Logopedický portál / Rhinolalia / Biografia úradníka Maxwella Jamesa. Stručný životopis Jamesa Clerka Maxwella

Biografia úradníka Maxwella Jamesa. Stručný životopis Jamesa Clerka Maxwella

19.01.2022

James Maxwell sa narodil 13. júna 1831 v hlavnom meste Škótska, meste Edinburgh, v rodine právnika a dedičného šľachtica Johna Clerka Maxwella. James strávil svoje detstvo na rodinnom sídle v Južnom Škótsku. Jeho matka zomrela skoro a chlapca vychovával jeho otec. Bol to on, kto vštepil Jamesovi lásku k technickým vedám. V roku 1841 vstúpil na akadémiu v Edinburghu. Potom v roku 1847 tri roky študoval na univerzite v Edinburghu. Tu Maxwell študuje a rozvíja teóriu elasticity, robí vedecké experimenty. V rokoch 1850-1854. študoval na univerzite v Cambridge, kde ukončil bakalársky titul.

Po ukončení štúdia zostáva James učiť v Cambridge. V tomto čase začína pracovať na teórii farieb, ktorá neskôr vytvorila základ farebnej fotografie. Maxwell sa začne zaujímať aj o elektrinu a magnetický efekt.

V roku 1856 sa James Maxwell stal profesorom na Marischal College v Aberdeene v Škótsku, kde pôsobil až do roku 1860. V júni 1858 sa Maxwell oženil s dcérou riaditeľa vysokej školy. James pracuje v Aberdeene a pracuje na pojednaní o stabilite pohybu prstencov Saturnu (1859), ktoré uznala a schválila vedecká komunita. V tom istom čase Maxwell rozvíjal kinetickú teóriu plynov, ktorá tvorila základ modernej štatistickej mechaniky, a neskôr, v roku 1866, objavil po ňom pomenovaný zákon o distribúcii rýchlosti molekúl.

V rokoch 1860-1865. James Maxwell bol profesorom na Katedre prírodnej filozofie na King's College (Londýn). v roku 1864 vyšiel jeho článok „Dynamická teória elektromagnetického poľa“, ktorý sa stal Maxwellovým hlavným dielom a predurčil smer jeho ďalšieho výskumu. Vedec sa až do konca svojho života zaoberal problémami elektromagnetizmu.

V roku 1871 sa Maxwell vrátil na univerzitu v Cambridge, kde viedol prvé laboratórium pre fyzikálne experimenty, pomenované po anglickom vedcovi Henrym Cavendishovi – Cavendish Laboratory. Tam vyučoval fyziku a podieľal sa na vybavení laboratória.

V roku 1873 vedec konečne dokončuje prácu na dvojzväzkovom diele Pojednanie o elektrine a magnetizme, ktoré sa stalo skutočne encyklopedickým dedičstvom v oblasti fyziky.

Veľký vedec zomrel 5. novembra 1879 na rakovinu a bol pochovaný neďaleko rodinného sídla, v škótskej dedine Parton.

Biografické skóre

Nová funkcia! Priemerné hodnotenie, ktoré táto biografia dostala. Zobraziť hodnotenie

James Maxwell (1831-1879).

James Clerk Maxwell sa narodil v Edinburghu 13. júna 1831. Krátko po narodení chlapca ho rodičia vzali na svoje panstvo Glenlar. Odvtedy „brloh v úzkej rokline“ pevne vstúpil do života Maxwella. Tu žili a zomreli jeho rodičia, tu žil a bol dlhý čas aj on sám.

Keď mal James osem rokov, prišlo do domu nešťastie: jeho matka vážne ochorela a čoskoro zomrela. Teraz bol jediným Jamesovým vychovávateľom jeho otec, ku ktorému si zachoval cit nežnej náklonnosti a priateľstva po zvyšok svojho života. John Maxwell bol nielen otcom a vychovávateľom svojho syna, ale aj jeho najvernejším priateľom.

Čoskoro prišiel čas, keď chlapec musel začať študovať. Najprv boli do domu pozvaní učitelia. Ale škótski domáci učitelia boli rovnako hrubí a ignoranti ako ich anglickí kolegovia, ktorých Dickens opísal s takým sarkazmom a nenávisťou. Preto bolo rozhodnuté poslať Jamesa do novej školy, ktorá niesla hlasné meno Edinburgh Academy.

Chlapec sa postupne zapájal do školského života. Začal sa viac zaujímať o hodiny. Mal rád najmä geometriu. Zostala jednou z Maxwellových najsilnejších záľub po zvyšok jeho života. Geometrické obrazy a modely zohrali v jeho vedeckej práci obrovskú úlohu. Maxwellova vedecká cesta začala u nej.

Maxwell absolvoval akadémiu v jednej z prvých promócií. Na rozlúčku s milovanou školou zložil hymnu Edinburskej akadémie, ktorú jej žiaci jednotne a s nadšením spievali. Teraz sa pred ním otvorili dvere univerzity v Edinburghu.

Maxwell ako študent uskutočnil seriózny výskum teórie elasticity, ktorý odborníci vysoko ocenili. A teraz stál pred otázkou perspektívy jeho ďalšieho štúdia v Cambridge.

Založená v roku 1284, St. Petra (Peterhouse), a najznámejšie je Kolégium sv. Trinity College (Trinity College), založená v roku 1546. Slávu tejto vysokej školy vytvoril jeho slávny žiak Isaac Newton. Peterhouse a Trinity College boli postupne pobytom mladého Maxwella v Cambridge. Po krátkom pobyte v Peterhouse sa Maxwell presťahoval na Trinity College.

Objem Maxwellových vedomostí, sila jeho intelektu a nezávislosť myslenia mu umožnili dosiahnuť vysoké miesto v jeho oslobodení. Obsadil druhé miesto.

Mladého bakalára nechali na Trinity College ako učiteľa. Bol však znepokojený vedeckými problémami. Okrem starej fascinácie geometriou a problémom farieb, ktoré začal študovať už v roku 1852, sa Maxwell začal zaujímať o elektrinu.

20. februára 1854 Maxwell informuje Thomsona o svojom zámere „zaútočiť na elektrinu“. Výsledkom „útoku“ bola esej „On Faraday's Lines of Force“ – prvá z troch hlavných Maxwellových prác venovaných štúdiu elektromagnetického poľa. Slovo „pole“ sa prvýkrát objavilo v tom istom liste Thomsonovi, ale ani v tomto, ani v neskoršom diele o siločiarach. Maxwell to nepoužíva. Tento pojem sa znovu objavuje až v roku 1864 v diele „Dynamická teória elektromagnetického poľa“.

Na jeseň roku 1856 Maxwell nastúpil na miesto profesora prírodnej filozofie na Marischal College v Aberdeene. Katedra prírodnej filozofie, teda katedra fyziky v Aberdeene, pred Maxwellom neexistovala a mladý profesor musel organizovať vzdelávaciu a vedeckú prácu vo fyzike.

Pobyt v Aberdeene bol poznačený dôležitou udalosťou v Maxwellovom osobnom živote: oženil sa s dcérou šéfa Marishal College Daniela Dewara, Katherine Mary Dewar. Táto udalosť sa odohrala v roku 1858. Od tých čias až do konca života kráčali Maxwellovci svojou životnou cestou ruka v ruke.

V rokoch 1857-1859 vedec vykonal svoje výpočty pohybu Saturnových prstencov. Ukázal, že tekutý prstenec počas rotácie bude zničený vlnami, ktoré v ňom vznikajú a rozbije sa na samostatné satelity. Maxwell uvažoval o pohybe konečného počtu takýchto satelitov. Najťažší matematický výskum mu priniesol Adamsovu cenu a slávu prvotriedneho matematika. Cenenú esej publikovala v roku 1859 University of Cambridge.

Od štúdia prstencov Saturna bolo celkom prirodzené prejsť k úvahám o pohyboch molekúl plynu. Obdobie aberdeenského života Maxwella ukončil jeho prejav na stretnutí Britskej asociácie v roku 1859 správou „O dynamickej teórii plynov“. Tento dokument znamenal začiatok Maxwellovho mnohoročného plodného výskumu v oblasti kinetickej teórie plynov a štatistickej fyziky.

Keďže oddelenie, kde Maxwell pracoval, bolo zatvorené, vedec si musel hľadať novú prácu. V roku 1860 bol Maxwell zvolený za profesora prírodnej filozofie na King's College London.

Londýnske obdobie bolo poznačené vydaním veľkého článku „Explanations to the Dynamic Theory of Gases“, ktorý vyšiel v roku 1860 v poprednom anglickom fyzikálnom časopise Philosophical Journal. Maxwell týmto článkom výrazne prispel k novému odboru teoretickej fyziky – štatistickej fyzike. Zakladateľmi štatistickej fyziky v jej klasickej podobe sú Maxwell, Boltzmann a Gibbs.

Maxwellovci strávili leto 1860 na panstve rodiny Glenlarovcov pred začiatkom jesenného semestra v Londýne. Maxwellovi sa však nepodarilo oddýchnuť si a nabrať sily. V ťažkej forme ochorel na kiahne. Lekári sa báli o jeho život. Ale mimoriadna odvaha a trpezlivosť jemu oddanej Catherine, ktorá urobila všetko pre to, aby svojho chorého manžela dostala von, im pomohla poraziť hroznú chorobu. Takáto ťažká skúška začala jeho život v Londýne. Počas tohto obdobia svojho života publikoval Maxwell veľký článok o farbách, ako aj prácu „Vysvetlenia k dynamickej teórii plynov“. Ale hlavná práca jeho života bola venovaná teórii elektriny.

