Maxwell jest naukowcem. Ciekawe fakty Jamesa Maxwella

James Maxwell jest fizykiem, który jako pierwszy sformułował podstawy elektrodynamiki klasycznej. Są one nadal używane dzisiaj. Znane jest słynne równanie Maxwella, to on wprowadził do tej nauki takie pojęcia, jak prąd przemieszczenia, pole elektromagnetyczne, przewidywanie fal elektromagnetycznych, natura i ciśnienie światła oraz dokonał wielu innych ważnych odkryć.

Fizyk z dzieciństwa

Fizyk Maxwell urodził się w XIX wieku, w 1831 roku. Urodził się w Edynburgu w Szkocji. Bohater naszego artykułu pochodził z rodziny urzędniczej, jego ojciec był właścicielem rodzinnego majątku w południowej Szkocji. W 1826 roku znalazł żonę o imieniu Frances Kay, pobrali się, a 5 lat później urodził im się James.

W dzieciństwie Maxwell i jego rodzice przeprowadzili się do posiadłości Middleby, gdzie spędził dzieciństwo, które zostało w dużym stopniu przyćmione śmiercią matki na raka. Już w pierwszych latach życia aktywnie interesował się otaczającym go światem, lubił poezję i otaczał się tzw. „zabawkami naukowymi”. Na przykład poprzednik kina „magiczny dysk”.

W wieku 10 lat rozpoczął naukę u nauczyciela domowego, lecz okazało się to nieskuteczne, dlatego w 1841 roku przeniósł się do Edynburga, aby zamieszkać u ciotki. Tutaj zaczął uczęszczać do Akademii w Edynburgu, która kładła nacisk na edukację klasyczną.

Studia na Uniwersytecie w Edynburgu

W 1847 roku rozpoczął tu studia przyszły fizyk James Maxwell, który studiował prace z zakresu fizyki, magnetyzmu i filozofii oraz przeprowadzał liczne eksperymenty laboratoryjne. Najbardziej interesowały go właściwości mechaniczne materiałów. Badał je za pomocą światła spolaryzowanego. Fizyk Maxwell miał taką możliwość po tym, jak jego kolega William Nicol podarował mu dwa urządzenia polaryzacyjne, które sam złożył.

Wykonywał wówczas dużą liczbę modeli z żelatyny, poddawał je odkształceniom i monitorował kolorowe obrazy w świetle spolaryzowanym. Porównując swoje eksperymenty z badaniami teoretycznymi, Maxwell wyprowadził wiele nowych praw i przetestował stare. Wyniki tych prac były wówczas niezwykle ważne dla mechaniki konstrukcji.

Maxwella w Cambridge

W 1850 roku Maxwell chce kontynuować naukę, choć jego ojciec nie jest entuzjastycznie nastawiony do tego pomysłu. Naukowiec wyjeżdża do Cambridge. Tam wchodzi do niedrogiego Peterhouse College. Dostępny tam program nauczania nie zadowalał Jamesa, a studia w Peterhouse nie dawały żadnych perspektyw.

Dopiero pod koniec pierwszego semestru udało mu się przekonać ojca i przenieść do bardziej prestiżowej Trinity College. Dwa lata później zostaje stypendystą i otrzymuje osobny pokój.

Jednocześnie Maxwell praktycznie nie angażuje się w działalność naukową, czyta i uczęszcza na wykłady wybitnych naukowców swoich czasów, pisze wiersze i uczestniczy w życiu intelektualnym uczelni. Bohater naszego artykułu dużo komunikuje się z nowymi ludźmi, dzięki czemu rekompensuje swoją naturalną nieśmiałość.

Codzienny tryb życia Maxwella był interesujący. Od 7:00 do 17:00 pracował, po czym zasnął. Wstałem ponownie o 21.30, przeczytałem i od drugiej do wpół do trzeciej w nocy poszedłem pobiegać po korytarzach hostelu. Potem ponownie położył się spać i spał aż do rana.

Praca elektryczna

Podczas studiów w Cambridge fizyk Maxwell poważnie zainteresował się problemami elektryczności. Bada efekty magnetyczne i elektryczne.

W tym czasie Michael Faraday przedstawił teorię indukcji elektromagnetycznej, czyli linii sił zdolnych do łączenia ujemnych i dodatnich ładunków elektrycznych. Maxwellowi nie podobała się jednak ta koncepcja działania na odległość, intuicja podpowiadała mu, że gdzieś kryją się sprzeczności. Dlatego zdecydował się skonstruować teorię matematyczną, która połączyłaby wyniki uzyskane przez zwolenników działań dalekiego zasięgu i reprezentację Faradaya. Zastosował metodę analogii i zastosował wyniki, które William Thomson uzyskał wcześniej w analizie procesów wymiany ciepła w ciałach stałych. W ten sposób po raz pierwszy podał uzasadnione matematyczne uzasadnienie sposobu, w jaki przenoszenie działania elektrycznego zachodzi w określonym środowisku.

