Максуел е учен. Джеймс Максуел интересни факти

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

Физик от детството

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

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

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

Учи в университета в Единбург

През 1847 г. тук започва да учи бъдещият физик Джеймс Максуел, който изучава трудове по физика, магнетизъм и философия и извършва множество лабораторни експерименти. Най-много се интересуваше от механичните свойства на материалите. Той ги изследва с поляризирана светлина. Физикът Максуел имаше тази възможност, след като колегата му Уилям Никол му даде две поляризационни устройства, които той сам сглоби.

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

Максуел в Кеймбридж

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

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

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

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

Електрическа работа

Докато е в Кеймбридж, физикът Максуел се интересува сериозно от проблемите на електричеството. Той изследва магнитни и електрически ефекти.

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

Цветни снимки

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

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

Уравнение на Максуел

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

Полученият ток на изместване доведе до известното уравнение за непрекъснатост, което все още се използва днес за електрически заряд. Според съвременниците това откритие се превърна в най-значимия принос на Максуел към съвременната физика.

последните години от живота

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

Служителите, които са работили с него, многократно отбелязват, че той е възможно най-лесен за общуване, посвещава се изцяло на изследване, има уникална способност да прониква в същността на самия проблем, е много проницателен и в същото време реагира адекватно на критиката , никога не се е стремил да стане известен, но в същото време е способен на много изискан сарказъм.

Първите симптоми на сериозно заболяване се появяват през 1877 г., когато Максуел е само на 46 години. Започна да се задушава все по-често, трудно му беше да се храни и преглъща храна, изпитваше силни болки.

След две години му беше много трудно да изнася лекции, да говори публично, много бързо се уморяваше. Лекарите отбелязват, че състоянието му непрекъснато се влошава. Диагнозата на лекарите е разочароваща - рак на корема. В края на годината, напълно отслабен, той се завърна от Гленлаър в Кеймбридж. Известният по това време д-р Джеймс Паджет се опита да облекчи страданието му.

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

Олимпиада в чест на Максуел

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

Провежда се за ученици от 7 до 11 клас включително. За ученици от 7-8 клас резултатите от олимпиадата по физика на Максуел са заместител на регионалните и общоруските етапи на олимпиадата за ученици по физика.

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

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

Много научни издания и списания публикуваха напоследък статии за постиженията на физиката и съвременните учени, а публикациите за физици от миналото са рядкост. Бихме искали да коригираме тази ситуация и да си спомним един от изключителните физици на миналия век, Джеймс Клерк Максуел. Това е известен английски физик, бащата на класическата електродинамика, статистическата физика и много други теории, физични формули и изобретения. Максуел става създател и първи директор на лабораторията Кавендиш.

Както знаете, Максуел идва от Единбург и е роден през 1831 г. в благородническо семейство, което е свързано с шотландското фамилно име Penicuik Clerks. Максуел прекарва детството си в имението Гленларе. Предците на Джеймс са били политици, поети, музиканти и учени. Вероятно склонността му към науката е наследена от него.

Джеймс е отгледан без майка (тъй като тя почина, когато той беше на 8 години) от баща, който се грижеше за момчето. Бащата искал синът му да учи природни науки. Джеймс веднага се влюбва в технологиите и бързо развива практически умения. Малкият Максуел взе първите си уроци у дома с постоянство, тъй като не харесваше суровите методи на обучение, използвани от учителя. По-нататъшното обучение се провежда в аристократично училище, където момчето показва големи математически способности. Максуел особено харесва геометрията.

За много велики хора геометрията изглеждаше невероятна наука и дори на 12-годишна възраст той говореше за учебника по геометрия като за свещена книга. Максуел обичаше геометрията, както и други научни светила, но отношенията му със съучениците му бяха лоши. Постоянно му измисляха обидни прякори и една от причините бяха нелепите му дрехи. Бащата на Максуел бил смятан за ексцентрик и купувал на сина си дрехи, които го карали да се усмихва.