Publikuje dve hlavné práce o teórii elektromagnetického poľa, ktoré vytvoril: „O fyzických siločiarach“ (1861-1862) a „Dynamická teória elektromagnetického poľa“ (1864-1865). Maxwell za desať rokov vyrástol na významného vedca, tvorcu fundamentálnej teórie elektromagnetických javov, ktorá sa spolu s mechanikou, termodynamikou a štatistickou fyzikou stala jedným zo základov klasickej teoretickej fyziky.

V rovnakom období svojho života začal Maxwell pracovať na elektrických meraniach. Zaujímal sa najmä o racionálny systém elektrických jednotiek, keďže ním vytvorená elektromagnetická teória svetla bola založená len na zhode pomeru elektrostatických a elektromagnetických jednotiek elektriny s rýchlosťou svetla. Je celkom prirodzené, že sa stal jedným z aktívnych členov „Komisie jednotiek“ Britskej asociácie. Okrem toho Maxwell hlboko chápal úzke prepojenie medzi vedou a technikou, dôležitosť tohto zväzku tak pre pokrok vedy, ako aj pre technický pokrok. Preto od šesťdesiatych rokov až do konca života neúnavne pracoval v oblasti elektrických meraní.

Stresujúci londýnsky život si vybral daň na zdraví Maxwella a jeho manželky a rozhodli sa žiť na svojom rodinnom statku Glenlar. Toto rozhodnutie sa stalo nevyhnutným po Maxwellovej ťažkej chorobe na konci letných prázdnin v roku 1865, ktoré trávil ako obvykle na svojom panstve. Maxwell opustil službu v Londýne a žil päť rokov (od roku 1866 do roku 1871) v Glenlare, občas cestoval do Cambridge na vyšetrenia a až v roku 1867 na radu lekárov odcestoval do Talianska. Maxwell, ktorý sa zaoberal ekonomickými záležitosťami v Glenlar, neopustil vedecké štúdie. Usilovne pracoval na hlavnom diele svojho života, Pojednaní o elektrine a magnetizme, napísal knihu The Theory of Heat, dôležité dielo o regulátoroch, množstvo článkov o kinetickej teórii plynov a zúčastnil sa na stretnutiach Britov. asociácie. Maxwellov tvorivý život na vidieku pokračoval rovnako intenzívne ako v univerzitnom meste.

V roku 1871 vydal Maxwell v Londýne The Theory of Heat. Táto učebnica bola veľmi populárna. Vedec napísal, že účelom jeho knihy „Teória tepla“ bolo predstaviť doktrínu tepla „v poradí, v akom sa vyvinula“.

Krátko po vydaní The Theory of Heat dostal Maxwell ponuku prevziať novoorganizovanú katedru experimentálnej fyziky v Cambridge. Súhlasil a 8. marca 1871 bol menovaný Cavendishom profesorom na univerzite v Cambridge.

V roku 1873 vyšlo Pojednanie o elektrine a magnetizme (v dvoch zväzkoch) a kniha Hmota a pohyb.

"Hmota a pohyb" je malá kniha venovaná prezentácii základov mechaniky.

"Pojednanie o elektrine a magnetizme" - hlavné dielo Maxwella a vrchol jeho vedeckej práce. Zhrnul v nej výsledky dlhoročnej práce na elektromagnetizme, ktorá sa začala už začiatkom roku 1854. Predslov k „Traktátu“ je datovaný 1. februára 1873. Devätnásť rokov Maxwell pracoval na svojom základnom diele!

Maxwell zhodnotil celé množstvo vedomostí o elektrine a magnetizme svojej doby, počnúc základnými faktami elektrostatiky a končiac elektromagnetickou teóriou svetla, ktorú vytvoril. Zhrnul boj medzi teóriami akcie na veľké a krátke vzdialenosti, ktorý sa začal ešte za Newtonovho života, pričom poslednú kapitolu svojej knihy venoval úvahám o teóriách akcie na diaľku. Maxwell sa otvorene nevyjadril proti teóriám elektriny, ktoré existovali pred ním; prezentoval Faradayov koncept ako rovnocenný s mainstreamovými teóriami, ale celý duch jeho knihy, jeho prístup k analýze elektromagnetických javov, bol taký nový a nezvyčajný, že súčasníci odmietli knihe porozumieť.

V slávnom predhovore k Traktátu Maxwell charakterizuje účel svojej práce takto: opísať najdôležitejšie elektromagnetické javy, ukázať, ako ich možno merať, a „vysledovať matematické vzťahy medzi meranými veličinami“. Naznačuje, že sa bude snažiť „v rámci možností osvetliť súvislosť medzi matematickou podobou tejto teórie a všeobecnou dynamikou, aby bol do určitej miery pripravený na definíciu tých dynamických zákonov, medzi ktorými by sme mali hľadať pre ilustrácie alebo vysvetlenie elektromagnetických javov.“

Maxwell považuje zákony mechaniky za základné prírodné zákony. Nie je náhoda, že preto ako základný predpoklad svojich základných rovníc elektromagnetickej teórie uvádza základné ustanovenia dynamiky. Zároveň však Maxwell chápe, že teória elektromagnetických javov je kvalitatívne novou teóriou, ktorú nemožno redukovať na mechaniku, hoci mechanika uľahčuje prienik do tejto novej oblasti prírodných javov.

Hlavné Maxwellove závery sa scvrkávali na nasledovné: striedavé magnetické pole vybudené meniacim sa prúdom vytvára v okolitom priestore elektrické pole, ktoré následne vybudí magnetické pole atď. Meniace sa elektrické a magnetické polia, ktoré sa navzájom vytvárajú, vytvárajú jediné striedavé elektromagnetické pole je elektromagnetické vlnenie.

Odvodil rovnice ukazujúce, že magnetické pole vytvorené zdrojom prúdu sa z neho šíri konštantnou rýchlosťou. Po svojom vzniku sa elektromagnetické pole šíri v priestore rýchlosťou svetla 300 000 km/s a zaberá čoraz väčší objem. D. Maxwell tvrdil, že vlny svetla sú rovnakej povahy ako vlny, ktoré vznikajú okolo drôtu, v ktorom je striedavý elektrický prúd. Líšia sa od seba iba dĺžkou. Viditeľné svetlo má veľmi krátke vlnové dĺžky.

V roku 1874 začína veľkú historickú prácu: štúdium vedeckého dedičstva vedca z osemnásteho storočia Henryho Cavendisha a pripravuje ho na vydanie. Po Maxwellovom výskume sa ukázalo, že dávno pred Faradayom Cavendish objavil vplyv dielektrika na veľkosť elektrickej kapacity a 15 rokov predtým, ako Coulomb objavil zákon elektrických interakcií.

Cavendishove práce o elektrine, popisujúce experimenty, zaberali veľký objem a boli publikované v roku 1879 pod názvom „Papers on Electricity of the Honorable Henry Cavendish“. Toto bola posledná Maxwellova kniha vydaná počas jeho života. 5. novembra 1879 zomrel v Cambridge.

MAXWELL (Maxwell) James Clerk ( úradník) (1831-79), anglický fyzik, tvorca klasickej elektrodynamiky, jeden zo zakladateľov štatistickej fyziky, organizátor a prvý riaditeľ (od roku 1871) Cavendish Laboratory. Rozvíjajúc myšlienky M. Faradaya vytvoril teóriu elektromagnetického poľa (Maxwellove rovnice); predstavil koncept posuvného prúdu, predpovedal existenciu elektromagnetických vĺn, predložil myšlienku elektromagnetickej povahy svetla. Zaviedol štatistickú distribúciu pomenovanú po ňom. Skúmal viskozitu, difúziu a tepelnú vodivosť plynov. Ukázal, že prstence Saturna sú zložené zo samostatných telies. Zborník z farebného videnia a kolorimetrie (Maxwellov disk), optiky (Maxwellov jav), teórie pružnosti (Maxwellova veta, Maxwell-Cremonov diagram), termodynamiky, dejín fyziky atď.

MAXWELL (Maxwell) James Clerk (13. jún 1831, Edinburgh – 5. november 1879, Cambridge), anglický fyzik, tvorca klasickej elektrodynamiky, jeden zo zakladateľov štatistickej fyziky, zakladateľ jedného z najväčších svetových vedeckých centier konca 19. – ran. 19. storočie. 20. storočie - Cavendishovo laboratórium; vytvoril teóriu elektromagnetického poľa, predpovedal existenciu elektromagnetických vĺn, predložil myšlienku elektromagnetickej povahy svetla, stanovil prvý štatistický zákon - zákon distribúcie molekúl rýchlosťou, pomenovaný po ňom.

Rodina. Roky štúdia

Maxwell bol jediným synom škótskeho šľachtica a právnika Johna Clerka, ktorý zdedil majetok manželky príbuzného, rodenej Maxwellovej, a pridal toto meno k svojmu priezvisku. Po narodení syna sa rodina presťahovala do Južného Škótska, na svoj vlastný statok Glenlar („Útulok v údolí“), kde chlapec prežil svoje detstvo. V roku 1841 poslal jeho otec Jamesa do školy s názvom Edinburgh Academy. Tu, vo veku 15 rokov, Maxwell napísal svoj prvý vedecký článok „O kreslení oválov“. V roku 1847 vstúpil na University of Edinburgh, kde študoval tri roky, av roku 1850 sa presťahoval na University of Cambridge, ktorú ukončil v roku 1854. V tom čase bol Maxwell prvotriednym matematikom s vynikajúco vyvinutou intuíciou fyzika.