Kolorowe fotografie

W 1856 roku Maxwell wyjechał do Aberdeen, gdzie wkrótce się ożenił. W czerwcu 1860 roku na Kongresie Stowarzyszenia Brytyjskiego odbywającym się w Oksfordzie bohater naszego artykułu składa ważny raport ze swoich badań z zakresu teorii koloru, podpierając je konkretnymi eksperymentami z wykorzystaniem pudełka koloru. W tym samym roku został odznaczony medalem za pracę nad łączeniem optyki i koloru.

W 1861 roku w Instytucie Królewskim dostarczył niezbitego dowodu na słuszność swojej teorii – jest to kolorowa fotografia, nad którą pracował od 1855 roku. Nikt na świecie nigdy wcześniej tego nie zrobił. Negatywy przepuszczał przez kilka filtrów – niebieski, zielony i czerwony. Naświetlając negatywy przez te same filtry, udaje mu się uzyskać kolorowy obraz.

Równanie Maxwella

W biografii Jamesa Clerka Maxwella Thomson również wywarł na niego silny wpływ. W rezultacie dochodzi do wniosku, że magnetyzm ma charakter wirowy, a prąd elektryczny ma charakter translacyjny. Tworzy model mechaniczny, aby wszystko wyraźnie zademonstrować.

Powstały prąd przemieszczenia doprowadził do słynnego równania ciągłości, które jest nadal używane do dziś w odniesieniu do ładunku elektrycznego. Według współczesnych odkrycie to stało się najważniejszym wkładem Maxwella we współczesną fizykę.

ostatnie lata życia

Maxwell spędził ostatnie lata swojego życia w Cambridge na różnych stanowiskach administracyjnych, zostając prezesem Towarzystwa Filozoficznego. Razem ze swoimi uczniami badał rozchodzenie się fal w kryształach.

Pracownicy, którzy z nim współpracowali, wielokrotnie podkreślali, że był tak łatwy w komunikacji, jak to tylko możliwe, całkowicie poświęcił się badaniom, miał wyjątkową umiejętność wnikania w istotę samego problemu, był bardzo wnikliwy, a jednocześnie adekwatnie reagował na krytykę , nigdy nie aspirował do sławy, ale jednocześnie był zdolny do bardzo wyrafinowanego sarkazmu.

Pierwsze objawy poważnej choroby pojawiły się w 1877 roku, kiedy Maxwell miał zaledwie 46 lat. Zaczął się coraz częściej dławić, miał trudności z jedzeniem i połykaniem pokarmu, odczuwał silny ból.

Po dwóch latach bardzo trudno było mu wygłaszać wykłady, przemawiać publicznie, bardzo szybko się męczył. Lekarze zauważyli, że jego stan stale się pogarszał. Diagnoza lekarzy była rozczarowująca – rak brzucha. Pod koniec roku całkowicie osłabiony wrócił z Glenlare do Cambridge. Słynny wówczas doktor James Paget próbował złagodzić jego cierpienie.

W listopadzie 1879 roku Maxwell zmarł. Trumnę z jego ciałem przewieziono z Cambridge do rodzinnej posiadłości, pochowano obok rodziców na małym wiejskim cmentarzu w Parton.

Igrzyska Olimpijskie na cześć Maxwella

Pamięć o Maxwellu utrwala się w nazwach ulic, budynków, obiektów astronomicznych, nagród i fundacji charytatywnych. Co roku w Moskwie odbywa się także Olimpiada Fizyczna Maxwella.

Jest przeznaczony dla uczniów od klas 7 do 11 włącznie. Dla uczniów klas 7-8 wyniki Olimpiady Fizycznej Maxwella zastępują regionalne i ogólnorosyjskie etapy Olimpiady dla uczniów z fizyki.

Aby wziąć udział w etapie regionalnym, należy uzyskać odpowiednią liczbę punktów w selekcji wstępnej. Etapy regionalne i końcowe Olimpiady Fizyki Maxwella odbywają się w dwóch etapach. Jeden z nich ma charakter teoretyczny, drugi eksperymentalny.