Максуел вече показа големи обещания в областта на науката като дете. През 1814 г. той е изпратен да учи в Edinburgh Grammar School, а през 1846 г. е награден с медал за заслуги към математиката. Баща му се гордееше със сина си и му беше дадена възможността да представи един от научните му трудове пред борда на Академията на науките в Единбург. Тази работа се отнасяше до математически изчисления на елиптични фигури. По това време тази работа беше озаглавена „За рисуване на овали и овали с много фокуси“. Написана е през 1846 г. и е публикувана за широката публика през 1851 г.

Максуел започва да учи интензивно физика, след като се прехвърля в Университета в Единбург. Каланд, Форбс и други стават негови учители. Те веднага видяха в Джеймс висок интелектуален потенциал и неудържимо желание да изучава физика. Преди този период Максуел се сблъсква с определени клонове на физиката и изучава оптиката (той посвещава много време на поляризацията на светлината и пръстените на Нютон). В това му помогна известният физик Уилям Никол, който по едно време изобрети призмата.

Разбира се, Максуел не е чужд на други природни науки и той обръща специално внимание на изучаването на философията, историята на науката и естетиката.

През 1850 г. той постъпва в Кеймбридж, където някога е работил Нютон, и през 1854 г. получава академична степен. След това изследванията му засягат областта на електричеството и електрическите инсталации. И през 1855 г. той получава членство в съвета на Тринити Колидж.

Първата значима научна работа на Максуел е „За силовите линии на Фарадей“, която се появява през 1855 г. По едно време Болцман каза за статията на Максуел, че тази работа има дълбок смисъл и показва колко целенасочено младият учен подхожда към научната работа. Болцман вярва, че Максуел не само разбира въпросите на естествените науки, но също така има специален принос в теоретичната физика. Максуел очерта в статията си всички тенденции в еволюцията на физиката за следващите няколко десетилетия. По-късно Кирхоф, Мах и други стигат до същото заключение.

Как е създадена лабораторията Кавендиш?

След като завършва обучението си в Кеймбридж, Джеймс Максуел остава тук като учител и през 1860 г. става член на Кралското общество на Лондон. По същото време той се премества в Лондон, където получава позиция като ръководител на катедрата по физика в Кралския колеж на Лондонския университет. На тази длъжност работи 5 години.

През 1871 г. Максуел се завръща в Кеймбридж и създава първата лаборатория в Англия за изследвания в областта на физиката, която се нарича Кавендиш лаборатория (в чест на Хенри Кавендиш). Максуел посвещава остатъка от живота си на развитието на лабораторията, която се превръща в истински център на научни изследвания.

Малко се знае за живота на Максуел, тъй като той не е водил записи или дневници. Той беше скромен и срамежлив човек. Максуел почина на 48 години от рак.

Какво е научното наследство на Джеймс Максуел?

Научната дейност на Максуел обхваща много области във физиката: теория на електромагнитните явления, кинематична теория на газовете, оптика, теория на еластичността и др. Първото нещо, което интересуваше Джеймс Максуел, беше изучаването и провеждането на изследвания в областта на физиологията и физиката на цветното зрение.

Максуел е първият, който получава цветно изображение, което се получава чрез едновременно прожектиране на червената, зелената и синята гама. С това Максуел за пореден път доказа на света, че цветното изображение на зрението се основава на трикомпонентната теория. Това откритие бележи началото на създаването на цветни фотографии. В периода 1857-1859 г. Максуел успява да изследва стабилността на пръстените на Сатурн. Неговата теория предполага, че пръстените на Сатурн ще бъдат стабилни само при едно условие - разединяването на частици или тела едно от друго.

От 1855 г. Максуел обръща специално внимание на работата в областта на електродинамиката. Има няколко научни труда от този период: „За силовите линии на Фарадей“, „За физическите силови линии“, „Трактат за електричеството и магнетизма“ и „Динамична теория на електромагнитното поле“.

Максуел и теорията на електромагнитното поле.