Vytvorenie Cavendishovho laboratória. Pedagogická práca

Po promócii zostal Maxwell v Cambridge na učiteľskú prácu. V roku 1856 získal profesúru na Marishall College na University of Aberdeen (Škótsko). V roku 1860 bol zvolený za člena Kráľovskej spoločnosti v Londýne. V tom istom roku sa presťahoval do Londýna a prijal ponuku zaujať miesto vedúceho katedry fyziky na King's College, London University, kde pôsobil do roku 1865.

Po návrate na University of Cambridge v roku 1871 Maxwell zorganizoval a viedol prvé špeciálne vybavené laboratórium vo Veľkej Británii na fyzikálne experimenty, známe ako Cavendish Laboratory (podľa anglického vedca G. Cavendish). Vznik tohto laboratória, ktoré na prelome 19.-20. zmenil na jedno z najväčších centier svetovej vedy, Maxwell venoval posledné roky svojho života.

O Maxwellovom živote sa vie len málo. Plachý, skromný, usiloval sa žiť v samote; neviedol si denníky. V roku 1858 sa Maxwell oženil, ale rodinný život bol zjavne neúspešný, prehĺbil jeho nedružnosť a odcudzil ho od jeho bývalých priateľov. Existuje predpoklad, že mnoho dôležitých materiálov o živote Maxwella sa stratilo počas požiaru v roku 1929 v jeho dome Glenlar, 50 rokov po jeho smrti. Zomrel na rakovinu vo veku 48 rokov.

Vedecká činnosť

Maxwellov neobvykle široký okruh vedeckých záujmov pokrýval teóriu elektromagnetických javov, kinetickú teóriu plynov, optiku, teóriu pružnosti a mnohé ďalšie. Jednou z jeho prvých prác bol výskum fyziológie a fyziky farebného videnia a kolorimetrie, ktorý začal v roku 1852. V roku 1861 Maxwell prvýkrát získal farebný obraz premietaním červených, zelených a modrých priehľadných fólií na obrazovku súčasne. To dokázalo opodstatnenosť trojzložkovej teórie videnia a načrtlo spôsoby vytvorenia farebnej fotografie. V prácach z rokov 1857-59 Maxwell teoreticky skúmal stabilitu prstencov Saturna a ukázal, že prstence Saturna môžu byť stabilné iba vtedy, ak pozostávajú z nesúvisiacich častíc (telies).

V roku 1855 Maxwell začal cyklus svojich hlavných prác o elektrodynamike. Boli publikované články „O Faradayových siločiarach“ (1855-56), „O fyzikálnych siločiarach“ (1861-62) a „Dynamická teória elektromagnetického poľa“ (1869). Výskum bol zavŕšený vydaním dvojzväzkovej monografie Traktát o elektrine a magnetizme (1873).

Tvorba teórie elektromagnetického poľa

Keď Maxwell v roku 1855 začal skúmať elektrické a magnetické javy, mnohé z nich už boli dobre preštudované: boli stanovené najmä zákony interakcie stacionárnych elektrických nábojov (Coulombov zákon) a prúdov (Ampérov zákon); bolo dokázané, že magnetické interakcie sú interakcie pohybujúcich sa elektrických nábojov. Väčšina vedcov tej doby verila, že interakcia sa prenáša okamžite, priamo cez prázdnotu (teória dlhého dosahu).

Rozhodujúci obrat k teórii akcie krátkeho dosahu urobil M. Faraday v 30. rokoch 20. storočia. 19. storočie Podľa Faradayových predstáv elektrický náboj vytvára v okolitom priestore elektrické pole. Pole jedného náboja pôsobí na druhý a naopak. Interakcia prúdov sa uskutočňuje pomocou magnetického poľa. Rozloženie elektrických a magnetických polí v priestore opísal Faraday pomocou siločiar, ktoré podľa neho pripomínajú obyčajné elastické čiary v hypotetickom médiu – svetovom étere.

Maxwell plne akceptoval Faradayove predstavy o existencii elektromagnetického poľa, teda o realite procesov vo vesmíre v blízkosti nábojov a prúdov. Veril, že telo nemôže fungovať tam, kde neexistuje.

Prvá vec, ktorú Maxwell urobil, bolo dať Faradayovým myšlienkam prísnu matematickú formu, tak potrebnú vo fyzike. Ukázalo sa, že zavedením pojmu poľa sa Coulombove a Amperove zákony začali prejavovať najúplnejšie, najhlbšie a najpôvabnejšie. Vo fenoméne elektromagnetickej indukcie Maxwell videl novú vlastnosť polí: striedavé magnetické pole generuje v prázdnom priestore elektrické pole s uzavretými siločiarami (tzv. vírové elektrické pole).

Ďalší a posledný krok v objavovaní základných vlastností elektromagnetického poľa urobil Maxwell bez akéhokoľvek spoliehania sa na experiment. Vyslovil geniálny predpoklad, že striedavé elektrické pole generuje magnetické pole, ako obyčajný elektrický prúd (hypotéza posuvného prúdu). Do roku 1869 boli všetky základné zákony upravujúce správanie sa elektromagnetického poľa stanovené a formulované ako systém štyroch rovníc, nazývaných Maxwellove rovnice.

Z Maxwellových rovníc vyplynul základný záver: konečnosť rýchlosti šírenia elektromagnetických interakcií. Toto je hlavná vec, ktorá odlišuje teóriu pôsobenia na krátky dosah od teórie pôsobenia na diaľku. Ukázalo sa, že rýchlosť sa rovná rýchlosti svetla vo vákuu: 300 000 km/s. Z toho Maxwell usúdil, že svetlo je formou elektromagnetických vĺn.

Pracuje na molekulárno-kinetickej teórii plynov

Úloha Maxwella vo vývoji a rozvoji molekulárno-kinetickej teórie (moderný názov je štatistická mechanika) je mimoriadne veľká. Maxwell bol prvý, kto urobil vyhlásenie o štatistickej povahe prírodných zákonov. V roku 1866 objavil prvý štatistický zákon – zákon o rozdelení molekúl podľa rýchlostí (Maxwellovo rozdelenie). Okrem toho vypočítal hodnoty viskozity plynov v závislosti od rýchlostí a strednej voľnej dráhy molekúl a odvodil množstvo termodynamických vzťahov.

Maxwell bol skvelým popularizátorom vedy. Napísal množstvo článkov pre Encyclopædia Britannica a populárne knihy: „Teória tepla“ (1870), „Hmota a pohyb“ (1873), „Elektrina v elementárnej prezentácii“ (1881), ktoré boli preložené do ruštiny; prednášal a referoval o fyzikálnych témach pre široké publikum. Maxwell prejavil veľký záujem aj o históriu vedy. V roku 1879 publikoval práce G. Cavendisha o elektrine, pričom k nim poskytol rozsiahle komentáre.

Ocenenie Maxwellovej práce

Diela vedca neboli ocenené jeho súčasníkmi. Predstavy o existencii elektromagnetického poľa sa zdali svojvoľné a neproduktívne. Až potom, čo G. Hertz v rokoch 1886-89 experimentálne dokázal existenciu elektromagnetických vĺn predpovedaných Maxwellom, dostala jeho teória všeobecné uznanie. Stalo sa tak desať rokov po Maxwellovej smrti.

Po experimentálnom potvrdení reality elektromagnetického poľa došlo k zásadnému vedeckému objavu: existujú rôzne druhy hmoty a každá z nich má svoje vlastné zákony, ktoré nemožno zredukovať na zákony newtonovskej mechaniky. Sám Maxwell si to však sotva jasne uvedomoval a najprv sa pokúšal zostaviť mechanické modely elektromagnetických javov.

Americký fyzik R. Feynman o úlohe Maxwella vo vývoji vedy vynikajúco povedal: „V dejinách ľudstva (ak sa na to pozriete povedzme o desaťtisíc rokov), najvýznamnejšia udalosť 19. byť Maxwellovým objavom zákonov elektrodynamiky. Na pozadí tohto dôležitého vedeckého otvorenia bude občianska vojna v Amerike v tom istom desaťročí vyzerať ako provinčný incident.

Maxwell je pochovaný nie v hrobke veľkých ľudí Anglicka - Westminster Abbey - ale v skromnom hrobe vedľa svojho milovaného kostola v škótskej dedine neďaleko rodinného sídla.

James Clerk Maxwell (1831-79) – anglický fyzik, tvorca klasickej elektrodynamiky, jeden zo zakladateľov štatistickej fyziky, organizátor a prvý riaditeľ (od roku 1871) Cavendish Laboratory, predpovedal existenciu elektromagnetických vĺn, predložil myšlienku elektromagnetickej povahy svetla, stanovil prvý štatistický zákon - zákon distribúcie molekúl podľa rýchlostí, pomenovaných po ňom.

Rozvíjajúc myšlienky Michaela Faradaya vytvoril teóriu elektromagnetického poľa (Maxwellove rovnice); predstavil koncept posuvného prúdu, predpovedal existenciu elektromagnetických vĺn, predložil myšlienku elektromagnetickej povahy svetla. Zaviedol štatistickú distribúciu pomenovanú po ňom. Skúmal viskozitu, difúziu a tepelnú vodivosť plynov. Maxwell ukázal, že prstence Saturna sa skladajú zo samostatných telies. Zborník z farebného videnia a kolorimetrie (Maxwellov disk), optiky (Maxwellov jav), teórie pružnosti (Maxwellova veta, Maxwell-Cremonov diagram), termodynamiky, dejín fyziky atď.