Co ciekawe, zadania Olimpiady Fizycznej Maxwella na wszystkich etapach pokrywają się pod względem poziomu trudności z testami końcowych etapów Ogólnorosyjskiej Olimpiady dla uczniów.

W wielu publikacjach i czasopismach naukowych ukazały się ostatnio artykuły dotyczące osiągnięć fizyki i współczesnych naukowców, a publikacje dotyczące fizyków z przeszłości należą do rzadkości. Chcielibyśmy naprawić tę sytuację i przypomnieć sobie jednego z wybitnych fizyków ubiegłego wieku, Jamesa Clerka Maxwella. To słynny angielski fizyk, ojciec klasycznej elektrodynamiki, fizyki statystycznej i wielu innych teorii, wzorów fizycznych i wynalazków. Maxwell został twórcą i pierwszym dyrektorem Laboratorium Cavendish.

Jak wiadomo, Maxwell pochodził z Edynburga i urodził się w 1831 roku w rodzinie szlacheckiej, co było spokrewnione ze szkockim nazwiskiem Penicuik Clerks. Maxwell spędził dzieciństwo w posiadłości Glenlare. Przodkowie Jamesa byli politykami, poetami, muzykami i naukowcami. Prawdopodobnie odziedziczył po nim zamiłowanie do nauki.

James wychowywał się bez matki (ponieważ ona zmarła, gdy miał 8 lat) przez ojca, który opiekował się chłopcem. Ojciec chciał, aby jego syn studiował nauki przyrodnicze. James od razu zakochał się w technologii i szybko rozwinął umiejętności praktyczne. Małemu Maxwellowi pierwsze lekcje w domu pobierał wytrwale, gdyż nie podobały mu się surowe metody nauczania stosowane przez nauczyciela. Dalsze kształcenie odbyło się w szkole arystokratycznej, gdzie chłopiec wykazywał się dużymi zdolnościami matematycznymi. Maxwell szczególnie lubił geometrię.

Wielu wspaniałym ludziom geometria wydawała się niesamowitą nauką i już w wieku 12 lat mówił o podręczniku do geometrii jak o świętej księdze. Maxwell kochał geometrię tak samo jak innych luminarzy nauki, ale jego relacje z kolegami ze szkoły były kiepskie. Ciągle wymyślali dla niego obraźliwe przezwiska, a jednym z powodów był jego absurdalny ubiór. Ojciec Maxwella był uważany za ekscentryka i kupował synowi ubrania, które wywoływały u niego uśmiech.

Maxwell już jako dziecko wykazywał duże nadzieje w nauce. W 1814 został wysłany na studia do Gimnazjum w Edynburgu, a w 1846 otrzymał medal za zasługi dla matematyki. Ojciec był dumny ze swojego syna i otrzymał możliwość zaprezentowania jednej z prac naukowych syna przed zarządem Edynburskiej Akademii Nauk. Praca dotyczyła obliczeń matematycznych figur eliptycznych. Praca ta nosiła wówczas tytuł „O rysowaniu owali i owali z wieloma ogniskami”. Została napisana w 1846 r. i opublikowana publicznie w 1851 r.

Maxwell zaczął intensywnie studiować fizykę po przeniesieniu się na Uniwersytet w Edynburgu. Calland, Forbes i inni zostali jego nauczycielami. Od razu dostrzegli w Jamesie wysoki potencjał intelektualny i niepohamowaną chęć studiowania fizyki. Przed tym okresem Maxwell zetknął się z pewnymi gałęziami fizyki i studiował optykę (dużo czasu poświęcił polaryzacji światła i pierścieniom Newtona). Pomógł mu w tym słynny fizyk William Nicol, który kiedyś wynalazł pryzmat.

Oczywiście Maxwell nie był obcy innym naukom przyrodniczym i zwracał szczególną uwagę na studiowanie filozofii, historii nauki i estetyki.

W 1850 wstąpił do Cambridge, gdzie kiedyś pracował Newton, a w 1854 uzyskał stopień naukowy. Następnie jego badania dotyczyły dziedziny elektryczności i instalacji elektrycznych. A w 1855 roku otrzymał członkostwo w radzie Trinity College.

Pierwszą znaczącą pracą naukową Maxwella było O liniach siły Faradaya, które ukazało się w 1855 roku. Kiedyś Boltzmann powiedział o artykule Maxwella, że ​​praca ta ma głęboki sens i pokazuje, jak celowo młody naukowiec podchodzi do pracy naukowej. Boltzmann uważał, że Maxwell nie tylko rozumiał zagadnienia nauk przyrodniczych, ale także wniósł szczególny wkład w fizykę teoretyczną. Maxwell nakreślił w swoim artykule wszystkie trendy w ewolucji fizyki na najbliższe kilka dekad. Później Kirchhoff, Mach i inni doszli do tego samego wniosku.