Когато Максуел започва да изучава електрическите и магнитните явления, много от тях вече са били добре проучени. Беше създаден Закон на Кулон, Закон на Ампер, също така е доказано, че магнитните взаимодействия са свързани с действието на електрическите заряди. Много учени от онова време са привърженици на теорията за действието на далечни разстояния, според която взаимодействието възниква мигновено и в празно пространство.

Основна роля в теорията за взаимодействието на къси разстояния изиграха изследванията на Майкъл Фарадей (30-те години на 19 век). Фарадей твърди, че природата на електрическия заряд се основава на околното електрическо поле. Полето на един заряд е свързано със съседния в две посоки. Токовете взаимодействат с помощта на магнитно поле. Според Фарадей магнитните и електрическите полета са описани от него под формата на силови линии, които са еластични линии в хипотетична среда - етер.

Максуел подкрепяше теорията на Фарадей за съществуването на електромагнитни полета, тоест той беше привърженик на възникващите процеси около заряда и тока.

Максуел обяснява идеите на Фарадей в математическа форма, нещо, от което физиката наистина се нуждае. С въвеждането на понятието поле законите на Кулон и Ампер стават по-убедителни и дълбоко смислени. В концепцията за електромагнитната индукция Максуел успя да разгледа свойствата на самото поле. Под въздействието на променливо магнитно поле в празно пространство се генерира електрическо поле със затворени силови линии. Това явление се нарича вихрово електрическо поле.

Следващото откритие на Максуел е, че променливо електрическо поле може да генерира магнитно поле, подобно на обикновен електрически ток. Тази теория беше наречена хипотеза за тока на изместване. Впоследствие Максуел изразява поведението на електромагнитните полета в своите уравнения.

справка.Уравненията на Максуел са уравнения, описващи електромагнитни явления в различни среди и вакуумно пространство и също се отнасят до класическата макроскопична електродинамика. Това е логично заключение, извлечено от експерименти, базирани на законите на електрическите и магнитните явления.
Основният извод от уравненията на Максуел е ограничеността на разпространението на електрически и магнитни взаимодействия, което прави разлика между теорията на действието на къси разстояния и теорията на действието на далечни разстояния. Характеристиките на скоростта се доближиха до скоростта на светлината 300 000 km/s. Това дава основание на Максуел да твърди, че светлината е явление, свързано с действието на електромагнитните вълни.

Молекулярно-кинетична теория на газовете на Максуел.

Максуел допринесе за изучаването на молекулярно-кинетичната теория (сега тази наука се нарича статистическа механика). Максуел е първият, който излезе с идеята за статистическия характер на законите на природата. Той създава закон за разпределение на молекулите по скорост, а също така успява да изчисли вискозитета на газовете във връзка със скоростните показатели и свободния път на газовите молекули. Също така, благодарение на работата на Максуел, имаме редица термодинамични отношения.

справка.Разпределението на Максуел е теория за разпределението на скоростта на молекулите на система при условия на термодинамично равновесие. Термодинамичното равновесие е условие за постъпателното движение на молекулите, описано от законите на класическата динамика.

Максуел има много публикувани научни трудове: „Теория на топлината“, „Материя и движение“, „Електричеството в елементарно изложение“ и други. Максуел не само развива науката през този период, но се интересува и от нейната история. По едно време той успя да публикува произведенията на Г. Кавендиш, които допълва с коментарите си.

Какво помни светът за Джеймс Клерк Максуел?

Максуел активно работи върху изследването на електромагнитните полета. Неговата теория за тяхното съществуване получава световно признание едва десетилетие след смъртта му.

Максуел е първият, който класифицира материята и присвоява на всяка свои собствени закони, които не могат да бъдат сведени до законите на механиката на Нютон.

Много учени са писали за Максуел. Физикът Р. Файнман каза за него, че Максуел, който откри законите на електродинамиката, погледна векове в бъдещето.

Епилог.Джеймс Клерк Максуел умира на 5 ноември 1879 г. в Кеймбридж. Погребан е в малко шотландско селце близо до любимата му църква, която е недалеч от семейното му имение.