Rodina. Roky štúdia

James Maxwell sa narodil 13. júna 1831 v Edinburghu. Bol jediným synom škótskeho šľachtica a právnika Johna Clerka, ktorý keď zdedil majetok manželky príbuzného, rodenej Maxwellovej, pridal si toto meno k svojmu priezvisku. Po narodení syna sa rodina presťahovala do Južného Škótska na svoj vlastný statok Glenlar („Útulok v údolí“), kde chlapec prežil svoje detstvo.

V roku 1841 poslal jeho otec Jamesa do školy s názvom Edinburgh Academy. Tu, vo veku 15 rokov, Maxwell napísal svoj prvý vedecký článok „O kreslení oválov“. V roku 1847 vstúpil na University of Edinburgh, kde študoval tri roky, a v roku 1850 sa presťahoval na University of Cambridge, ktorú ukončil v roku 1854. V tom čase bol James Maxwell prvotriednym matematikom s vynikajúco vyvinutou intuíciou fyzika. .

Vytvorenie Cavendishovho laboratória. Pedagogická práca

Po promócii zostal James Maxwell v Cambridge na učiteľskú prácu. V roku 1856 získal profesúru na Marishall College na University of Aberdeen (Škótsko). V roku 1860 bol zvolený za člena Kráľovskej spoločnosti v Londýne. V tom istom roku sa presťahoval do Londýna a prijal ponuku zaujať miesto vedúceho katedry fyziky na King's College, London University, kde pôsobil do roku 1865.

Po návrate na Cambridge University v roku 1871 Maxwell zorganizoval a viedol prvé špeciálne vybavené laboratórium vo Veľkej Británii na fyzikálne experimenty, známe ako Cavendish Laboratory (podľa anglického vedca Henryho Cavendisha). Vznik tohto laboratória, ktoré na prelome 19.-20. zmenil na jedno z najväčších centier svetovej vedy, Maxwell venoval posledné roky svojho života.

Vo všeobecnosti je o živote Maxwella málo známe. Plachý, skromný, snažil sa žiť v samote a nepísal si denníky. V roku 1858 sa James Maxwell oženil, ale rodinný život bol zjavne neúspešný, prehĺbil jeho nedružnosť a odcudzil ho od jeho bývalých priateľov. Existuje predpoklad, že mnoho dôležitých materiálov o živote Maxwella sa stratilo počas požiaru v roku 1929 v jeho dome Glenlar, 50 rokov po jeho smrti. Zomrel na rakovinu vo veku 48 rokov.

Vedecká činnosť

Maxwellov neobvykle široký okruh vedeckých záujmov pokrýval teóriu elektromagnetických javov, kinetickú teóriu plynov, optiku, teóriu pružnosti a mnohé ďalšie. Jednou z jeho prvých prác bol výskum fyziológie a fyziky farebného videnia a kolorimetrie, ktorý začal v roku 1852. V roku 1861 James Maxwell prvýkrát získal farebný obraz premietaním červených, zelených a modrých fólií na obrazovku súčasne. To dokázalo opodstatnenosť trojzložkovej teórie videnia a načrtlo spôsoby vytvorenia farebnej fotografie. V prácach z rokov 1857-59 Maxwell teoreticky skúmal stabilitu prstencov Saturna a ukázal, že prstence Saturna môžu byť stabilné iba vtedy, ak pozostávajú z nesúvisiacich častíc (telies).

V roku 1855 začal D. Maxwell cyklus svojich hlavných prác o elektrodynamike. Boli publikované články „O Faradayových siločiarach“ (1855-56), „O fyzikálnych siločiarach“ (1861-62), „Dynamická teória elektromagnetického poľa“ (1869). Výskum bol zavŕšený vydaním dvojzväzkovej monografie Traktát o elektrine a magnetizme (1873).

Tvorba teórie elektromagnetického poľa

Keď James Maxwell začal v roku 1855 skúmať elektrické a magnetické javy, mnohé z nich už boli dobre preštudované: boli stanovené najmä zákony interakcie stacionárnych elektrických nábojov (Coulombov zákon) a prúdov (Ampérov zákon); bolo dokázané, že magnetické interakcie sú interakcie pohybujúcich sa elektrických nábojov. Väčšina vedcov tej doby verila, že interakcia sa prenáša okamžite, priamo cez prázdnotu (teória dlhého dosahu).

Rozhodujúci obrat k teórii akcie krátkeho dosahu urobil Michael Faraday v 30. rokoch 20. storočia. 19. storočie Podľa Faradayových predstáv elektrický náboj vytvára v okolitom priestore elektrické pole. Pole jedného náboja pôsobí na druhý a naopak. Interakcia prúdov sa uskutočňuje pomocou magnetického poľa. Rozloženie elektrických a magnetických polí v priestore opísal Faraday pomocou siločiar, ktoré podľa neho pripomínajú obyčajné elastické čiary v hypotetickom médiu – svetovom étere.

Prvá vec D.K. Maxwell - dal myšlienkam Faradaya prísnu matematickú formu, tak potrebnú vo fyzike. Ukázalo sa, že zavedením pojmu poľa sa Coulombove a Amperove zákony začali prejavovať najúplnejšie, najhlbšie a najpôvabnejšie. Vo fenoméne elektromagnetickej indukcie Maxwell videl novú vlastnosť polí: striedavé magnetické pole generuje v prázdnom priestore elektrické pole s uzavretými siločiarami (tzv. vírové elektrické pole).

Maxwellove rovnice sú základnými rovnicami klasickej makroskopickej elektrodynamiky, ktoré opisujú elektromagnetické javy v ľubovoľnom prostredí a vo vákuu. Maxwellove rovnice získal J. K. Maxwell v 60. rokoch. 19. storočie ako výsledok zovšeobecnenia zákonov elektrických a magnetických javov zistených zo skúseností.

Pracuje na molekulárno-kinetickej teórii plynov

Úloha Jamesa Maxwella vo vývoji a rozvoji molekulárno-kinetickej teórie (moderný názov je štatistická mechanika) je mimoriadne veľká. Maxwell bol prvý, kto urobil vyhlásenie o štatistickej povahe prírodných zákonov. V roku 1866 objavil prvý štatistický zákon – zákon o rozdelení molekúl podľa rýchlostí (Maxwellovo rozdelenie). Okrem toho vypočítal hodnoty viskozity plynov v závislosti od rýchlostí a strednej voľnej dráhy molekúl a odvodil množstvo termodynamických vzťahov.

Maxwellovo rozdelenie - rozdelenie rýchlostí molekúl systému v stave termodynamickej rovnováhy (za predpokladu, že translačný pohyb molekúl je popísaný zákonmi klasickej mechaniky). Založil J. K. Maxwell v roku 1859.

Maxwell bol skvelým popularizátorom vedy. Napísal množstvo článkov pre Encyclopædia Britannica a populárne knihy: Teória tepla (1870), Hmota a pohyb (1873), Elektrina v elementárnej prezentácii (1881), ktoré boli preložené do ruštiny; prednášal a referoval o fyzikálnych témach pre široké publikum. Maxwell prejavil veľký záujem aj o históriu vedy. V roku 1879 publikoval práce G. Cavendisha o elektrine, pričom k nim poskytol rozsiahle komentáre.

Ocenenie Maxwellovej práce

Diela vedca neboli ocenené jeho súčasníkmi. Predstavy o existencii elektromagnetického poľa sa zdali svojvoľné a neproduktívne. Až potom, čo Heinrich Hertz experimentálne dokázal existenciu elektromagnetických vĺn predpovedaných Maxwellom v rokoch 1886-89, získala jeho teória všeobecné uznanie. Stalo sa tak desať rokov po Maxwellovej smrti.

Americký fyzik Richard Feynman o úlohe Maxwella vo vývoji vedy vynikajúco povedal: „V histórii ľudstva (ak sa na to pozriete povedzme o desaťtisíc rokov), najvýznamnejšou udalosťou 19. storočia bude nepochybne Maxwellov objav zákonov elektrodynamiky. Na pozadí tohto dôležitého vedeckého objavu bude americká občianska vojna v tom istom desaťročí vyzerať ako provinčný incident.

James Maxwell zomrel 5. novembra 1879, Cambridge. Nie je pochovaný v hrobke veľkých ľudí Anglicka - Westminster Abbey - ale v skromnom hrobe vedľa svojho milovaného kostola v škótskej dedine neďaleko rodinného sídla.

Javascript je vo vašom prehliadači zakázaný.
Aby bolo možné vykonávať výpočty, musia byť povolené ovládacie prvky ActiveX!

Medzinárodná univerzita prírody, spoločnosti a človeka "Dubna"
Katedra trvalo udržateľného inovačného rozvoja
VÝSKUMNÁ PRÁCA

na tému:

"Príspevok Jamesa Clerka Maxwella k vede"

Vyplnil: Pleshkova A.V., gr. 5103

Skontroloval: Bolshakov B.E.

Dubna, 2007

Vzorce, ku ktorým dospejeme, musia byť také, aby zástupca ktoréhokoľvek národa, nahradením číselných hodnôt veličín nameraných v jeho národných jednotkách namiesto symbolov, dostal správny výsledok.