Jak powstało Laboratorium Cavendish?

Po ukończeniu studiów w Cambridge James Maxwell pozostał tu jako nauczyciel, a w 1860 roku został członkiem Royal Society of London. W tym samym czasie przeniósł się do Londynu, gdzie otrzymał stanowisko kierownika katedry fizyki w King's College na Uniwersytecie Londyńskim. Na tym stanowisku pracował przez 5 lat.

W 1871 roku Maxwell wrócił do Cambridge i stworzył pierwsze w Anglii laboratorium do badań z zakresu fizyki, które nazwano Cavendish Laboratory (na cześć Henry'ego Cavendisha). Resztę życia Maxwell poświęcił rozwojowi laboratorium, które stało się prawdziwym ośrodkiem badań naukowych.

Niewiele wiadomo o życiu Maxwella, ponieważ nie prowadził zapisów ani pamiętników. Był człowiekiem skromnym i nieśmiałym. Maxwell zmarł w wieku 48 lat na raka.

Jakie jest naukowe dziedzictwo Jamesa Maxwella?

Działalność naukowa Maxwella obejmowała wiele dziedzin fizyki: teorię zjawisk elektromagnetycznych, kinematyczną teorię gazów, optykę, teorię sprężystości i inne. Pierwszą rzeczą, która zainteresowała Jamesa Maxwella, było studiowanie i prowadzenie badań w zakresie fizjologii i fizyki widzenia barw.

Maxwell jako pierwszy uzyskał obraz kolorowy, który uzyskano poprzez jednoczesną projekcję zakresu czerwonego, zielonego i niebieskiego. W ten sposób Maxwell po raz kolejny udowodnił światu, że kolorowy obraz widzenia opiera się na teorii trzech składników. To odkrycie zapoczątkowało tworzenie kolorowych fotografii. W latach 1857-1859 Maxwellowi udało się zbadać stabilność pierścieni Saturna. Jego teoria sugeruje, że pierścienie Saturna będą stabilne tylko pod jednym warunkiem - odłączeniem cząstek lub ciał od siebie.

Od 1855 roku Maxwell zwracał szczególną uwagę na prace w dziedzinie elektrodynamiki. Istnieje kilka prac naukowych z tego okresu: „O liniach siły Faradaya”, „O fizycznych liniach siły”, „Traktat o elektryczności i magnetyzmie” oraz „Dynamiczna teoria pola elektromagnetycznego”.

Maxwell i teoria pola elektromagnetycznego.

Kiedy Maxwell zaczął badać zjawiska elektryczne i magnetyczne, wiele z nich było już dobrze zbadanych. Powstał prawo Coulomba, Prawo Ampera udowodniono również, że oddziaływania magnetyczne są powiązane z działaniem ładunków elektrycznych. Wielu ówczesnych naukowców było zwolennikami teorii działania dalekiego zasięgu, która głosi, że interakcja zachodzi natychmiastowo i w pustej przestrzeni.

Główną rolę w teorii działań krótkiego zasięgu odegrały badania Michaela Faradaya (lata 30. XIX w.). Faraday argumentował, że natura ładunku elektrycznego opiera się na otaczającym polu elektrycznym. Pole jednego ładunku jest połączone z sąsiednim w dwóch kierunkach. Prądy oddziałują za pomocą pola magnetycznego. Według Faradaya pola magnetyczne i elektryczne opisał w postaci linii sił, które są liniami sprężystymi w hipotetycznym ośrodku – eterze.

Maxwell popierał teorię Faradaya o istnieniu pól elektromagnetycznych, czyli był zwolennikiem pojawiających się procesów wokół ładunku i prądu.

Maxwell wyjaśnił idee Faradaya w formie matematycznej, czego fizyka naprawdę potrzebowała. Wraz z wprowadzeniem pojęcia pola prawa Coulomba i Ampera stały się bardziej przekonujące i miały głębsze znaczenie. W koncepcji indukcji elektromagnetycznej Maxwell był w stanie uwzględnić właściwości samego pola. Pod wpływem zmiennego pola magnetycznego w pustej przestrzeni powstaje pole elektryczne o zamkniętych liniach siły. Zjawisko to nazywane jest wirowym polem elektrycznym.

