fizike.

Za učešće u regionalnoj fazi potrebno je da sakupite dovoljno bodova u preliminarnoj selekciji. Regionalna i završna faza Maxwell fizičke olimpijade održavaju se u dvije etape. Jedan od njih je teorijski, a drugi eksperimentalni.

Zanimljivo je da se zadaci Maxwellove olimpijade iz fizike u svim fazama po težini podudaraju s testovima završnih faza Sveruske olimpijade za školsku djecu.

država: Velika britanija

Područje djelatnosti: Nauka, fizika

Najveće dostignuće: Postao je osnivač elektrodinamike.

Otkad je nauka otkrivena cijelom čovječanstvu, svi su se trudili da u njoj pronađu nešto novo. I upiši svoje ime u istoriju. Naravno, ljudi koji vole humanističke nauke ne znaju imena fizičara, hemičara i matematičara. Ali, ipak, postoje neke ličnosti koje svi čuju, čak i osoba koja nema pojma šta je fizika. Džejms Maksvel je jedan od takvih naučnika koji je ostavio trag u istoriji matematike i fizike.

James Clerk Maxwell, škotski fizičar, najpoznatiji po svojoj formulaciji elektromagnetne teorije. Većina modernih fizičara ga smatra naučnikom iz 19. veka koji je imao najveći uticaj na fiziku 20. veka, a svrstava se sa Isakom Njutnom i po fundamentalnoj prirodi svog doprinosa.

ranim godinama

Budući fizičar rođen je 13. juna 1831. godine u Edinburgu. Prvobitno prezime je bilo Clerk, dodatno prezime koje je dodao njegov otac, koji je radio kao advokat i naslijedio imanje Middleby. Džejms je bio jedino dete. Njegovi roditelji su se tih dana vjenčali prilično kasno, a majka je u vrijeme njegovog rođenja imala 40 godina. Dječak je proveo djetinjstvo na imanju Middleby, koje je preimenovano u Glenlar.

Majka mu je umrla 1839. od raka abdomena, a otac je postao glavna figura u njegovom odrastanju. Zahvaljujući njemu mladi Džejms se zainteresovao za egzaktne nauke. U školi je u ranoj mladosti pokazivao izrazitu radoznalost i imao je fenomenalno pamćenje. Godine 1841. poslan je u školu na Akademiju u Edinburgu. Među ostalim studentima su bili njegov budući biograf Lewis Campbell i njegov prijatelj Peter Guthrie Tate.

Maxwellova interesovanja išla su daleko izvan školskog programa i nije obraćao mnogo pažnje na rezultate ispita. Njegov prvi naučni rad, objavljen kada je imao samo 14 godina, opisao je generalizovani niz ovalnih krivulja koje su se mogle pratiti iglama i koncem na sličan način kao elipsa. Ova fascinacija geometrijom i mehaničkim modelima nastavila se kroz njegovu karijeru i bila je od velike pomoći u njegovim kasnijim istraživanjima.

Sa 16 godina upisao se na Univerzitet u Edinburgu, gde je halapljivo čitao knjige iz svih predmeta i objavio još dva naučna rada. Godine 1850. upisao je Cambridge. Nakon diplomiranja, Jamesu je ponuđeno mjesto profesora. U to vrijeme zanimali su ga struja i boje, koje će kasnije biti osnova prve fotografije u boji.

Karijera i otkrića Jamesa Muskwella

Godine 1854. nastavio je da radi na Triniti koledžu, ali kako se zdravlje njegovog oca pogoršalo, morao je da se vrati u Škotsku. Godine 1856. imenovan je za profesora prirodne filozofije na koledžu Marischal u Aberdinu, ali je ovo imenovanje zasjenjeno tužnom viješću o smrti njegovog oca. Bio je to veliki lični gubitak za Maxwella, jer je imao blizak odnos sa svojim ocem. U junu 1858. Maxwell se oženio Katherine Dewar, kćerkom direktora koledža na kojem je počeo raditi. Supružnici nisu imali djece, ali su postojali odnosi povjerenja i međusobno poštovanje.

Godine 1860. Marischal i King's College su se spojili i formirali Univerzitet u Aberdinu. Maxwell je zamoljen da napusti poziciju. Prijavio se za poziciju na Univerzitetu u Edinburgu, ali je odbijen u korist svog školskog druga Tejta. Nakon što je odbijen, Džejms se seli u London.

Sljedećih pet godina nesumnjivo su bile najplodnije u njegovoj karijeri. U tom periodu objavljena su dva njegova klasična rada o elektromagnetnom polju, a održana je i demonstracija njegove fotografije u boji. Maxwell je vodio eksperimentalnu definiciju električnih jedinica za Britansko udruženje za unapređenje nauke, a ovo mjerenje i rad na standardizaciji doveo je do stvaranja Nacionalne fizičke laboratorije.

Maksvelovo istraživanje elektromagnetizma učinilo ga je imenom među velikim naučnicima istorije. U predgovoru svojoj Raspravi o elektricitetu i magnetizmu (1873), Maxwell je izjavio da je njegov glavni zadatak bio da pretvori Faradejeve fizičke ideje u matematički oblik. U pokušaju da ilustruje Faradejev zakon indukcije (da promjenjivo magnetsko polje proizvodi indukovano elektromagnetno polje), Maxwell je izgradio mehanički model. Otkrio je da je model generirao odgovarajuću "struju pomjeranja" u dielektričnom mediju, koji bi tada mogao biti mjesto posmičnih valova. Izračunavajući brzinu ovih talasa, otkrio je da su oni veoma blizu brzini svetlosti.

Maxwellova teorija je sugerirala da se elektromagnetski valovi mogu generirati u laboratoriji, što je mogućnost koju je prvi pokazao Heinrich Hertz 1887. godine, osam godina nakon Maxwellove smrti. Pored svoje elektromagnetske teorije, Maksvel je dao veliki doprinos drugim oblastima fizike. Već u dobi od 20 godina pokazao je svoje majstorstvo klasične fizike tako što je napisao esej o Saturnovim prstenovima, u kojem je zaključio da prstenovi moraju biti sastavljeni od nepovezanih masa materije – zaključak koji je potvrđen više od 100 godina. kasnije, prva svemirska sonda Voyager koja je stigla do planete prstena.

poslednje godine života

Godine 1871. Maxwell je izabran za novog profesora na Cavendish koledžu u Kembridžu. Bavio se projektiranjem lokalne laboratorije i nadgledao njenu izgradnju. Maksvel je imao nekoliko učenika, ali oni su bili najvišeg kalibra i uključivali su Williama D. Nivena, Johna Ambrosea (kasnije Sir John Ambrosea), Richarda Tetleya Glazebrooka, Johna Henryja Poyntinga i Arthura Schustera.

Tokom Uskrsa 1879. godine, Maxwell se ozbiljno razbolio - ispostavilo se da je riječ o karcinomu abdomena. Onaj od kojeg mu je umrla majka. Pošto nije mogao da drži predavanja kao ranije, vratio se u Glenlare u junu, ali mu se stanje nije poboljšalo. Veliki fizičar Džejms Maskvel umro je 5. novembra 1879. godine. Ironično, Maxwell nije dobio nikakve javne počasti i tiho je sahranjen na malom groblju u selu Parton u Škotskoj.