J.K.Maxwell

Životopis 5

Objavy J.C. Maxwella 8

Edinburgh. 1831-1850 8

Detstvo a školské roky 8

Prvý objav 9

Univerzita v Edinburghu 9

Opticko-mechanický výskum 9

1850-1856 Cambridge 10

Kurzy elektriny 10

Aberdeen 1856-1860 12

Pojednanie o prstencoch Saturna 12

Londýn – Glenlare 1860 – 1871 13

Prvá farebná fotografia 13

Teória pravdepodobnosti 14

Mechanický model Maxwell 14

Elektromagnetické vlny a elektromagnetická teória svetla 15

Cambridge 1871-1879 16

Cavendishovo laboratórium 16

Svetové uznanie 17

Rozmer 18

Zákon zachovania moci 22

Zoznam použitej literatúry 23

Úvod

V súčasnosti sú veľmi zaujímavé názory J.K.Maxwella, jedného z najväčších fyzikov minulosti, ktorého meno sa spája so zásadnými vedeckými úspechmi, ktoré sú súčasťou zlatého fondu modernej vedy. Maxwell je pre nás zaujímavý ako vynikajúci metodológ a historik vedy, ktorý hlboko pochopil zložitosť a nejednotnosť procesu vedeckého výskumu. Pri analýze vzťahu medzi teóriou a realitou Maxwell šokovane zvolal: „Ale kto ma zavedie do ešte skrytejšej hmlistej oblasti, kde sa spája myšlienka s faktom, kde vidíme duševnú prácu matematika a fyzické pôsobenie molekúl v ich skutočný vzťah? Neprechádza cesta k nim samotným brlohom metafyzikov, posiatym pozostatkami predchádzajúcich bádateľov a inšpirujúcou hrôzou v každom človeku vedy? .. V našej každodennej práci prichádzame k otázkam rovnakého druhu ako metafyzika, ale bez spoliehania sa na vrodenom vhľade našej mysle sa k nim približujeme pripraveným dlhým prispôsobovaním nášho spôsobu myslenia skutočnostiam vonkajšej povahy. (James Clerk Maxwell. Články a prejavy. M., "Science", 1968. S.5).

Životopis

Narodil sa v rodine škótskeho šľachtica zo šľachtickej rodiny úradníkov. Najprv študoval v Edinburghu (1847-1850), potom na univerzitách v Cambridge (1850-1854). V roku 1855 sa stal členom Rady Trinity College, v rokoch 1856-1860. Bol profesorom na Marishall College, Aberdeen University, od roku 1860 viedol Katedru fyziky a astronómie na King's College, University of London. V roku 1865, kvôli vážnej chorobe, Maxwell odstúpil z kresla a usadil sa vo svojom rodinnom panstve Glenlar neďaleko Edinburghu. Pokračoval v štúdiu prírodných vied, napísal niekoľko esejí o fyzike a matematike. V roku 1871 nastúpil na katedru experimentálnej fyziky na univerzite v Cambridge. Zorganizoval výskumné laboratórium, ktoré sa otvorilo 16. júna 1874 a dostalo názov Cavendish – na počesť G. Cavendisha.

Maxwell dokončil svoju prvú vedeckú prácu ešte na škole, keď vynašiel jednoduchý spôsob kreslenia oválnych tvarov. Táto práca bola oznámená na stretnutí Kráľovskej spoločnosti a dokonca publikovaná v jej zborníku. Ako člen Rady Trinity College experimentoval s teóriou farieb, pričom pôsobil ako pokračovateľ Jungovej teórie a Helmholtzovej teórie troch základných farieb. Pri experimentoch s miešaním farieb použil Maxwell špeciálny vrch, ktorého disk bol rozdelený na sektory natreté rôznymi farbami (Maxwellov disk). Keď sa kolovrátok rýchlo otáčal, farby sa spojili: ak bol disk premaľovaný tak, ako sú umiestnené farby spektra, zdal sa biely; ak bola jedna polovica natretá červenou a druhá žltou farbou, vyzerala oranžovo; zmiešaním modrej a žltej vznikol dojem zelenej. V roku 1860 bol Maxwell ocenený Rumfoordovou medailou za prácu v oblasti vnímania farieb a optiky.

V roku 1857 vyhlásila University of Cambridge súťaž o najlepšiu prácu o stabilite Saturnových prstencov. Tieto útvary objavil Galileo na začiatku 17. storočia. a predstavovala úžasné tajomstvo prírody: planéta vyzerala byť obklopená tromi súvislými sústrednými prstencami, ktoré pozostávali z látky neznámej povahy. Laplace dokázal, že nemôžu byť pevné. Po vykonaní matematickej analýzy bol Maxwell presvedčený, že ani nemôžu byť kvapalné, a dospel k záveru, že takáto štruktúra môže byť stabilná, iba ak by pozostávala z roja nesúvisiacich meteoritov. Stabilita prstencov je zabezpečená ich priťahovaním k Saturnu a vzájomným pohybom planéty a meteoritov. Za túto prácu dostal Maxwell Cenu J. Adamsa.

Jednou z prvých Maxwellových prác bola jeho kinetická teória plynov. V roku 1859 vedec predniesol prezentáciu na stretnutí Britskej asociácie, v ktorej uviedol rozdelenie molekúl podľa rýchlostí (maxwellovské rozdelenie). Maxwell rozvinul myšlienky svojho predchodcu vo vývoji kinetickej teórie plynov R. Clausiusa, ktorý zaviedol pojem „stredná voľná cesta“. Maxwell vychádzal z myšlienky plynu ako súboru dokonale elastických guľôčok, ktoré sa náhodne pohybujú v uzavretom priestore. Guľôčky (molekuly) možno rozdeliť do skupín podľa ich rýchlostí, pričom v stacionárnom stave zostáva počet molekúl v každej skupine konštantný, hoci môžu skupiny opustiť a vstúpiť do nich. Z takejto úvahy vyplynulo, že „častice sa rozdeľujú podľa rýchlostí podľa rovnakého zákona, ako sa v teórii metódy najmenších štvorcov rozdeľujú chyby pozorovania, t. j. v súlade s Gaussovou štatistikou“. Maxwell v rámci svojej teórie vysvetlil Avogadrov zákon, difúziu, vedenie tepla, vnútorné trenie (teóriu prenosu). V roku 1867 ukázal štatistickú povahu druhého zákona termodynamiky ("Maxwellov démon").

V roku 1831, v roku Maxwellovho narodenia, uskutočnil M. Faraday klasické experimenty, ktoré ho priviedli k objavu elektromagnetickej indukcie. Maxwell začal študovať elektrinu a magnetizmus asi o 20 rokov neskôr, keď existovali dva názory na povahu elektrických a magnetických efektov. Vedci ako A. M. Ampere a F. Neumann sa držali konceptu pôsobenia na veľké vzdialenosti, pričom elektromagnetické sily považovali za analóg gravitačnej príťažlivosti medzi dvoma hmotami. Faraday bol zástancom myšlienky siločiar, ktoré spájajú kladné a záporné elektrické náboje alebo severný a južný pól magnetu. Siločiary vypĺňajú celý okolitý priestor (pole, Faradayovou terminológiou) a určujú elektrické a magnetické interakcie. Po Faradayovi Maxwell vyvinul hydrodynamický model siločiar a vyjadril vtedy známe vzťahy elektrodynamiky v matematickom jazyku zodpovedajúcom Faradayovým mechanickým modelom. Hlavné výsledky tejto štúdie sa odrážajú v práci „Faraday's Lines of Force“ (Faraday's Lines of Force, 1857). V rokoch 1860-1865. Maxwell vytvoril teóriu elektromagnetického poľa, ktorú sformuloval ako sústavu rovníc (Maxwellove rovnice) popisujúcich základné zákony elektromagnetických javov: 1. rovnica vyjadrovala Faradayovu elektromagnetickú indukciu; 2. - magnetoelektrická indukcia, objavená Maxwellom a založená na koncepciách posuvných prúdov; 3. - zákon zachovania množstva elektriny; 4. - vírivý charakter magnetického poľa.

Pokračujúc v rozvíjaní týchto myšlienok Maxwell dospel k záveru, že akékoľvek zmeny v elektrickom a magnetickom poli musia spôsobiť zmeny v siločiarach prenikajúcich do okolitého priestoru, to znamená, že v médiu sa musia šíriť impulzy (alebo vlny). Rýchlosť šírenia týchto vĺn (elektromagnetické rušenie) závisí od dielektrickej a magnetickej permeability prostredia a rovná sa pomeru elektromagnetickej jednotky k elektrostatickej jednotke. Podľa Maxwella a ďalších výskumníkov je tento pomer 3×1010 cm/s, čo je blízko rýchlosti svetla, ktorú o sedem rokov skôr nameral francúzsky fyzik A. Fizeau. V októbri 1861 Maxwell informoval Faradaya o svojom objave, že svetlo je elektromagnetické rušenie šíriace sa v nevodivom prostredí, t. j. typ elektromagnetickej vlny. Táto posledná fáza výskumu je načrtnutá v Maxwellovej „Dynamickej teórii elektromagnetického poľa“ (Pojednanie o elektrine a magnetizme, 1864) a slávna „Pojednanie o elektrine a magnetizme“ zhrnula jeho prácu o elektrodynamike. (1873)

V posledných rokoch svojho života sa Maxwell zaoberal prípravou na tlač a publikovaním rukopisného dedičstva Cavendisha. V októbri 1879 sa objavili dva veľké zväzky.