МАКСУЕЛ, Джеймс Клерк

Английският физик Джеймс Клерк Максуел е роден в Единбург в семейството на шотландски благородник от благородното семейство Клерк. Учи първо в Единбург (1847–1850), след това в Кеймбридж (1850–1854) университети. През 1855 г. Максуел става член на съвета на Тринити Колидж, през 1856–1860 г. е професор в Marischal College, University of Aberdeen, а от 1860 г. ръководи катедрата по физика и астрономия в King's College, University of London. През 1865 г., поради тежко заболяване, Максуел подава оставка от департамента и се установява в семейното си имение Гленларе близо до Единбург. Там той продължава да учи наука и написва няколко есета по физика и математика. През 1871 г. той заема катедрата по експериментална физика в университета в Кеймбридж. Максуел организира изследователска лаборатория, която отваря врати на 16 юни 1874 г. и е наречена Кавендиш в чест на Хенри Кавендиш.

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

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

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

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

Продължавайки да развива тези идеи, Максуел стига до извода, че всякакви промени в електрическите и магнитните полета трябва да предизвикат промени в силовите линии, които проникват в околното пространство, т.е. трябва да има импулси (или вълни), разпространяващи се в средата. Скоростта на разпространение на тези вълни (електромагнитни смущения) зависи от диелектричната и магнитната пропускливост на средата и е равна на отношението на електромагнитната единица към електростатичната. Според Максуел и други изследователи това съотношение е 3·10 10 cm/s, което е близко до скоростта на светлината, измерена седем години по-рано от френския физик А. Физо. През октомври 1861 г. Максуел информира Фарадей за своето откритие: светлината е електромагнитно смущение, разпространяващо се в непроводима среда, т.е. вид електромагнитна вълна. Този последен етап от изследването е очертан в работата на Максуел „Динамичната теория на електромагнитното поле“ (1864 г.), а резултатът от работата му по електродинамика е обобщен в известния „Трактат за електричеството и магнетизма“ (1873 г.).

Английският математик, физик и механик Джеймс Клерк Максуел е роден в Единбург (Шотландия) на 13 юни 1831 г. Скоро семейството на бъдещия учен се премества в имението Мидълби, където момчето прекарва детството си.

През 1841 г., завръщайки се отново в Единбург, младият мъж постъпва в Единбургската академия. След дипломирането си Максуел започва да учи в едноименния университет.

През 1853 г. той постъпва в Тринити Колидж, Кеймбридж. Там Максуел се интересува от изучаването на електричеството и скоро започва експериментални изследвания в тази област.

През 50-те години ученият се занимава активно с преподаване, работейки в родния си Кеймбридж, а след това в университета в Абърдийн и в Кралския колеж в Лондон. По това време той създава теорията за цветовете, която по-късно прави възможна появата на цветна фотография, а също така развива теорията за газовете, която става основа на съвременната статична механика.

През 1864–65 г. Максуел създава известната си „Динамична теория на електромагнитното поле“, която се превръща в основната му научна работа и се смята за връх на математическата мисъл от онова време. През 1866 г. той открива закона за разпределението на скоростта на молекулите на идеален газ, по-късно кръстен на името на учения.

През 1871 г. Максуел отново започва работа в Кеймбриджкия университет като професор по експериментална физика. По това време той написва енциклопедичния Трактат за електричеството и магнетизма (1873), посветен на паметта на Майкъл Фарадей.

На 5 ноември 1879 г. умира британският физик, математик и механик Джеймс Клерк Максуел. Той беше на 48 години. През живота си той става автор на много открития. Спомнихме си най-интересните от тях.

1. Метод за рисуване на овал. Максуел прави това откритие, докато е още ученик. Учи в Академията в Единбург. Първоначално Джеймс нямаше особен интерес към ученето, но по-късно започна да проявява интерес към него. Момчето се интересуваше най-много от геометрията. Неговата оценка за красотата на геометричните изображения се увеличи след лекция на художника Дейвид Рамзи Хей за етруското изкуство. Размислите по тази тема накараха Максуел да изобрети метод за рисуване на овали. Методът датира от работата на Рене Декарт и се състои от използването на фокусни щифтове, конци и молив, което прави възможно конструирането на кръгове (един фокус), елипси (два фокуса) и по-сложни овални форми (повече фокуси) . Трябва да се каже, че резултатите от работата на ученика не останаха незабелязани и бяха докладвани от професор Джеймс Форбс на среща на Кралското общество в Единбург и след това публикувани в неговите сборници.