Međunarodni univerzitet za prirodu, društvo i čovjeka "Dubna"
Odjel za održivi inovativni razvoj
ISTRAŽIVAČKI RAD

na temu:

"Doprinos Jamesa Clerka Maxwella nauci"

Završio: Pleshkova A.V., gr. 5103

Provjerio: Bolshakov B.E.

Dubna, 2007

Formule do kojih dolazimo moraju biti takve da bi predstavnik bilo koje nacije, zamjenjujući numeričke vrijednosti veličina izmjerenih u svojim nacionalnim jedinicama umjesto simbola, dobio ispravan rezultat.

J.K.Maxwell

Biografija 5

Otkrića J.C. Maxwella 8

Edinburgh. 1831-1850 8

Djetinjstvo i školske godine 8

Prvo otkriće 9

Univerzitet u Edinburgu 9

Optičko-mehanička istraživanja 9

1850-1856 Kembridž 10

Časovi električne energije 10

Aberdeen 1856-1860 12

Traktat o Saturnovim prstenovima 12

London - Glenlare 1860-1871 13

Prva fotografija u boji 13

Teorija vjerovatnoće 14

Maxwell mehanički model 14

Elektromagnetni talasi i elektromagnetna teorija svetlosti 15

Kembridž 1871-1879 16

Laboratorija Cavendish 16

Svjetsko priznanje 17

Dimenzija 18

Zakon o održanju snage 22

Spisak korišćene literature 23

Uvod

Danas su od velikog interesa stavovi J.K. Maxwella, jednog od najvećih fizičara prošlosti, čije se ime vezuje za fundamentalna naučna dostignuća koja su dio zlatnog fonda moderne nauke. Maxwell nas zanima kao izvanredan metodolog i istoričar nauke, koji je duboko shvatio složenost i nedosljednost procesa naučnog istraživanja. Analizirajući odnos između teorije i stvarnosti, Maksvel je šokirano uzviknuo: „Ali ko će me odvesti u još skrivenije maglovito područje gde je Misao kombinovana sa Činjenicom, gde vidimo mentalni rad matematičara i fizičko delovanje molekula u njihovom prava veza? Ne prolazi li put do njih kroz samu jazbinu metafizičara, zatrpanih posmrtnim ostacima prethodnih istraživača i užasavajući užas u svakom čovjeku nauke?.. U svakodnevnom radu dolazimo do pitanja iste vrste kao i metafizika, ali bez oslanjanja na urođenom uvidu našeg uma, pristupamo im pripremljeni dugim prilagođavanjem našeg načina razmišljanja činjenicama vanjske prirode. (James Clerk Maxwell. Članci i govori. M., "Science", 1968. P.5).

Biografija

Rođen u porodici škotskog plemića iz plemićke porodice činovnika. Studirao je prvo u Edinburgu (1847-1850), zatim na univerzitetima u Kembridžu (1850-1854). Godine 1855. postao je član Vijeća Triniti koledža, 1856-1860. Bio je profesor na Marishall koledžu na Univerzitetu Aberdeen, a od 1860. vodio je Odsjek za fiziku i astronomiju na King's koledžu Univerziteta u Londonu. Godine 1865, zbog teške bolesti, Maksvel je dao ostavku na fotelju i nastanio se na svom porodičnom imanju Glenlar blizu Edinburga. Nastavio je da studira nauku, napisao je nekoliko eseja iz fizike i matematike. Godine 1871. preuzeo je katedru eksperimentalne fizike na Univerzitetu u Kembridžu. Organizovao je istraživačku laboratoriju, koja je otvorena 16. juna 1874. godine i nazvana Cavendish - u čast G. Cavendisha.

Maksvel je završio svoj prvi naučni rad još u školi, izumevši jednostavan način za crtanje ovalnih oblika. Ovaj rad je objavljen na sastanku Kraljevskog društva i čak objavljen u njegovim Zbornicima. Kao član Vijeća Trinity Collegea, eksperimentirao je s teorijom boja, djelujući kao nasljednik Jungove teorije i Helmholtzove teorije o tri osnovne boje. U eksperimentima s miješanjem boja, Maxwell je koristio poseban vrh, čiji je disk podijeljen na sektore obojene različitim bojama (Maxwellov disk). Kada se vrh okretao brzo, boje su se spojile: ako je disk obojen na način na koji su locirane boje spektra, izgledao je bijeli; ako je jedna polovina obojena crveno, a druga polovina žutom, izgledalo je narandžasto; miješanje plave i žute dalo je utisak zelene. Godine 1860. Maxwell je nagrađen Rumfordovom medaljom za svoj rad na percepciji boja i optici.

Godine 1857. Univerzitet u Kembridžu raspisao je konkurs za najbolji rad o stabilnosti Saturnovih prstenova. Ove formacije je otkrio Galileo početkom 17. stoljeća. i predstavljao je zadivljujuću misteriju prirode: činilo se da je planeta okružena sa tri neprekidna koncentrična prstena, koja se sastoje od supstance nepoznate prirode. Laplas je dokazao da oni ne mogu biti čvrsti. Nakon što je izvršio matematičku analizu, Maxwell se uvjerio da ni oni ne mogu biti tečni, te je došao do zaključka da takva struktura može biti stabilna samo ako se sastoji od roja nepovezanih meteorita. Stabilnost prstenova je osigurana njihovom privlačenjem prema Saturnu i međusobnim kretanjem planete i meteorita. Za ovaj rad Maxwell je dobio nagradu J. Adams.

Jedno od prvih Maksvelovih radova bila je njegova kinetička teorija gasova. Naučnik je 1859. godine održao prezentaciju na sastanku Britanskog udruženja, u kojoj je dao raspodjelu molekula po brzinama (Maxwellova raspodjela). Maxwell je razvio ideje svog prethodnika u razvoju kinetičke teorije plinova R. Clausiusa, koji je uveo koncept "srednje srednje vrijednosti slobodnog puta". Maxwell je pošao od ideje o plinu kao skupu savršeno elastičnih loptica koje se nasumično kreću u zatvorenom prostoru. Kuglice (molekule) se mogu podijeliti u grupe prema njihovim brzinama, dok u stacionarnom stanju broj molekula u svakoj grupi ostaje konstantan, iako mogu napustiti grupe i ući u njih. Iz ovog razmatranja proizilazilo je da su "čestice raspoređene prema brzinama prema istom zakonu kao što su greške opservacije raspoređene u teoriji metode najmanjih kvadrata, tj. u skladu s Gaussovom statistikom." Kao dio svoje teorije, Maxwell je objasnio Avogadrov zakon, difuziju, provodljivost topline, unutrašnje trenje (teorija prijenosa). 1867. pokazao je statističku prirodu drugog zakona termodinamike ("Maxwellov demon").