Objavy J. K. Maxwella

Edinburgh. 1831-1850

Detstvo a školské roky

13. júna 1831 v Edinburghu na čísle 14, India Street, Frances Kay, dcéra edinburského sudcu, po sobáši - pani Clerk Maxwell, porodila syna Jamesa. V tento deň sa na celom svete nič významné nestalo, hlavná udalosť z roku 1831 sa ešte nestala. Ale jedenásť rokov sa geniálny Faraday pokúšal pochopiť tajomstvá elektromagnetizmu a až teraz, v lete roku 1831, zaútočil na stopu nepolapiteľnej elektromagnetickej indukcie a James bude mať len štyri mesiace, keď Faraday spočíta svoj experiment „získať elektrinu z magnetizmu“. A tým sa otvorí nová éra – éra elektriny. Obdobie, pre ktoré bude musieť žiť a tvoriť malý James, potomok slávnych rodín škótskych úradníkov a Maxwellovcov.

Jamesov otec, John Clerk Maxwell, povolaním právnik, nenávidel právo a mal nechuť, ako sám povedal, k „špinavému právnickému biznisu“. Hneď ako sa naskytla príležitosť, John prestal s nekonečným prehadzovaním sa mramorovými vestibulami Edinburgh Court a venoval sa vedeckým experimentom, ktorým sa mimochodom amatérsky venoval. Bol amatér, bol si toho vedomý a bol hlboko znepokojený. John bol zamilovaný do vedy, do vedcov, do praktických ľudí, do svojho učeného starého otca Georga. K budúcej manželke ho priviedli pokusy skonštruovať dúchacie mechy, ktoré uskutočnil spolu s jeho bratom Francaise Kayom; svadba sa konala 4. októbra 1826. Blower mech nikdy nefungoval, ale narodil sa syn James.

Keď mal James osem rokov, zomrela mu matka a on zostal s otcom. Jeho detstvo je plné prírody, komunikácie s otcom, kníh, príbehov o príbuzných, „vedeckých hračiek“, prvých „objavov“. Jamesovi príbuzní sa obávali, že sa mu nedostalo systematického vzdelania: bežné čítanie všetkého, čo je v dome, hodiny astronómie na verande domu a v obývačke, kde James a jeho otec postavili „nebeský glóbus“. Po neúspešnom pokuse o štúdium u súkromného učiteľa, od ktorého James často utekal za vzrušujúcejšími aktivitami, bolo rozhodnuté poslať ho študovať do Edinburghu.

Hoci bol James vzdelaný doma, spĺňal vysoké štandardy Edinburskej akadémie a bol tam zapísaný v novembri 1841. Jeho výkon v triede nebol ani zďaleka oslnivý. Pokojne mohol robiť lepšie úlohy, ale duch súťaživosti v nepríjemných prenasledovaniach mu bol hlboko cudzí. Hneď po prvom školskom dni si nerozumel so spolužiakmi, a preto bol James najradšej sám a skúmal okolité predmety. Jednou z najvýraznejších udalostí, ktoré nepochybne spestrili nudné školské dni, bola návšteva jeho otca v Kráľovskej spoločnosti v Edinburghu, kde boli vystavené prvé „elektromagnetické stroje“.

Kráľovská spoločnosť v Edinburghu zmenila Jamesov život: práve tam dostal svoje prvé koncepty pyramídy, kocky a iných pravidelných mnohostenov. Dokonalosť symetrie, pravidelné premeny geometrických telies zmenili Jamesovu koncepciu učenia – videl v učení zrno krásy a dokonalosti. Keď nadišiel čas skúšok, študenti akadémie žasli – „bláznom“, ako Maxwella nazývali, sa stal jedným z prvých.

Prvý objav

Ak predtým jeho otec občas vzal Jamesa na svoju obľúbenú zábavu - stretnutia Kráľovskej spoločnosti v Edinburghu, návšteva tejto spoločnosti, ako aj Edinburskej spoločnosti umenia s Jamesom, sa pre neho stala pravidelnou a povinnou. Na stretnutiach Spoločnosti umení bol najznámejším, davokresliacim lektorom pán D.R. Hej, dekoratér. Práve jeho prednášky podnietili Jamesa k prvému veľkému objavu – jednoduchému nástroju na kreslenie oválov. James našiel originálny a zároveň veľmi jednoduchý spôsob a hlavne úplne nový. Princíp svojej metódy opísal v krátkom „článku“, ktorý bol prečítaný v Kráľovskej spoločnosti v Edinburghu – pocta, o ktorú sa mnohí usilovali, a bola udelená štrnásťročnému školákovi.

Edinburská univerzita

Opticko-mechanický výskum

V roku 1847 končí školenie na Edinburgh Academy, James je jedným z prvých, urážky a starosti prvých ročníkov sú zabudnuté.

Po absolvovaní akadémie vstupuje James na University of Edinburgh. Zároveň sa začal vážne zaujímať o optický výskum. Brewsterove vyjadrenia viedli Jamesa k myšlienke, že štúdium dráhy lúčov možno použiť na určenie elasticity média v rôznych smeroch, na detekciu napätí v priehľadných materiáloch. Štúdium mechanických napätí teda možno zredukovať na optické štúdium. Dva lúče oddelené v napnutom priehľadnom materiáli budú vzájomne pôsobiť, čím vzniknú charakteristické farebné obrázky. James ukázal, že farebné obrázky sú vo svojej podstate celkom prirodzené a dajú sa použiť na výpočty, na kontrolu predtým odvodených vzorcov, na odvodenie nových. Ukázalo sa, že niektoré vzorce boli nesprávne alebo nepresné alebo bolo potrebné ich opraviť.

Obr. 1 Vzorec napätia v hviezdnom trojuholníku, ktorý James získal pomocou polarizovaného svetla.

Okrem toho bol James schopný odhaliť vzorce v prípadoch, keď sa predtým nedalo nič urobiť kvôli matematickým ťažkostiam. Priehľadný a zaťažený trojuholník z nekaleného skla (obr. 1) dal Jamesovi možnosť skúmať napätia aj v tomto nevyčísliteľnom prípade.

Devätnásťročný James Clerk Maxwell sa najprv postavil na pódium Edinburgh Royal Society. Jeho správa nemohla zostať nepovšimnutá: obsahovala príliš veľa nového a originálneho.

1850-1856 Cambridge

Hodiny elektriny

Teraz nikto nespochybňoval talent Jamesa. Univerzitu v Edinburghu jednoznačne prerástol, a preto na jeseň roku 1850 vstúpil do Cambridge. V januári 1854 James s vyznamenaním ukončil univerzitu s bakalárskym titulom. Rozhodne sa zostať v Cambridge, aby sa pripravil na profesúru. Teraz, keď sa nemusí učiť na skúšky, dostáva dlho očakávanú príležitosť venovať všetok svoj čas experimentom, pokračuje vo výskume v oblasti optiky. Zaujíma ho najmä otázka základných farieb. Prvý Maxwellov článok sa volal „Teória farieb v súvislosti s farbosleposťou“ a vlastne to ani nebol článok, ale list. Maxwell ho poslal doktorovi Wilsonovi, ktorému list zaujal natoľko, že sa postaral o jeho zverejnenie: celý ho umiestnil do svojej knihy o farbosleposti. A predsa Jamesa nevedome priťahujú hlbšie tajomstvá, veci oveľa nenápadnejšie ako miešanie farieb. Bola to elektrina, pre svoju vzrušujúcu nezrozumiteľnosť, skôr či neskôr, nevyhnutne mala pritiahnuť energiu jeho mladej mysle. James celkom ľahko pochopil základné princípy napnutej elektriny. Po preštudovaní Amperovej teórie akcie na veľké vzdialenosti si napriek jej zjavnej nevyvrátiteľnosti dovolil o nej pochybovať. Teória dlhého dosahu sa zdala byť nepochybne spravodlivá bola potvrdená formálnou podobnosťou zákonov, matematických vyjadrení pre zdanlivo odlišné javy – gravitačná a elektrická interakcia. Ale táto teória, viac matematická ako fyzikálna, Jamesa nepresvedčila, stále viac inklinoval k Faradayovmu vnímaniu pôsobenia prostredníctvom magnetických siločiar vypĺňajúcich priestor, k teórii pôsobenia na krátky dosah.

V snahe vytvoriť teóriu sa Maxwell rozhodol použiť na výskum metódu fyzikálnych analógií. V prvom rade bolo potrebné nájsť správnu analógiu. Maxwell vždy obdivoval analógiu, ktorá bola vtedy zaznamenaná iba medzi problémami príťažlivosti elektricky nabitých telies a problémami stabilného prenosu tepla. Toto, rovnako ako Faradayove myšlienky pôsobenia krátkeho dosahu, amperské magnetické pôsobenie uzavretých vodičov, James postupne zabudoval do novej teórie, neočakávanej a odvážnej.

V Cambridge je James poverený vyučovať najťažšie kapitoly z hydrostatiky a optiky pre tých najschopnejších študentov. Okrem toho ho od elektrických teórií odviedla práca na knihe o optike. Maxwell čoskoro príde na to, že optika ho už nezaujíma ako predtým, ale len odvádza pozornosť od štúdia elektromagnetických javov.