Kolejnym odkryciem Maxwella było to, że zmienne pole elektryczne może generować pole magnetyczne podobne do zwykłego prądu elektrycznego. Teorię tę nazwano hipotezą prądu przemieszczenia. Następnie Maxwell wyraził w swoich równaniach zachowanie pól elektromagnetycznych.

Odniesienie. Równania Maxwella są równaniami opisującymi zjawiska elektromagnetyczne w różnych ośrodkach i przestrzeni próżniowej, a także odnoszą się do klasycznej elektrodynamiki makroskopowej. Jest to logiczny wniosek wyciągnięty z eksperymentów opartych na prawach zjawisk elektrycznych i magnetycznych.
Głównym wnioskiem z równań Maxwella jest skończoność propagacji oddziaływań elektrycznych i magnetycznych, co odróżnia teorię działania krótkiego zasięgu od teorii działania dalekiego zasięgu. Charakterystyka prędkości zbliżyła się do prędkości światła 300 000 km/s. Dało to Maxwellowi powód do twierdzenia, że ​​światło jest zjawiskiem związanym z działaniem fal elektromagnetycznych.

Molekularna teoria kinetyczna gazów Maxwella.

Maxwell przyczynił się do badania teorii kinetyki molekularnej (obecnie nauka ta nazywa się mechanika statystyczna). Maxwell jako pierwszy wpadł na pomysł statystycznego charakteru praw natury. Stworzył prawo rozkładu cząsteczek ze względu na prędkość, a także udało mu się obliczyć lepkość gazów w zależności od wskaźników prędkości i swobodnej drogi cząsteczek gazu. Ponadto dzięki pracy Maxwella mamy szereg zależności termodynamicznych.

Odniesienie. Rozkład Maxwella to teoria rozkładu prędkości cząsteczek układu w warunkach równowagi termodynamicznej. Równowaga termodynamiczna jest warunkiem translacyjnego ruchu cząsteczek opisanego prawami dynamiki klasycznej.

Maxwell miał wiele opublikowanych prac naukowych: „Teoria ciepła”, „Materia i ruch”, „Elektryczność w ekspozycji elementarnej” i inne. Maxwell nie tylko rozwinął naukę w tym okresie, ale interesował się także jej historią. W pewnym momencie udało mu się opublikować prace G. Cavendisha, które uzupełnił swoimi komentarzami.

Co świat pamięta o Jamesie Clerk Maxwellu?

Maxwell aktywnie pracował nad badaniem pól elektromagnetycznych. Jego teoria o ich istnieniu zyskała światowe uznanie dopiero dziesięć lat po jego śmierci.

Maxwell jako pierwszy sklasyfikował materię i przypisał jej własne prawa, których nie dało się sprowadzić do praw mechaniki Newtona.

Wielu naukowców pisało o Maxwellu. Fizyk R. Feynman powiedział o nim, że Maxwell, który odkrył prawa elektrodynamiki, patrzył stulecia w przyszłość.

Epilog. James Clerk Maxwell zmarł 5 listopada 1879 roku w Cambridge. Został pochowany w małej szkockiej wiosce niedaleko swojego ulubionego kościoła, niedaleko jego rodzinnej posiadłości.

MAXWELL, James Clerk

Angielski fizyk James Clerk Maxwell urodził się w Edynburgu w rodzinie szkockiego szlachcica ze szlacheckiej rodziny Clerk. Studiował najpierw w Edynburgu (1847–1850), następnie na uniwersytetach w Cambridge (1850–1854). W 1855 roku Maxwell został członkiem rady Trinity College, w latach 1856–1860. był profesorem w Marischal College na Uniwersytecie w Aberdeen, a od 1860 r. kierował wydziałem fizyki i astronomii w King's College na Uniwersytecie Londyńskim. W 1865 roku z powodu ciężkiej choroby Maxwell zrezygnował z pracy na wydziale i osiadł w rodzinnej posiadłości Glenlare pod Edynburgiem. Tam kontynuował naukę nauk ścisłych i napisał kilka esejów na temat fizyki i matematyki. W 1871 roku objął katedrę fizyki eksperymentalnej na Uniwersytecie w Cambridge. Maxwell zorganizował laboratorium badawcze, które zostało otwarte 16 czerwca 1874 roku i otrzymało nazwę Cavendish na cześć Henry'ego Cavendisha.