Godine 1831., godine Maxwellovog rođenja, M. Faraday je izveo klasične eksperimente koji su ga doveli do otkrića elektromagnetne indukcije. Maxwell je počeo proučavati elektricitet i magnetizam oko 20 godina kasnije, kada su postojala dva pogleda na prirodu električnih i magnetnih efekata. Naučnici kao što su A. M. Ampere i F. Neumann držali su se koncepta djelovanja dugog dometa, smatrajući elektromagnetne sile analogom gravitacijskog privlačenja između dvije mase. Faraday je bio zagovornik ideje o linijama sile koje povezuju pozitivne i negativne električne naboje, odnosno sjeverni i južni pol magneta. Linije sile ispunjavaju čitav okolni prostor (polje, Faradayevom terminologijom) i određuju električne i magnetske interakcije. Nakon Faradaya, Maxwell je razvio hidrodinamički model linija sila i izrazio tada poznate odnose elektrodinamike matematičkim jezikom koji odgovara Faradejevim mehaničkim modelima. Glavni rezultati ove studije ogledaju se u djelu "Faraday's Lines of Force" (Faraday's Lines of Force, 1857). Godine 1860-1865. Maksvel je stvorio teoriju elektromagnetnog polja, koju je formulisao kao sistem jednačina (Maxwellove jednačine) koje opisuju osnovne zakone elektromagnetnih pojava: 1. jednačina izražava Faradejevu elektromagnetnu indukciju; 2. - magnetoelektrična indukcija, koju je otkrio Maxwell i zasnovana na konceptima struja pomaka; 3. - zakon održanja količine električne energije; 4. - vrtložna priroda magnetnog polja.

Nastavljajući da razvija ove ideje, Maxwell je došao do zaključka da bilo kakve promjene u električnom i magnetskom polju moraju uzrokovati promjene u linijama sile koje prodiru u okolni prostor, odnosno da moraju postojati impulsi (ili valovi) koji se šire u mediju. Brzina širenja ovih talasa (elektromagnetni poremećaj) zavisi od dielektrične i magnetske permeabilnosti medija i jednaka je odnosu elektromagnetne jedinice prema elektrostatičkoj jedinici. Prema Maxwellu i drugim istraživačima, ovaj odnos je 3×1010 cm/s, što je blizu brzine svjetlosti koju je sedam godina ranije izmjerio francuski fizičar A. Fizeau. U oktobru 1861. Maxwell je obavijestio Faradaya o svom otkriću da je svjetlost elektromagnetna smetnja koja se širi u neprovodnom mediju, tj. vrsta elektromagnetnog talasa. Ova završna faza istraživanja prikazana je u Maxwellovoj "Dinamičkoj teoriji elektromagnetnog polja" (Treatise on Electricity and Magnetism, 1864), a čuveni "Treatise on Electricity and Magnetism" sažeo je njegov rad o elektrodinamici. (1873)

Poslednjih godina svog života Maksvel se bavio pripremama za štampanje i objavljivanjem rukopisnog nasleđa Kevendiša. Dva velika toma pojavila su se u oktobru 1879.

Otkrića J.K. Maxwella

Edinburgh. 1831-1850

Djetinjstvo i školske godine

13. juna 1831. godine u Edinburgu na broju 14, ulica Indija, Frensis Kej, ćerka edinburškog sudije, nakon udaje - gospođe službenice Maksvel, rodila je sina Džejmsa. Na današnji dan se ništa značajno nije dogodilo u cijelom svijetu, glavni događaj iz 1831. godine još se nije dogodio. Ali već jedanaest godina briljantni Faraday pokušava da shvati tajne elektromagnetizma, i tek sada, u ljeto 1831., napao je trag neuhvatljive elektromagnetne indukcije, a James će imati samo četiri mjeseca kada će Faraday sumirati njegov eksperiment "da dobije elektricitet iz magnetizma". I time će se otvoriti nova era - era električne energije. Era za koju će mali Džejms, potomak slavnih porodica škotskih činovnika i Maksvelsa, morati da živi i stvara.

Džejmsov otac, Džon Klerk Maksvel, po profesiji advokat, mrzeo je zakon i gadio se, kako je sam rekao, "prljavim advokatskim poslovima". Čim se ukazala prilika, Džon je prekinuo svoje beskonačno šuškanje po mermernim predvorjima Edinburškog suda i posvetio se naučnim eksperimentima, kojima se ležerno bavio amaterski. Bio je amater, bio je svjestan toga i bio je duboko zabrinut. Džon je bio zaljubljen u nauku, u naučnike, u praktične ljude, u svog učenog dedu Džordža. Upravo su ga pokušaji da dizajnira mehove za puhanje, koji su izvođeni zajedno sa njegovim bratom Francaiseom Kayom, doveli do buduće supruge; venčanje je obavljeno 4. oktobra 1826. godine. Mehovi za puhanje nikada nisu radili, ali je rođen sin Džejms.

Kada je Džejms imao osam godina, umrla mu je majka i on je ostao sa ocem. Njegovo djetinjstvo ispunjeno je prirodom, komunikacijom sa ocem, knjigama, pričama o rođacima, "naučnim igračkama", prvim "otkrićima". Džejmsovi rođaci su bili zabrinuti što nije dobio sistematsko obrazovanje: povremeno čitanje svega što se nalazi u kući, časove astronomije na trijemu kuće i u dnevnoj sobi, gde su Džejms i njegov otac izgradili "nebeski globus". Nakon neuspješnog pokušaja učenja kod privatnog učitelja, od kojeg je James često bježao u uzbudljivije poslove, odlučeno je da se pošalje na studije u Edinburg.

Iako je školovan kod kuće, Džejms je ispunio visoke standarde Akademije u Edinburgu i tamo je upisan u novembru 1841. Njegov nastup u učionici bio je daleko od briljantnog. Lako je mogao da radi bolje zadatke, ali mu je duh takmičenja u neprijatnim potragama bio duboko stran. Već nakon prvog dana škole nije se slagao sa svojim drugovima iz razreda, pa je James više od svega volio da bude sam i razgleda okolne predmete. Jedan od najupečatljivijih događaja, koji je nesumnjivo uljepšao dosadne školske dane, bila je posjeta s ocem Kraljevskom društvu u Edinburgu, gdje su bile izložene prve "elektromagnetne mašine".

Kraljevsko društvo u Edinburgu promenilo je Džejmsov život: tamo je dobio svoje prve koncepte piramide, kocke i drugih pravilnih poliedara. Savršenstvo simetrije, pravilne transformacije geometrijskih tijela promijenile su Džejmsov koncept učenja – on je u podučavanju vidio zrno ljepote i savršenstva. Kad je došlo vrijeme za ispite, studenti akademije su bili zadivljeni - "budala", kako su zvali Maksvela, postala je jedna od prvih.

Prvo otkriće

Ako je ranije njegov otac povremeno vodio Džejmsa na njegovu omiljenu zabavu - sastanke Kraljevskog društva Edinburgha, sada je posećivanje ovog društva, kao i Edinburškog društva umetnosti sa Džejmsom, postalo redovno i obavezno za njega. Na sastancima Umjetničkog društva najpoznatiji, okupljeni predavač bio je g. D.R. Hej, dekorateru. Upravo su njegova predavanja potaknula Jamesa na njegovo prvo veliko otkriće - jednostavan alat za crtanje ovala. James je pronašao originalan i istovremeno vrlo jednostavan način, i što je najvažnije, potpuno nov. On je opisao princip svoje metode u kratkom "članku" koji je pročitan u Kraljevskom društvu u Edinburgu - čast koju su mnogi tražili, a dodeljena je četrnaestogodišnjem školarcu.

Univerzitet u Edinburgu

Optičko-mehanička istraživanja

1847. završava obuka na Akademiji u Edinburgu, Džejms je jedan od prvih, zaboravljaju se uvrede i brige prvih godina.