2. Теория на цвета. След като учи в Кеймбридж, Максуел се подготвя за професор. По това време основният научен интерес на младия мъж става работата по теория на цветовете. Произхожда от работата на Исак Нютон, който се придържа към идеята за седем основни цвята. Максуел е продължител на теорията на Томас Йънг, който излага идеята за три основни цвята и ги свързва с физиологичните процеси в човешкото тяло. Джеймс използва изобретен по-рано „цветен въртящ се връх“, чийто диск е разделен на сектори, боядисани в различни цветове, както и „цветна кутия“, оптична система, разработена от самия него, която прави възможно смесването на референтни цветове. Въпреки това, за първи път той успя да получи количествени резултати с тяхна помощ и доста точно да предскаже получените цветови смеси. Например, ако преди това се смяташе, че бялото може да се получи чрез смесване на синьо, червено и жълто, Максуел опроверга това. Неговите експерименти показват, че смесването на сини и жълти цветове не произвежда зелено, както често се смяташе, а розов оттенък. Той също така установи, че основните цветове са червено, зелено и синьо.

3. Стабилност на пръстените на Сатурн. В Абърдийн Максуел се жени и започва да преподава, но науката все още заема значителна част от времето му. По-голямото внимание на Максуел по това време беше привлечено от изследването на природата на пръстените на Сатурн, предложено през 1855 г. от университета в Кеймбридж за наградата Адамс (работата трябваше да бъде завършена за две години). Пръстените са открити от Галилео Галилей в началото на 17 век и отдавна са мистерия на природата. Много учени се опитаха да определят естеството на веществото, от което са направени пръстените на Сатурн. Уилям Хершел ги смята за твърди обекти. Пиер Симон Лаплас твърди, че твърдите пръстени трябва да са разнородни, много тесни и непременно да се въртят. Максуел провежда изследване - математически анализ на различни варианти на структурата на пръстените - и се убеждава, че те не могат да бъдат нито твърди, нито течни. Заключението на учения беше следното: такава структура може да бъде стабилна само ако се състои от рояк несвързани метеорити. Стабилността на пръстените се осигурява от привличането им към Сатурн и взаимното движение на планетата и метеоритите. Използвайки анализа на Фурие, Максуел изследва разпространението на вълните в такъв пръстен и показва, че при определени условия метеоритите не се сблъскват един с друг. За случая на два пръстена той определи при какви съотношения на техните радиуси възниква състояние на нестабилност. След като получи наградата Адамс за работата си и получи възторжени отзиви от колегите си, Максуел продължи експериментите си. Работата му е получила признание в научните среди. Кралският астроном Джордж Ейри го обяви за най-брилянтното приложение на математиката във физиката, което някога е виждал.

4. Първа цветна снимка. Това откритие е направено в Лондон. Първо, през 1860 г., Максуел изнесе презентация на срещата на Британската асоциация в Оксфорд относно своите резултати в теорията на цветовете, подкрепени от експериментални демонстрации, използвайки цветна кутия. Година по-късно, по време на лекция в Кралския институт, Джеймс представи на колегите си първата в света цветна снимка, чиято идея се заражда у него през 1855 г. Продуциран е съвместно с фотографа Томас Сътън. Първо бяха произведени три негатива от цветна лента върху стъкло, покрито с фотографска емулсия (колодий). Негативите са взети през зелен, червен и син филтър (разтвори на соли на различни метали). След това негативите се осветяват през същите филтри, след което се получава цветно изображение. Между другото, експериментът на Максуел е пресъздаден преди почти сто години от служители на компанията Kodak. Принципът на учения се използва в продължение на много години.