Maxwell swoją pierwszą pracę naukową ukończył jeszcze w szkole, wymyślając prosty sposób rysowania owalnych kształtów. Praca ta została ogłoszona na posiedzeniu Towarzystwa Królewskiego, a nawet opublikowana w jego Proceedings. Jako członek rady Trinity College zajmował się eksperymentami z zakresu teorii koloru, będąc kontynuatorem teorii Junga i teorii trzech kolorów podstawowych Helmholtza. W eksperymentach z mieszaniem kolorów Maxwell użył specjalnego blatu, którego dysk został podzielony na sektory pomalowane na różne kolory (dysk Maxwella). Kiedy górna część szybko się obracała, kolory się połączyły: jeśli dysk został pomalowany w taki sam sposób, jak kolory widma, wydawał się biały; jeśli jego połowa była pomalowana na czerwono, a druga na żółto, wydawała się pomarańczowa; zmieszanie koloru niebieskiego i żółtego stworzyło wrażenie zieleni. W 1860 roku Maxwell został odznaczony Medalem Rumforda za pracę nad percepcją kolorów i optyką.

W 1857 roku Uniwersytet w Cambridge ogłosił konkurs na najlepszą pracę na temat stabilności pierścieni Saturna. Formacje te odkrył Galileusz na początku XVII wieku. i przedstawiał niesamowitą tajemnicę natury: planeta wydawała się otoczona trzema ciągłymi koncentrycznymi pierścieniami, składającymi się z substancji o nieznanej naturze. Laplace udowodnił, że nie mogą być solidne. Po przeprowadzeniu analizy matematycznej Maxwell doszedł do przekonania, że ​​nie mogą one być płynne i doszedł do wniosku, że taka struktura może być stabilna tylko wtedy, gdy składa się z roju niepowiązanych ze sobą meteorytów. Stabilność pierścieni zapewnia ich przyciąganie do Saturna oraz wzajemny ruch planety i meteorytów. Za tę pracę Maxwell otrzymał nagrodę J. Adamsa.

Jedną z pierwszych prac Maxwella była jego kinetyczna teoria gazów. W 1859 roku naukowiec na posiedzeniu Stowarzyszenia Brytyjskiego przedstawił raport, w którym przedstawił rozkład cząsteczek według prędkości (rozkład Maxwella). Maxwell rozwinął idee swojego poprzednika w rozwoju kinetycznej teorii gazów przez Rudolfa Clausiusa, który wprowadził pojęcie „średniej drogi swobodnej”. Maxwell wyszedł od idei gazu jako zespołu wielu idealnie sprężystych kulek poruszających się chaotycznie w zamkniętej przestrzeni. Kulki (cząsteczki) można podzielić na grupy ze względu na prędkość, podczas gdy w stanie stacjonarnym liczba cząsteczek w każdej grupie pozostaje stała, chociaż mogą one opuszczać i wchodzić do grup. Z tych rozważań wynikało, że „rozkład cząstek zależy od prędkości według tego samego prawa, co rozkład błędów obserwacyjnych w teorii metody najmniejszych kwadratów, tj. według statystyk Gaussa.” W ramach swojej teorii Maxwell wyjaśnił prawo Avogadro, dyfuzję, przewodność cieplną, tarcie wewnętrzne (teorię przenoszenia). W 1867 roku wykazał statystyczną naturę drugiej zasady termodynamiki.

W 1831 roku, w którym urodził się Maxwell, Michael Faraday przeprowadził klasyczne eksperymenty, które doprowadziły go do odkrycia indukcji elektromagnetycznej. Maxwell zaczął badać elektryczność i magnetyzm około 20 lat później, kiedy istniały dwa poglądy na naturę efektów elektrycznych i magnetycznych. Naukowcy tacy jak A. M. Ampere i F. Neumann trzymali się koncepcji działania dalekiego zasięgu, postrzegając siły elektromagnetyczne jako analogiczne do przyciągania grawitacyjnego między dwiema masami. Faraday był zwolennikiem idei linii siły łączących dodatnie i ujemne ładunki elektryczne lub bieguny północny i południowy magnesu. Linie sił wypełniają całą otaczającą przestrzeń (pole, w terminologii Faradaya) i wyznaczają oddziaływania elektryczne i magnetyczne. Idąc za Faradaya, Maxwell opracował hydrodynamiczny model linii siły i wyraził znane wówczas zależności elektrodynamiki w języku matematycznym odpowiadającym mechanicznym modelom Faradaya. Główne wyniki tych badań znajdują odzwierciedlenie w pracy „Linie siły Faradaya” (1857). W latach 1860–1865 Maxwell stworzył teorię pola elektromagnetycznego, którą sformułował w postaci układu równań (równań Maxwella) opisujących podstawowe prawa zjawisk elektromagnetycznych: pierwsze równanie wyrażało indukcję elektromagnetyczną Faradaya; 2. – indukcja magnetoelektryczna, odkryta przez Maxwella i oparta na koncepcjach prądów przemieszczenia; 3. – prawo zachowania energii elektrycznej; 4. – wirowy charakter pola magnetycznego.