Nakon što je diplomirao na akademiji, James ulazi na Univerzitet u Edinburgu. Istovremeno se ozbiljno zainteresovao za optička istraživanja. Brewsterove izjave dovele su Jamesa do ideje da se proučavanje putanje zraka može koristiti za određivanje elastičnosti medija u različitim smjerovima, za otkrivanje napona u prozirnim materijalima. Stoga se proučavanje mehaničkih naprezanja može svesti na optičku studiju. Dvije zrake razdvojene u napetom prozirnom materijalu će međusobno djelovati, stvarajući karakteristične šarene slike. Džejms je pokazao da su slike u boji sasvim prirodne i da se mogu koristiti za proračune, za proveru prethodno izvedenih formula, za izvođenje novih. Ispostavilo se da su neke formule bile netačne ili netačne ili ih je trebalo ispraviti.

Slika 1. Obrazac naprezanja u trouglu stele koji je Džejms dobio korišćenjem polarizovane svetlosti.

Štaviše, Džejms je uspeo da otkrije obrasce u slučajevima u kojima se ranije ništa nije moglo učiniti zbog matematičkih poteškoća. Prozirni i opterećeni trougao od nekaljenog stakla (slika 1) dao je Džejmsu priliku da istraži napone i u ovom neuračunljivom slučaju.

Devetnaestogodišnji James Clerk Maxwell prvi je uzeo podijum Edinburškog kraljevskog društva. Njegov izvještaj nije mogao proći nezapaženo: sadržavao je previše novog i originalnog.

1850-1856 Cambridge

Časovi električne energije

Sada niko nije dovodio u pitanje Džejmsov talenat. Očigledno je prerastao Univerzitet u Edinburgu i stoga je ušao u Kembridž u jesen 1850. Januara 1854. Džejms je diplomirao na univerzitetu sa odličnim uspehom. Odlučuje da ostane na Kembridžu kako bi se pripremio za profesorsko mjesto. Sada, kada ne mora da uči za ispite, dobija dugo očekivanu priliku da sve svoje vreme provede na eksperimentima, nastavlja svoja istraživanja u oblasti optike. Posebno ga zanima pitanje primarnih boja. Maxwellov prvi članak zvao se "Teorija boja u vezi sa sljepoćom za boje" i zapravo nije bio članak, već pismo. Maksvel ga je poslao dr. Vilsonu, kome je pismo bilo toliko zanimljivo da se pobrinuo za njegovo objavljivanje: stavio ga je u celini u svoju knjigu o daltonizmu. Pa ipak, Jamesa nesvjesno privlače dublje misterije, stvari koje su mnogo neočiglednije od miješanja boja. Upravo je električna energija, zbog svoje intrigantne neshvatljivosti, neizbježno, prije ili kasnije, trebala privući energiju njegovog mladog uma. Džejms je prilično lako shvatio osnovne principe napetog elektriciteta. Nakon što je proučio Amperovu teoriju dugog dometa, on je, uprkos njenoj očiglednoj nepobitnosti, dozvolio sebi da sumnja u nju. Teorija dugog dometa izgledala je nesumnjivo pravedna, budući da potvrđeno je formalnom sličnošću zakona, matematičkih izraza za naizgled različite pojave – gravitacionu i električnu interakciju. Ali ova teorija, više matematička nego fizička, nije uvjerila Džejmsa, on je sve više bio naklonjen Faradejevom opažanju akcije posredstvom magnetnih linija sile koje ispunjavaju prostor, teoriji delovanja kratkog dometa.

Pokušavajući da stvori teoriju, Maxwell je odlučio koristiti metodu fizičkih analogija za istraživanje. Prije svega, trebalo je pronaći pravu analogiju. Maxwell se uvijek divio analogiji koja je tada bila tek uočena između problema privlačenja električno nabijenih tijela i problema stabilnog prijenosa topline. Ovo, kao i Faradejeve ideje kratkog dometa, amperskog magnetnog djelovanja zatvorenih provodnika, James je postepeno ugradio u novu teoriju, neočekivanu i smjelu.

Na Cambridgeu, Jamesu je dodijeljeno da najsposobnijim studentima predaje najteža poglavlja iz hidrostatike i optike. Osim toga, od električnih teorija ga je odvratio rad na knjizi o optici. Maxwell ubrzo dolazi do zaključka da ga optika više ne zanima kao prije, već samo odvlači pažnju od proučavanja elektromagnetnih pojava.

Nastavljajući da traži analogiju, Džejms upoređuje linije sile sa protokom neke nestišljive tečnosti. Teorija cijevi iz hidrodinamike omogućila je zamjenu linija sile cijevima sile, što je lako objasnilo Faradejev eksperiment. Koncepti otpora, fenomeni elektrostatike, magnetostatike i električne struje lako i jednostavno se uklapaju u okvire Maxwellove teorije. Ali fenomen elektromagnetne indukcije koji je otkrio Faraday nije se uklapao u ovu teoriju.

Džejms je morao da napusti svoju teoriju na neko vreme zbog pogoršanja stanja njegovog oca, što je zahtevalo njegu. Kada se, nakon smrti svog oca, Džejms vratio u Kembridž, nije mogao da dobije višu magistarsku diplomu zbog svoje vere. Stoga je u oktobru 1856. James Maxwell preuzeo stolicu u Aberdeenu.

Aberdeen 1856-1860

Traktat o Saturnovim prstenovima

U Aberdeenu je napisano prvo djelo o elektricitetu - članak "O Faradayevim linijama sile", koji je doveo do razmjene mišljenja o elektromagnetnim pojavama sa samim Faradejem.

Kada je Džejms počeo studije u Aberdinu, u njegovoj glavi je već sazreo novi problem, koji još niko nije mogao da reši, nova pojava koju je trebalo objasniti. Ovo su bili Saturnovi prstenovi. Odrediti njihovu fizičku prirodu, odrediti ih sa milion kilometara udaljenosti, bez ikakvih instrumenata, koristeći samo papir i olovku - to je bio zadatak, takoreći, za njega. Hipoteza o čvrstom krutom prstenu je odmah odbačena. Tečni prsten bi se raspao pod uticajem džinovskih talasa koji su nastali u njemu - i kao rezultat toga, prema James Clerk Maxwellu, mnoštvo malih satelita, "fragmenata cigle", prema njegovoj percepciji, najvjerovatnije lebdi oko Saturna . Za raspravu o prstenovima Saturna, Džejms je 1857. godine nagrađen Adamsovom nagradom, a i sam je priznat kao jedan od najcenjenijih engleskih teorijskih fizičara.

Fig.2 Saturn. Fotografija snimljena refraktorom od 36 inča u opservatoriji Lick.

Sl.3 Mehanički modeli koji ilustruju kretanje Saturnovih prstenova. Crteži iz Maxwellovog eseja "O stabilnosti rotacije Saturnovih prstenova"

London - Glenlare 1860-1871

Prva fotografija u boji

1860. počinje nova faza u Maxwellovom životu. Imenovan je na poziciju profesora prirodne filozofije na King's College London. Kings College je po opremljenosti svojih laboratorija za fiziku bio ispred mnogih univerziteta u svijetu. Ovdje Maxwell nije samo u 1864-1865. predavao predmet primijenjene fizike, ovdje je pokušao organizirati obrazovni proces na nov način. Učenici su učili kroz eksperimentisanje. U Londonu je James Clerk Maxwell po prvi put okusio plodove svog priznanja kao velikog naučnika. Za istraživanje miješanja boja i optike, Kraljevsko društvo je Maxwellu dodijelilo Rumfordovu medalju. Dana 17. maja 1861. Maksvelu je ponuđena visoka čast da održi predavanje pred Kraljevskom institucijom. Tema predavanja je "O teoriji tri osnovne boje". Na ovom predavanju, kao dokaz ove teorije, po prvi put je svijetu prikazana fotografija u boji!