James pokračuje v hľadaní analógie a porovnáva siločiary s tokom nejakej nestlačiteľnej tekutiny. Teória rúrok z hydrodynamiky umožnila nahradiť siločiary siločiarami, čo ľahko vysvetlilo Faradayov experiment. Pojmy odpor, javy elektrostatiky, magnetostatiky a elektrického prúdu ľahko a jednoducho zapadajú do rámca Maxwellovej teórie. Ale fenomén elektromagnetickej indukcie objavený Faradayom do tejto teórie nezapadal.

James musel svoju teóriu na čas opustiť kvôli zhoršeniu stavu jeho otca, ktorý si vyžadoval starostlivosť. Keď sa po smrti svojho otca James vrátil do Cambridge, nemohol pre svoje náboženstvo získať vyšší magisterský titul. Preto v októbri 1856 prevzal kreslo v Aberdeene James Maxwell.

Aberdeen 1856-1860

Pojednanie o prstencoch Saturna

Práve v Aberdeene vznikla prvá práca o elektrine – článok „O Faradayových siločiarach“, ktorý viedol k výmene názorov na elektromagnetické javy so samotným Faradayom.

Keď James začal študovať v Aberdeene, v jeho hlave už dozrel nový problém, ktorý zatiaľ nikto nedokázal vyriešiť, nový fenomén, ktorý bolo potrebné vysvetliť. Boli to Saturnove prstence. Určiť ich fyzikálnu povahu, určiť ich na milióny kilometrov, bez akýchkoľvek prístrojov, len s použitím papiera a pera – to bola preňho úloha. Hypotéza pevného tuhého prstenca bola okamžite vypustená. Tekutý prstenec by sa pod vplyvom obrovských vĺn, ktoré v ňom vznikli, rozpadol – a v dôsledku toho sa podľa Jamesa Clerka Maxwella okolo Saturnu s najväčšou pravdepodobnosťou vznáša množstvo malých satelitov, „úlomky tehál“, podľa jeho vnímania. Za pojednanie o prstencoch Saturna dostal James v roku 1857 Adamsovu cenu a on sám je uznávaný ako jeden z najuznávanejších anglických teoretických fyzikov.

Obr.2 Saturn. Fotografia urobená 36-palcovým refraktorom na Lickovom observatóriu.

Obr.3 Mechanické modely znázorňujúce pohyb Saturnových prstencov. Kresby z Maxwellovej eseje „O stabilite rotácie prstencov Saturna“

Londýn - Glenlare 1860-1871

Prvá farebná fotografia

V roku 1860 sa začína nová etapa v živote Maxwella. Je menovaný do funkcie profesora prírodnej filozofie na King's College London. Kings College z hľadiska vybavenia fyzikálnych laboratórií predbehla mnohé univerzity vo svete. Maxwell tu nie je len v rokoch 1864-1865. vyučoval kurz aplikovanej fyziky, tu sa snažil organizovať vzdelávací proces novým spôsobom. Žiaci sa učili experimentovaním. V Londýne James Clerk Maxwell po prvýkrát ochutnal plody svojho uznania ako veľkého vedca. Za výskum miešania farieb a optiky udelila Kráľovská spoločnosť Maxwellovi Rumfoordovu medailu. 17. mája 1861 bola Maxwellovi ponúknutá vysoká česť prednášať pred Kráľovskou inštitúciou. Témou prednášky je "O teórii troch základných farieb." V tejto prednáške, ako dôkaz tejto teórie, bola svetu po prvý raz ukázaná farebná fotografia!

Teória pravdepodobnosti

Na konci aberdeenského obdobia a na začiatku londýnskeho obdobia mal Maxwell popri optike a elektrine aj novú záľubu – teóriu plynov. Pri práci na tejto teórii Maxwell zavádza do fyziky také pojmy ako „pravdepodobne“, „táto udalosť sa môže stať s väčšou pravdepodobnosťou“.

Nastala revolúcia vo fyzike a mnohí poslucháči Maxwellových správ na výročných stretnutiach Britskej asociácie si to ani nevšimli. Na druhej strane sa Maxwell priblížil k hraniciam mechanického chápania hmoty. A prekročil ich. Maxwellov záver o dominancii zákonov pravdepodobnosti vo svete molekúl ovplyvnil najzákladnejšie základy svetonázoru. Tvrdenie, že svet molekúl je „ovládnutý náhodou“, bolo vo svojej drzosti jedným z najväčších úspechov vedy.

Mechanický model Maxwell

Práca na King's College bola už oveľa dlhšia ako v Aberdeene - prednáškový kurz trval deväť mesiacov v roku. V tomto čase však tridsaťročný James Clerk Maxwell načrtáva plán svojej budúcej knihy o elektrine. Toto je zárodok budúceho Traktátu. Jeho prvé kapitoly venuje svojim predchodcom: Oersted, Ampère, Faraday. V snahe vysvetliť Faradayovu teóriu siločiar, indukciu elektrických prúdov a Oerstedovu teóriu vírivého charakteru povahy magnetických javov Maxwell vytvára vlastný mechanický model (obr. 5).

Model predstavoval rady molekulových vírov rotujúcich v jednom smere, medzi ktorými bola umiestnená vrstva najmenších guľovitých častíc schopných rotácie. Napriek svojej ťažkopádnosti model vysvetlil mnohé elektromagnetické javy vrátane elektromagnetickej indukcie. Model bol senzačný v tom, že vysvetľoval teóriu pôsobenia magnetického poľa v pravom uhle vzhľadom na smer prúdu, ktorú sformuloval Maxwell („pravidlo gimlet“).

Obr. 4 Maxwell eliminuje interakciu susedných vírov A a B rotujúcich v rovnakom smere, pričom medzi ne vkladá „voľnobežné kolesá“.

Obr.5 Maxwellov mechanický model na vysvetlenie elektromagnetických javov.

Elektromagnetické vlny a elektromagnetická teória svetla

V pokračujúcich experimentoch s elektromagnetmi sa Maxwell priblížil k teórii, že akékoľvek zmeny elektrických a magnetických síl vysielajú vlny šíriace sa v priestore.

Po sérii článkov „O fyzických líniách“ mal už Maxwell v skutočnosti všetok materiál na zostavenie novej teórie elektromagnetizmu. Teraz k teórii elektromagnetického poľa. Úplne zmizli ozubené kolesá a víchor. Rovnice poľa neboli pre Maxwella o nič menej reálne a hmatateľné ako výsledky laboratórnych experimentov. Faradayova elektromagnetická indukcia a Maxwellov posuvný prúd boli teraz odvodené nie pomocou mechanických modelov, ale pomocou matematických operácií.

Podľa Faradaya vedie zmena magnetického poľa k vzniku elektrického poľa. Prudký nárast magnetického poľa spôsobí nárast elektrického poľa.

Náraz elektrickej vlny spôsobuje nárast magnetickej vlny. Prvýkrát sa teda z pera tridsaťtriročného proroka objavili elektromagnetické vlny v roku 1864, no ešte nie v takej podobe, v akej ich chápeme teraz. Maxwell hovoril v novinách z roku 1864 iba o magnetických vlnách. Elektromagnetická vlna v plnom zmysle slova, vrátane elektrických aj magnetických porúch, sa objavila v Maxwellovi neskôr, v jeho článku v roku 1868.

V inom Maxwellovom článku – „Dynamická teória elektromagnetického poľa“ – ešte skôr načrtnutá elektromagnetická teória svetla získala jasný prehľad a dôkazy. Maxwell na základe vlastného výskumu a skúseností iných vedcov (a predovšetkým Faradaya) usudzuje, že optické vlastnosti média súvisia s jeho elektromagnetickými vlastnosťami a svetlo nie je nič iné ako elektromagnetické vlnenie.

V roku 1865 sa Maxwell rozhodne opustiť King's College. Usadil sa vo svojom rodinnom panstve Glenmare, kde sa zaoberal hlavnými dielami života - Teóriou tepla a Pojednaním o elektrine a magnetizme. Všetok čas je venovaný im. Boli to roky pustovníctva, roky úplného odpútania sa od zhonu a zhonu, slúžiace len vede, tie najplodnejšie, najjasnejšie, tvorivé roky. Maxwella však opäť ťahá práca na univerzite a prijme ponuku, ktorú mu dala univerzita v Cambridge.

Cambridge 1871-1879

Cavendishovo laboratórium

V roku 1870 vojvoda z Devonshire deklaroval univerzitnému senátu svoju túžbu vybudovať a vybaviť fyzikálne laboratórium. A na jej čele mal stáť svetoznámy vedec. Týmto vedcom bol James Clerk Maxwell. V roku 1871 začal pracovať na vybavení slávneho Cavendish Laboratory. V týchto rokoch konečne vyšlo jeho „Pojednanie o elektrine a magnetizme“. Viac ako tisíc strán, kde Maxwell podáva popis vedeckých experimentov, prehľad všetkých dovtedy vytvorených teórií elektriny a magnetizmu, ako aj „Základné rovnice elektromagnetického poľa“. Hlavné myšlienky Traktátu neboli v Anglicku prijaté, dokonca ani priatelia tomu nerozumeli. Maxwellove nápady sa chopili mladí. Maxwellova teória urobila na ruských vedcov veľký dojem. Každý pozná úlohu Umova, Stoletova, Lebedeva vo vývoji a posilňovaní Maxwellovej teórie.

16. jún 1874 – deň slávnostného otvorenia Cavendishovho laboratória. Nasledujúce roky sa niesli v znamení rastúceho uznania.