Kontynuując rozwój tych pomysłów, Maxwell doszedł do wniosku, że wszelkie zmiany w polu elektrycznym i magnetycznym powinny powodować zmiany w liniach sił przenikających otaczającą przestrzeń, tj. w ośrodku muszą rozprzestrzeniać się impulsy (lub fale). Szybkość propagacji tych fal (zaburzeń elektromagnetycznych) zależy od przenikalności dielektrycznej i magnetycznej ośrodka i jest równa stosunkowi jednostki elektromagnetycznej do jednostki elektrostatycznej. Według Maxwella i innych badaczy stosunek ten wynosi 3,10 10 cm/s, co jest bliskie prędkości światła zmierzonej siedem lat wcześniej przez francuskiego fizyka A. Fizeau. W październiku 1861 roku Maxwell poinformował Faradaya o swoim odkryciu: światło jest zaburzeniem elektromagnetycznym rozchodzącym się w ośrodku nieprzewodzącym, tj. rodzaj fali elektromagnetycznej. Ten końcowy etap badań został opisany w pracy Maxwella „Dynamiczna teoria pola elektromagnetycznego” (1864), a wynik jego prac nad elektrodynamiką został podsumowany w słynnym „Traktacie o elektryczności i magnetyzmie” (1873).

Angielski matematyk, fizyk i mechanik James Clerk Maxwell urodził się 13 czerwca 1831 roku w Edynburgu (Szkocja). Wkrótce rodzina przyszłego naukowca przeprowadziła się do swojej posiadłości w Middleby, gdzie chłopiec spędził dzieciństwo.

W 1841 roku, po ponownym powrocie do Edynburga, młody człowiek wstąpił do Akademii w Edynburgu. Po ukończeniu studiów Maxwell rozpoczął studia na uniwersytecie o tej samej nazwie.

W 1853 roku wstąpił do Trinity College w Cambridge. Tam Maxwell zainteresował się badaniem elektryczności i wkrótce rozpoczął badania eksperymentalne w tej dziedzinie.

W latach 50. naukowiec aktywnie angażował się w działalność dydaktyczną, pracując w rodzinnym Cambridge, a następnie na Uniwersytecie w Aberdeen i w King's College London. W tym czasie stworzył teorię kolorów, która później umożliwiła pojawienie się fotografii kolorowej, a także rozwinął teorię gazów, która stała się podstawą współczesnej mechaniki statycznej.

W latach 1864–65 Maxwell stworzył słynną „Dynamiczną teorię pola elektromagnetycznego”, która stała się jego głównym dziełem naukowym i uważana jest za szczyt myśli matematycznej tamtych czasów. W 1866 roku odkrył prawo rozkładu prędkości cząsteczek gazu doskonałego, nazwanego później od nazwiska naukowca.

W 1871 roku Maxwell ponownie rozpoczął pracę na Uniwersytecie w Cambridge jako profesor fizyki eksperymentalnej. W tym czasie napisał encyklopedyczny Traktat o elektryczności i magnetyzmie (1873), poświęcony pamięci Michaela Faradaya.

5 listopada 1879 roku zmarł brytyjski fizyk, matematyk i mechanik James Clerk Maxwell. Miał 48 lat. W ciągu swojego życia stał się autorem wielu odkryć. Przypomnieliśmy sobie najciekawsze z nich.

1. Metoda rysowania owalu. Maxwell dokonał tego odkrycia, będąc jeszcze uczniem. Studiował w Akademii w Edynburgu. Początkowo James nie był zainteresowany studiowaniem, ale później zaczął się tym interesować. Chłopca najbardziej interesowała geometria. Jego uznanie dla piękna obrazów geometrycznych wzrosło po wykładzie artysty Davida Ramsaya Haya na temat sztuki etruskiej. Refleksje na ten temat skłoniły Maxwella do wynalezienia metody rysowania owali. Metoda wywodzi się z twórczości Rene Descartesa i polegała na użyciu kołków ogniskowych, nitek i ołówka, co umożliwiło konstruowanie okręgów (jedno ognisko), elips (dwa ogniska) i bardziej skomplikowanych kształtów owalnych (więcej ognisk) . Trzeba przyznać, że rezultaty pracy studenta nie pozostały niezauważone i zostały ogłoszone przez profesora Jamesa Forbesa na posiedzeniu Towarzystwa Królewskiego w Edynburgu, a następnie opublikowane w jego Proceedings.