Teorija vjerovatnoće

Krajem perioda Aberdeena i početkom londonskog perioda, Maxwell je, uz optiku i električnu energiju, imao novi hobi - teoriju plinova. Radeći na ovoj teoriji, Maksvel u fiziku uvodi koncepte kao što su „verovatno“, „ovaj događaj se može dogoditi sa većim stepenom verovatnoće“.

Dogodila se revolucija u fizici, a mnogi slušaoci Maxwellovih izvještaja na godišnjim sastancima Britanskog udruženja to nisu ni primijetili. S druge strane, Maxwell se približio granicama mehaničkog razumijevanja materije. I prešao ih. Maksvelov zaključak o dominaciji zakona verovatnoće u svetu molekula uticao je na najosnovnije osnove pogleda na svet. Tvrdnja da svijetom molekula "dominira slučajnost" bila je, u svojoj smjelosti, jedan od najvećih podviga nauke.

Maxwell mehanički model

Rad na King's koledžu je već bio mnogo duži nego u Aberdinu - predavanja su trajala devet mjeseci godišnje. Međutim, u to vrijeme tridesetogodišnji James Clerk Maxwell skicira plan za svoju buduću knjigu o elektricitetu. Ovo je klica budućeg Traktata. Prva poglavlja posvećuje svojim prethodnicima: Erstedu, Amperu, Faradeju. Pokušavajući da objasni Faradejevu teoriju sila sila, indukciju električnih struja i Oerstedovu teoriju vrtložne prirode prirode magnetnih pojava, Maksvel stvara sopstveni mehanički model (slika 5).

Model je predstavljao nizove molekularnih vrtloga koji rotiraju u jednom smjeru, između kojih je postavljen sloj najmanjih sfernih čestica koje mogu rotirati. Uprkos svojoj glomaznosti, model je objasnio mnoge elektromagnetne pojave, uključujući elektromagnetnu indukciju. Model je bio senzacionalan po tome što je objasnio teoriju djelovanja magnetnog polja pod pravim uglom u odnosu na smjer struje, koju je formulirao Maxwell („pravilo gimleta“).

Slika 4 Maxwell eliminiše interakciju susjednih vrtloga A i B koji se rotiraju u istom smjeru, uvodeći "prazne zupčanike" između njih

Slika 5 Maxwellov mehanički model za objašnjenje elektromagnetnih pojava.

Elektromagnetski talasi i elektromagnetska teorija svetlosti

Nastavljajući eksperimente s elektromagnetima, Maxwell je pristupio teoriji da svaka promjena električnih i magnetskih sila šalje valove koji se šire u svemiru.

Nakon serije članaka "O fizičkim linijama" Maxwell je, zapravo, već imao sav materijal za izgradnju nove teorije elektromagnetizma. Sada za teoriju elektromagnetnog polja. Zupčanici i vrtlozi su potpuno nestali. Jednačine polja za Maxwella nisu bile ništa manje stvarne i opipljive od rezultata laboratorijskih eksperimenata. Sada su i Faradejeva elektromagnetna indukcija i Maxwellova struja pomaka izvedene ne uz pomoć mehaničkih modela, već uz pomoć matematičkih operacija.

Prema Faradeyu, promjena magnetnog polja dovodi do pojave električnog polja. Nalet magnetnog polja izaziva nalet u električnom polju.

Nalet električnog talasa dovodi do naleta magnetnog talasa. Tako su se prvi put iz pera tridesettrogodišnjeg proroka pojavili elektromagnetski valovi 1864. godine, ali još ne u obliku u kojem ih sada razumijemo. Maksvel je u radu iz 1864. govorio samo o magnetnim talasima. Elektromagnetski val u punom smislu te riječi, uključujući i električne i magnetske perturbacije, pojavio se kod Maxwella kasnije, u njegovom članku 1868.

U drugom Maxwellovom članku - "Dinamička teorija elektromagnetskog polja" - elektromagnetska teorija svjetlosti iznesena još ranije dobila je jasan obris i dokaze. Na osnovu sopstvenog istraživanja i iskustva drugih naučnika (a ponajviše Faradeja), Maksvel zaključuje da su optička svojstva medija povezana sa njegovim elektromagnetnim svojstvima, a svetlost nije ništa drugo do elektromagnetni talasi.

1865. Maxwell odlučuje napustiti King's College. Nastanio se na svom porodičnom imanju Glenmare, gdje se bavio glavnim životnim djelima - Teorijom topline i Traktatom o elektricitetu i magnetizmu. Sve vreme je posvećeno njima. Bile su to godine pustinjaštva, godine potpunog odvajanja od vreve, služenja samo nauci, najplodnije, najsvetlije, kreativne godine. Međutim, Maksvela ponovo privlači rad na univerzitetu i on prihvata ponudu koju mu je dao Univerzitet Kembridž.

Cambridge 1871-1879

Cavendish Laboratory

Godine 1870., vojvoda od Devonshirea izjavio je Senatu Univerziteta svoju želju da izgradi i opremi laboratoriju za fiziku. A trebalo je da ga vodi svjetski poznati naučnik. Ovaj naučnik je bio Džejms Klerk Maksvel. Godine 1871. započeo je radove na opremanju čuvene Cavendish laboratorije. Tokom ovih godina konačno je objavljen njegov "Traktat o elektricitetu i magnetizmu". Više od hiljadu stranica, gdje Maxwell daje opis naučnih eksperimenata, pregled svih do tada stvorenih teorija elektriciteta i magnetizma, kao i "Osnovne jednačine elektromagnetnog polja". U cjelini, glavne ideje Traktata nisu bile prihvaćene u Engleskoj, čak ni prijatelji to nisu razumjeli. Maksvelove ideje su preuzeli mladi. Maxwellova teorija ostavila je veliki utisak na ruske naučnike. Svima je poznata uloga Umova, Stoletova, Lebedeva u razvoju i jačanju Maksvelove teorije.

16. jun 1874. - dan svečanog otvaranja Cavendish laboratorije. Naredne godine obilježile su sve veće priznanje.

Svjetsko priznanje

Godine 1870. Maksvel je izabran za počasnog doktora književnosti sa Univerziteta u Edinburgu, 1874. - za stranog počasnog člana Američke akademije umetnosti i nauke u Bostonu, 1875. - za člana Američkog filozofskog društva u Filadelfiji, a takođe i postaje počasni član akademija Njujorka, Amsterdama, Beča. U narednih pet godina, Maksvel je uredio i pripremio dvadeset kompleta rukopisa Henrija Kevendiša za objavljivanje.

Godine 1877. Maxwell je osjetio prve znakove bolesti, a u maju 1879. održao je svoje posljednje predavanje svojim studentima.