Svetové uznanie

V roku 1870 bol Maxwell zvolený za čestného doktora literatúry na University of Edinburgh, v roku 1874 - zahraničný čestný člen Americkej akadémie umení a vied v Bostone, v roku 1875 - člen Americkej filozofickej spoločnosti vo Philadelphii a tiež sa stáva čestným členom akadémií v New Yorku, Amsterdame, Viedni. Nasledujúcich päť rokov Maxwell upravoval a pripravoval dvadsať súborov rukopisov Henryho Cavendisha na publikovanie.

V roku 1877 Maxwell pocítil prvé príznaky choroby a v máji 1879 predniesol svojim študentom poslednú prednášku.

Rozmer

Vo svojom slávnom pojednaní o elektrine a magnetizme (pozri Moskva, „Nauka“, 1989) sa Maxwell obrátil k problému dimenzie fyzikálnych veličín a položil základy ich kinetického systému. Zvláštnosťou tohto systému je prítomnosť iba dvoch parametrov: dĺžky L a času T. Všetky známe (a dnes neznáme!) Hodnoty sú v ňom reprezentované ako celočíselné mocniny L a T. Zlomkové ukazovatele, ktoré sa objavujú v vzorce dimenzií iných systémov, bez fyzického obsahu a logického zmyslu, v tomto systéme chýbajú.

V súlade s požiadavkami J. Maxwella, A. Poincarého, N. Bohra, A. Einsteina, V. I. Vernadského, R. Bartiniho fyzikálna veličina je univerzálna vtedy a len vtedy, ak je jasná jej súvislosť s priestorom a časommenem. A napriek tomu, pred pojednaním J. Maxwella „O elektrine a magnetizme“ (1873), vzťah medzi rozmerom hmoty a dĺžkou a časom nebol stanovený.

Keďže rozmer pre hmotnosť zaviedol Maxwell (spolu s označením v hranatých zátvorkách), citujme úryvok z diela samotného Maxwella: „Akýkoľvek výraz pre akúkoľvek veličinu pozostáva z dvoch faktorov alebo zložiek. Jedným z nich je názov nejakej známej veličiny rovnakého typu ako veličina, ktorú vyjadrujeme. Je braná ako referenčný štandard. Ďalšou zložkou je číslo, ktoré udáva, koľkokrát sa musí štandard použiť, aby sa získala požadovaná hodnota. Referenčná štandardná hodnota sa nazýva e jednotka a zodpovedajúce číslo je h slovná hodnota tohto rozsahu."

"NA MERANÍ HODNOT"

1. Akýkoľvek výraz pre akúkoľvek veličinu pozostáva z dvoch faktorov alebo zložiek. Jedným z nich je názov nejakej známej veličiny rovnakého typu ako veličina, ktorú vyjadrujeme. Je braná ako referenčný štandard. Ďalšou zložkou je číslo, ktoré udáva, koľkokrát sa musí štandard použiť, aby sa získala požadovaná hodnota. Referenčná štandardná hodnota sa nazýva v strojárstve jednotka a príslušné číslo - Numerický Význam daná hodnota.

2. Pri konštrukcii matematického systému považujeme základné jednotky - dĺžku, čas a hmotnosť - za dané a odvodzujeme z nich všetky odvodené jednotky pomocou najjednoduchších prijateľných definícií.

Preto je pri každom vedeckom výskume veľmi dôležité používať jednotky, ktoré patria do správne definovaného systému, ako aj poznať ich vzťah so základnými jednotkami, aby bolo možné okamžite previesť výsledky jedného systému do druhého.

Poznanie rozmerov jednotiek nám poskytuje test, ktorý možno použiť na rovnice odvodené z dlhých štúdií.

Rozmer každého z členov rovnice vzhľadom na každú z troch základných jednotiek musí byť rovnaký. Ak to tak nie je, potom rovnica nemá zmysel, obsahuje nejaký druh chyby, pretože jej interpretácia je iná a závisí od ľubovoľného systému jednotiek, ktorý akceptujeme.

Tri základné jednotky:

(1) DĹŽKA. Štandardom dĺžky používaným u nás na vedecké účely je chodidlo, čo je jedna tretina štandardného dvora vedeného v štátnej pokladnici.

Vo Francúzsku a iných krajinách, ktoré prijali metrický systém, je štandardom pre dĺžku meter. Teoreticky je to jedna desaťmilióntina dĺžky zemského poludníka, meraná od pólu k rovníku; v praxi je to dĺžka štandardu uloženého v Paríži, ktorý vyrobila Borda (Borda) tak, že pri teplote topenia ľadu zodpovedá hodnote dĺžky poludníka získanej d'Alembertom. Merania odrážajúce nové a presnejšie merania Zeme sa nezadávajú v metroch, naopak, samotný oblúk poludníka sa počíta v pôvodných metroch.

V astronómii sa priemerná vzdialenosť od Zeme k Slnku niekedy považuje za jednotku dĺžky.

V súčasnom stave vedy by najuniverzálnejším štandardom dĺžky, ktorý by sa dal navrhnúť, bola vlnová dĺžka určitého druhu svetla vyžarovaného nejakou široko rozšírenou látkou (napríklad sodík), ktorá má vo svojom spektre jasne identifikovateľné čiary. Takáto norma by bola nezávislá od akejkoľvek zmeny veľkosti zeme a mala by ju prijať tí, ktorí dúfajú, že ich spisy budú odolnejšie ako toto nebeské teleso.

Pri práci s rozmermi jednotiek budeme jednotku dĺžky označovať ako [ L]. Ak sa číselná hodnota dĺžky rovná l, potom sa to chápe ako hodnota vyjadrená prostredníctvom určitej jednotky [ L], takže celá skutočná dĺžka je reprezentovaná ako l [ L].

(2) ČAS. Vo všetkých civilizovaných krajinách je štandardná časová jednotka odvodená od doby rotácie Zeme okolo svojej osi. Hviezdny deň alebo skutočné obdobie zemskej revolúcie sa dá s veľkou presnosťou určiť bežnými astronomickými pozorovaniami a stredný slnečný deň sa dá vypočítať z hviezdneho dňa na základe našich vedomostí o dĺžke roka.

Sekunda stredného slnečného času je akceptovaná ako jednotka času vo všetkých fyzikálnych štúdiách.

V astronómii sa rok niekedy považuje za jednotku času. Univerzálnejšia časová jednotka by sa mohla stanoviť tak, že sa vezme perióda oscilácie práve toho svetla, ktorého vlnová dĺžka sa rovná jednotkovej dĺžke.

Budeme označovať konkrétnu jednotku času ako [ T] a numerická miera času je označená t.

(3) HMOTNOSŤ. U nás je štandardnou jednotkou hmotnosti referenčná obchodná libra (avoirdupois pound), vedená v Štátnej pokladnici. Často sa používa ako jednotka, zrno predstavuje jednu 7000-tinu tejto libry.

V metrickom systéme je jednotkou hmotnosti gram; teoreticky je to hmotnosť kubického centimetra destilovanej vody pri štandardných teplotách a tlakoch, ale v praxi je to jedna tisícina referenčného kilogramu uloženého v Paríži*.

Ale ak, ako sa to robí vo francúzskom systéme, určitá látka, menovite voda, sa berie ako štandard hustoty, potom jednotka hmotnosti prestáva byť nezávislá, ale mení sa ako jednotka objemu, t.j. ako [ L 3]. Ak, ako v astronomickom systéme, je jednotka hmotnosti vyjadrená silou svojej príťažlivosti, potom rozmer [ M] sa ukáže byť [ L 3 T-2]".

Maxwell to ukazuje hmotnosť možno vylúčiť z počtu základných rozmerových veličín. Dosahuje sa to prostredníctvom dvoch definícií pojmu „moc“:

1) a 2).

Porovnaním týchto dvoch výrazov a predpokladom, že gravitačná konštanta je bezrozmerná veličina, Maxwell získa:

, [M] = [L 3 T 2 ].

Hmotnosť sa ukázala ako časopriestorová veličina. Jeho rozmer: objem s uhlovým zrýchlením(alebo hustota s rovnakým rozmerom).

Hodnota hmoty začala uspokojovať požiadavka univerzálnosti. Všetky ostatné fyzikálne veličiny bolo možné vyjadriť v časopriestorových jednotkách.

V roku 1965 v časopise „Správy Akadémie vied ZSSR“ (č. 4) vyšiel článok R. Bartiniho „Kinematický systém fyzikálnych veličín“. Tieto výsledky majú výnimočná hodnota pre diskutovaný problém.

Zákon zachovania moci

Lagrange, 1789; Maxwell, 1855.

Vo všeobecnosti je zákon zachovania výkonu napísaný ako nemennosť hodnoty výkonu:

Z rovnice celkového výkonuN = P + G z toho vyplýva, že užitočný výkon a stratový výkon sú projektívne inverzné, a teda akákoľvek zmena voľnej energie kompenzované zmenou výkonových strát pod plnou kontrolou výkonu .

Výsledný záver dáva dôvod reprezentovať zákon zachovania sily vo forme skalárnej rovnice:

Kde .

Zmena aktívneho toku je kompenzovaná rozdielom medzi stratami a príjmami v systéme.

Mechanizmus otvoreného systému teda odstraňuje obmedzenia zatvárania, a tým poskytuje možnosť ďalšieho pohybu systému. Tento mechanizmus však neukazuje možné smery pohybu – evolúciu systémov. Preto ho treba doplniť o mechanizmy vyvíjajúcich sa a nevyvíjajúcich sa systémov alebo nerovnovážnych a rovnovážnych.