Dimenzija

U svojoj čuvenoj raspravi o elektricitetu i magnetizmu (vidi Moskva, "Nauka", 1989), Maksvel se okrenuo problemu dimenzije fizičkih veličina i postavio temelje njihovom kinetičkom sistemu. Karakteristika ovog sistema je prisustvo u njemu samo dva parametra: dužine L i vremena T. Sve poznate (i danas nepoznate!) vrijednosti u njemu su predstavljene kao cjelobrojne potencije L i T. Razlomački indikatori koji se pojavljuju u formule dimenzija drugih sistema, lišene fizičkog sadržaja i logičkog smisla, u ovom sistemu izostaju.

U skladu sa zahtjevima J. Maxwella, A. Poincaréa, N. Bohra, A. Einsteina, V. I. Vernadskog, R. Bartinija fizička veličina je univerzalna ako i samo ako je njena veza sa prostorom i vremenom jasnamenem. I, ipak, prije rasprave J. Maxwella "O elektricitetu i magnetizmu" (1873), nije uspostavljena veza između dimenzije mase i dužine i vremena.

Budući da je dimenziju za masu uveo Maxwell (zajedno sa zapisom u uglastim zagradama), citiramo izvod iz rada samog Maxwella: „Svaki izraz za bilo koju količinu sastoji se od dva faktora ili komponenti. Jedno od njih je naziv neke poznate količine istog tipa kao i veličina koju izražavamo. Ona se uzima kao referentni standard. Druga komponenta je broj koji pokazuje koliko puta se standard mora primijeniti da bi se dobila tražena vrijednost. Referentna standardna vrijednost naziva se e jedinica, a odgovarajući broj je h vrijednost riječi ove veličine."

"O MERENJU VRIJEDNOSTI"

1. Bilo koji izraz za bilo koju količinu sastoji se od dva faktora ili komponente. Jedno od njih je naziv neke poznate količine istog tipa kao i veličina koju izražavamo. Ona se uzima kao referentni standard. Druga komponenta je broj koji pokazuje koliko puta se standard mora primijeniti da bi se dobila tražena vrijednost. Referentna standardna vrijednost se naziva u inženjerstvu jedinica, a odgovarajući broj - Numerički Značenje datu vrijednost.

2. Prilikom konstruisanja matematičkog sistema, osnovne jedinice - dužinu, vreme i masu - smatramo datim i iz njih izvodimo sve izvedene jedinice koristeći najjednostavnije prihvatljive definicije.

Stoga je u svim naučnim istraživanjima veoma važno koristiti jedinice koje pripadaju pravilno definisanom sistemu, kao i poznavati njihov odnos sa osnovnim jedinicama, kako bi se rezultati jednog sistema mogli odmah konvertovati u drugi.

Poznavanje dimenzija jedinica daje nam test koji treba primijeniti na jednačine izvedene iz dugih studija.

Dimenzija svakog od članova jednačine u odnosu na svaku od tri osnovne jedinice mora biti ista. Ako to nije tako, onda je jednadžba besmislena, sadrži neku vrstu greške, jer se ispostavlja da je njena interpretacija drugačija i zavisi od proizvoljnog sistema jedinica koje prihvatamo.

Tri osnovne jedinice:

(1) DUŽINA. Standard dužine koji se kod nas koristi u naučne svrhe je stopa, koja čini trećinu standardnog jarda koji se vodi u trezoru.

U Francuskoj i drugim zemljama koje su usvojile metrički sistem, standard za dužinu je metar. Teoretski, ovo je jedan desetmilioni deo dužine Zemljinog meridijana, mereno od pola do ekvatora; u praksi, to je dužina standarda pohranjenog u Parizu, koji je napravio Borda (Borda) na način da na temperaturi topljenja leda odgovara vrijednosti dužine meridijana koju je dobio d'Alembert. Mjerenja koja odražavaju nova i preciznija mjerenja Zemlje ne unose se u metrima, naprotiv, sam meridijanski luk se računa u originalnim metrima.

U astronomiji se prosječna udaljenost od Zemlje do Sunca ponekad uzima kao jedinica dužine.

U sadašnjem stanju nauke, najuniverzalniji standard dužine koji bi se mogao predložiti bila bi talasna dužina određene vrste svetlosti koju emituje neka široko rasprostranjena supstanca (na primer, natrijum) koja ima jasno prepoznatljive linije u svom spektru. Takav standard bi bio nezavisan od bilo kakve promjene u veličini Zemlje, i trebali bi ga prihvatiti oni koji se nadaju da će se njihovi spisi pokazati trajnijim od ovog nebeskog tijela.

Kada radimo sa dimenzijama jedinica, jedinicu dužine ćemo označiti kao [ L]. Ako je numerička vrijednost dužine jednaka l, onda se to podrazumijeva kao vrijednost izražena kroz određenu jedinicu [ L], tako da je cijela prava dužina predstavljena kao l [ L].

(2) VRIJEME. U svim civilizovanim zemljama, standardna jedinica vremena se izvodi iz perioda rotacije Zemlje oko svoje ose. Siderični dan, ili pravi period Zemljine revolucije, može se odrediti sa velikom tačnošću običnim astronomskim zapažanjima, a srednji solarni dan može se izračunati iz zvezdanog dana na osnovu našeg znanja o dužini godine.

Sekunda srednjeg sunčevog vremena je prihvaćena kao jedinica vremena u svim fizičkim studijama.

U astronomiji se godina ponekad uzima kao jedinica vremena. Univerzalnija jedinica vremena mogla bi se ustanoviti uzimanjem perioda oscilacije same svjetlosti čija je talasna dužina jednaka jediničnoj dužini.

Specifičnu jedinicu vremena ćemo pozvati kao [ T], a brojčana mjera vremena je označena sa t.

(3) TEŽINA. Kod nas je standardna jedinica mase referentna komercijalna funta (avoirdupois pound), koja se čuva u Trezorskoj komori. Često se koristi kao jedinica, zrno je jedna 7000-ta funta.

U metričkom sistemu, jedinica mase je gram; teoretski je to masa kubnog centimetra destilovane vode pri standardnim temperaturama i pritiscima, ali u praksi je to hiljaditi dio referentnog kilograma uskladištenog u Parizu*.

Ali ako se, kao što se radi u francuskom sistemu, određena supstanca, naime voda, uzme kao standard gustine, tada jedinica mase prestaje da bude nezavisna, već se menja kao jedinica zapremine, tj. Kako [ L 3]. Ako je, kao u astronomskom sistemu, jedinica mase izražena kroz silu njenog privlačenja, tada je dimenzija [ M] ispada da je [ L 3 T-2]".

Maxwell to pokazuje masa se može isključiti iz broja osnovnih dimenzionalnih veličina. To se postiže kroz dvije definicije pojma "moć":

1) i 2) .

Izjednačavanjem ova dva izraza i pretpostavkom da je gravitaciona konstanta bezdimenzionalna veličina, Maxwell dobija:

, [M] = [L 3 T 2 ].

Ispostavilo se da je masa prostorno-vremenska veličina. Njegova dimenzija: volumen sa ugaonim ubrzanjem(ili gustina iste dimenzije).

Vrijednost mase počela je zadovoljavati zahtev univerzalnosti. Postalo je moguće izraziti sve druge fizičke veličine u prostorno-vremenskim jedinicama.

Godine 1965. u časopisu "Izvještaji Akademije nauka SSSR-a" (br. 4) objavljen je članak R. Bartinija "Kinematički sistem fizičkih veličina". Ovi rezultati imaju izuzetna vrijednost za problem o kojem se raspravlja.

Zakon održanja moći

Lagrange, 1789; Maksvel, 1855.

Uopšteno govoreći, zakon održanja snage je zapisan kao invarijantnost vrijednosti snage:

Iz jednačine ukupne snageN = P + G slijedi da su korisna snaga i snaga gubitka projektivno inverzne, a time i svaka promjena u slobodnoj energiji kompenzirano promjenom gubitaka snage pod punom kontrolom snage .

Rezultirajući zaključak daje razlog da se zakon održanja snage predstavi u obliku skalarne jednačine:

Gdje .

Promjena aktivnog protoka kompenzira se razlikom između gubitaka i primanja u sistemu.

Tako mehanizam otvorenog sistema otklanja ograničenja zatvaranja, a samim tim pruža mogućnost daljeg kretanja sistema. Međutim, ovaj mehanizam ne pokazuje moguće pravce kretanja – evoluciju sistema. Stoga se mora dopuniti mehanizmima evoluirajućih i neevoluirajućih sistema ili neravnotežnih i ravnotežnih sistema.

Bibliografija

1. 
   Vl. Kartsev „Život divnih ljudi. Maxwell". - M., "Mlada garda", 1974.
2. 
   James Clerk Maxwell. Članci i govori. M., "Nauka", 1968.
3. 
   http://physicsbooks.narod.ru/
4. 
   http://revolution.allbest.ru/
5. 
   http://en.wikipedia.org/wiki/
6. 
   http://www.situation.ru/
7. 
   http://www.uni-dubna.ru/
8. 
   http://www.uran.ru/

MAXWELL (Maxwell) James Clerk ( Službenik) (1831-79), engleski fizičar, tvorac klasične elektrodinamike, jedan od osnivača statističke fizike, organizator i prvi direktor (od 1871) Cavendish laboratorije. Razvijajući ideje M. Faradaya, stvorio je teoriju elektromagnetnog polja (Maxwellove jednačine); uveo koncept struje pomaka, predvidio postojanje elektromagnetnih valova, iznio ideju o elektromagnetnoj prirodi svjetlosti. Uspostavio statističku distribuciju nazvanu po njemu. Istraživali su viskoznost, difuziju i toplotnu provodljivost gasova. On je pokazao da su prstenovi Saturna sastavljeni od odvojenih tijela. Zbornik radova o vidu boja i kolorimetriji (Maxwellov disk), optici (Maxwellov efekat), teoriji elastičnosti (Maxwellov teorem, Maxwell-Cremona dijagram), termodinamici, historiji fizike itd.

MAXWELL (Maxwell) James Clerk (13. jun 1831, Edinburg - 5. novembar 1879, Cambridge), engleski fizičar, tvorac klasične elektrodinamike, jedan od osnivača statističke fizike, osnivač jednog od najvećih svjetskih naučnih centara s kraja 19. 19. vijek. 20ti vijek - Laboratorija Cavendish; stvorio teoriju elektromagnetnog polja, predvidio postojanje elektromagnetnih valova, iznio ideju o elektromagnetnoj prirodi svjetlosti, uspostavio prvi statistički zakon - zakon raspodjele molekula po brzini, nazvan po njemu.

Porodica. Godine studija

Maksvel je bio jedini sin škotskog plemića i advokata Džona Klerka, koji je nasledio imanje supruge jednog rođaka, rođene Maksvel, svom porodičnom prezimenu dodao ovo ime. Nakon rođenja sina, porodica se preselila u Južnu Škotsku, na svoje imanje Glenlar („Sklonište u dolini“), gdje je dječak proveo svoje djetinjstvo. Njegov otac je 1841. poslao Džejmsa u školu pod nazivom Edinburška akademija. Ovdje, sa 15 godina, Maxwell je napisao svoj prvi naučni članak "O crtanju ovala". Godine 1847. upisao je Univerzitet u Edinburgu, gde je studirao tri godine, a 1850. se preselio na Univerzitet u Kembridžu, gde je diplomirao 1854. U to vreme Maksvel je bio prvoklasni matematičar sa izvanredno razvijenom intuicijom fizičara.

Stvaranje Cavendish laboratorije. Nastavni rad

Nakon diplomiranja, Maxwell je ostavljen u Kembridžu radi predavača. Godine 1856. dobio je zvanje profesora na Marishall koledžu na Univerzitetu Aberdeen (Škotska). Godine 1860. izabran je za člana Kraljevskog društva u Londonu. Iste godine se preselio u London, prihvativši ponudu da preuzme mjesto šefa odsjeka za fiziku na King's Collegeu na Londonskom univerzitetu, gdje je radio do 1865. godine.

Vrativši se na Univerzitet Kembridž 1871. godine, Maksvel je organizovao i vodio prvu specijalno opremljenu laboratoriju u Velikoj Britaniji za fizičke eksperimente, poznatu kao Cavendish Laboratory (po engleskom naučniku G. Cavendishu). Formiranje ove laboratorije, koja je na prijelazu 19.-20. pretvoren u jedan od najvećih centara svjetske nauke, Maxwell je posvetio posljednje godine svog života.

Malo se zna o Maksvelovom životu. Stidljiv, skroman, trudio se da živi u samoći; nije vodio dnevnike. Godine 1858. Maxwell se oženio, ali porodični život je, očigledno, bio neuspješan, pogoršao njegovu nedruštvenost, udaljio ga od bivših prijatelja. Postoji pretpostavka da su mnogi važni materijali o Maksvelovom životu izgubljeni tokom požara 1929. godine u njegovoj kući u Glenlaru, 50 godina nakon njegove smrti. Umro je od raka u 48. godini.

Naučna djelatnost

Maxwellov neobično širok opseg naučnih interesovanja pokrivao je teoriju elektromagnetnih pojava, kinetičku teoriju gasova, optiku, teoriju elastičnosti i još mnogo toga. Jedan od njegovih prvih radova bilo je istraživanje o fiziologiji i fizici vida boja i kolorimetrije, započeto 1852. Godine 1861. Maksvel je prvi put dobio sliku u boji tako što je istovremeno projektovao crvenu, zelenu i plavu prozirnost na ekran. Ovo je dokazalo valjanost trokomponentne teorije vida i naznačilo načine za kreiranje fotografije u boji. U radovima iz 1857-59, Maxwell je teorijski istraživao stabilnost Saturnovih prstenova i pokazao da Saturnovi prstenovi mogu biti stabilni samo ako se sastoje od nepovezanih čestica (tijela).

Godine 1855. Maxwell je započeo ciklus svojih glavnih radova o elektrodinamici. Objavljeni su članci "O Faradejevim linijama polja" (1855-56), "O linijama fizičkog polja" (1861-62) i "Dinamička teorija elektromagnetnog polja" (1869). Istraživanje je završeno objavljivanjem dvotomne monografije Traktat o elektricitetu i magnetizmu (1873.).

Stvaranje teorije elektromagnetnog polja

Kada je Maksvel 1855. počeo da istražuje električne i magnetne fenomene, mnoge od njih su već bile dobro proučene: posebno su ustanovljeni zakoni interakcije stacionarnih električnih naelektrisanja (Coulombov zakon) i struja (Amperov zakon); dokazano je da su magnetne interakcije interakcije pokretnih električnih naboja. Većina naučnika tog vremena vjerovala je da se interakcija prenosi trenutno, direktno kroz prazninu (teorija dugog dometa).

Odlučan zaokret ka teoriji djelovanja kratkog dometa napravio je M. Faraday 1930-ih godina. 19. vek Prema Faradayjevim idejama, električni naboj stvara električno polje u okolnom prostoru. Polje jednog naboja djeluje na drugo, i obrnuto. Interakcija struja se vrši pomoću magnetnog polja. Faraday je opisao distribuciju električnih i magnetnih polja u prostoru uz pomoć linija sile, koje, po njegovom mišljenju, podsjećaju na obične elastične linije u hipotetičkom mediju - svjetskom etru.

Maxwell je u potpunosti prihvatio Faradejeve ideje o postojanju elektromagnetnog polja, odnosno o realnosti procesa u svemiru u blizini naboja i struja. Vjerovao je da tijelo ne može funkcionirati tamo gdje ne postoji.

Prvo što je Maksvel učinio bilo je da je Faradejevim idejama dao rigoroznu matematičku formu, tako neophodnu u fizici. Pokazalo se da su uvođenjem pojma polja, Coulombovi i Ampereovi zakoni počeli da se izražavaju najpotpunije, dublje i graciozno. U fenomenu elektromagnetne indukcije, Maxwell je vidio novo svojstvo polja: naizmjenično magnetsko polje stvara u praznom prostoru električno polje sa zatvorenim linijama sile (tzv. vrtložno električno polje).

Sljedeći, i posljednji, korak u otkrivanju osnovnih svojstava elektromagnetnog polja napravio je Maxwell bez ikakvog oslanjanja na eksperiment. On je napravio briljantnu pretpostavku da naizmjenično električno polje stvara magnetsko polje, poput obične električne struje (hipoteza struje pomaka). Do 1869. godine, svi osnovni zakoni koji regulišu ponašanje elektromagnetnog polja bili su uspostavljeni i formulisani kao sistem od četiri jednačine, nazvane Maksvelove jednačine.

Iz Maxwellovih jednačina slijedio je fundamentalni zaključak: konačnost brzine širenja elektromagnetnih interakcija. To je glavna stvar koja razlikuje teoriju djelovanja kratkog dometa od teorije djelovanja dugog dometa. Ispostavilo se da je brzina jednaka brzini svjetlosti u vakuumu: 300.000 km/s. Iz ovoga je Maksvel zaključio da je svetlost oblik elektromagnetnih talasa.

Radi na molekularno-kinetičkoj teoriji gasova

Maxwellova uloga u razvoju i razvoju molekularno-kinetičke teorije (moderni naziv je statistička mehanika) je izuzetno velika. Maxwell je bio prvi koji je dao izjavu o statističkoj prirodi zakona prirode. Godine 1866. otkrio je prvi statistički zakon - zakon raspodjele molekula po brzinama (Maxwellova raspodjela). Osim toga, izračunao je vrijednosti viskoziteta plinova u zavisnosti od brzina i srednjeg slobodnog puta molekula, te izveo niz termodinamičkih relacija.

Maksvel je bio sjajan popularizator nauke. Napisao je niz članaka za Encyclopædia Britannica i popularne knjige: "Teorija toplote" (1870), "Materija i kretanje" (1873), "Električnost u osnovnoj prezentaciji" (1881), koje su prevedene na ruski; držao predavanja i izvještaje na fizičke teme za široku publiku. Maksvel je takođe pokazao veliko interesovanje za istoriju nauke. Godine 1879. objavio je radove G. Cavendisha o elektricitetu, dajući im opširne komentare.

Uvažavanje Maxwellovog rada

Radovi naučnika nisu bili cijenjeni od strane njegovih savremenika. Ideje o postojanju elektromagnetnog polja činile su se proizvoljnim i neproduktivnim. Tek nakon što je G. Hertz 1886-89 eksperimentalno dokazao postojanje elektromagnetnih talasa koje je predvideo Maksvel, njegova teorija je dobila univerzalno priznanje. To se dogodilo deset godina nakon Maksvelove smrti.

Nakon eksperimentalne potvrde realnosti elektromagnetnog polja, došlo je do temeljnog naučnog otkrića: postoje različite vrste materije, a svaka od njih ima svoje zakone koji se ne mogu svesti na zakone Njutnove mehanike. Međutim, sam Maxwell jedva da je toga bio jasno svjestan i u početku je pokušao izgraditi mehaničke modele elektromagnetnih pojava.

Američki fizičar R. Feynman je odlično rekao o ulozi Maksvela u razvoju nauke: „U istoriji čovečanstva (ako je pogledate, recimo, za deset hiljada godina), najznačajniji događaj 19. veka će nesumnjivo biti Maxwellovo otkriće zakona elektrodinamike.U pozadini ovog važnog naučnog otvaranja, građanski rat u Americi u istoj deceniji će izgledati kao provincijski incident.

Maxwell nije sahranjen u grobnici velikih ljudi Engleske - Westminsterskoj opatiji - već u skromnom grobu pored njegove omiljene crkve u škotskom selu, nedaleko od porodičnog imanja.

James Maxwell u ovom članku predstavlja kratku biografiju engleskog fizičara, tvorca klasične elektrodinamike, jednog od osnivača statističke fizike.

Kratka biografija Jamesa Clerka Maxwella

Maksvel Džejms Klerk rođen je 13. juna 1831. u Edinburgu u porodici škotskog plemića. Sa 10 godina upisao je Akademiju u Edinburgu, gdje je postao prvi student.

Od 1847. do 1850. studirao je na Univerzitetu u Edinburgu. Ovdje se zainteresirao za eksperimente u hemiji, optici, magnetizmu, studirao je matematiku, fiziku i mehaniku. Tri godine kasnije, da bi nastavio školovanje, Džejms se prebacio na Kembridž Triniti koledž i počeo da proučava elektricitet iz knjige M. Faradaja. Zatim je započeo eksperimentalno istraživanje elektriciteta.
Nakon što je uspješno završio fakultet (1854), mladi naučnik je pozvan da predaje. Dvije godine kasnije napisao je članak "O Faradejevim linijama sile".

U isto vrijeme, Maxwell je razvijao kinetičku teoriju plinova. Izveo je zakon prema kojem se molekuli plina raspoređuju prema brzini kretanja (Maxwellova raspodjela).

Godine 1856-1860. Maxwell je profesor na Univerzitetu u Aberdeenu; u 1860-1865 predavao je na Kraljevskom koledžu u Londonu gdje je prvi put upoznao Faradaya. U tom periodu nastaje njegovo glavno djelo "Dinamička teorija elektromagnetnog polja" (1864-1865), u kojem su zakoni koje je otkrio izraženi u obliku sistema četiri diferencijalne jednačine (Maxwellove jednačine). Naučnik je tvrdio da promjenjivo magnetsko polje formira vrtložno električno polje u okolnim tijelima iu vakuumu, a to, zauzvrat, uzrokuje pojavu magnetnog polja.
Ovo otkriće je postalo nova faza u poznavanju svijeta. A. Poincaré je smatrao da je Maxwellova teorija vrhunac matematičke misli. Maxwell je sugerirao da elektromagnetski valovi moraju postojati i da je njihova brzina širenja jednaka brzini svjetlosti. Dakle, svjetlost je vrsta elektromagnetnih valova. On je teorijski potkrijepio takav fenomen kao što je svjetlosni pritisak.