2. Teoria koloru. Po studiach w Cambridge Maxwell przygotowywał się do objęcia stanowiska profesora. W tym czasie głównym zainteresowaniem naukowym młodego człowieka stała się praca nad teorią koloru. Wywodzi się z twórczości Izaaka Newtona, który wyznawał ideę siedmiu kolorów podstawowych. Maxwell był kontynuatorem teorii Thomasa Younga, który wysunął ideę trzech barw podstawowych i powiązał je z procesami fizjologicznymi zachodzącymi w organizmie człowieka. James wykorzystał wcześniej wynaleziony „kolorowy bączek”, którego dysk został podzielony na sektory pomalowane na różne kolory, a także „color box”, czyli opracowany przez siebie system optyczny umożliwiający mieszanie kolorów referencyjnych. Jednak po raz pierwszy udało mu się za ich pomocą uzyskać wyniki ilościowe i dość dokładnie przewidzieć powstałe mieszaniny kolorów. Na przykład, jeśli wcześniej sądzono, że biel można uzyskać przez zmieszanie koloru niebieskiego, czerwonego i żółtego, Maxwell temu zaprzeczył. Jego eksperymenty wykazały, że zmieszanie kolorów niebieskiego i żółtego nie daje koloru zielonego, jak często sądzono, ale różowawy odcień. Odkrył również, że podstawowe kolory to czerwony, zielony i niebieski.

3. Stabilność pierścieni Saturna. W Aberdeen Maxwell ożenił się i zaczął uczyć, ale nauka nadal zajmowała znaczną część jego czasu. Większą uwagę Maxwella w tym czasie przyciągnęły badania natury pierścieni Saturna, zaproponowane w 1855 roku przez Uniwersytet w Cambridge w ramach nagrody Adamsa (prace miały zostać ukończone w ciągu dwóch lat). Pierścienie zostały odkryte przez Galileusza na początku XVII wieku i od dawna stanowią tajemnicę natury. Wielu naukowców próbowało określić naturę substancji, z której zbudowano pierścienie Saturna. William Herschel uważał je za obiekty stałe. Pierre Simon Laplace argumentował, że stałe pierścienie muszą być niejednorodne, bardzo wąskie i koniecznie muszą się obracać. Maxwell przeprowadził badania – analizę matematyczną różnych wariantów budowy pierścieni – i doszedł do przekonania, że ​​nie mogą one być ani stałe, ani ciekłe. Konkluzja naukowca była następująca: taka konstrukcja może być stabilna tylko wtedy, gdy składa się z roju niepowiązanych ze sobą meteorytów. Stabilność pierścieni zapewnia ich przyciąganie do Saturna oraz wzajemny ruch planety i meteorytów. Korzystając z analizy Fouriera, Maxwell zbadał propagację fal w takim pierścieniu i wykazał, że w pewnych warunkach meteoryty nie zderzają się ze sobą. Dla przypadku dwóch pierścieni określił, przy jakich stosunkach ich promieni występuje stan niestabilności. Otrzymawszy nagrodę Adamsa za swoją pracę i entuzjastyczne recenzje od kolegów, Maxwell kontynuował swoje eksperymenty. Jego twórczość zyskała uznanie w kręgach naukowych. Astronom Royal George Airy stwierdził, że jest to najgenialniejsze zastosowanie matematyki w fizyce, jakie kiedykolwiek widział.

4. Pierwsza kolorowa fotografia. Odkrycia dokonano w Londynie. Po pierwsze, w 1860 roku Maxwell wygłosił przemówienie na spotkaniu Stowarzyszenia Brytyjskiego w Oksfordzie na temat swoich wyników w teorii koloru, popartych eksperymentalnymi demonstracjami z wykorzystaniem pudełka kolorów. Rok później podczas wykładu w Instytucie Królewskim James pokazał swoim kolegom pierwszą na świecie kolorową fotografię, której pomysł zrodził się u niego jeszcze w 1855 roku. Został wyprodukowany wspólnie z fotografem Thomasem Suttonem. Najpierw wykonano trzy negatywy z kolorowej taśmy na szkle pokrytym emulsją fotograficzną (kolodionem). Negatywy pobierano przez filtry zielony, czerwony i niebieski (roztwory soli różnych metali). Negatywy następnie naświetlano przez te same filtry, po czym uzyskano kolorowy obraz. Nawiasem mówiąc, eksperyment Maxwella został odtworzony prawie sto lat temu przez pracowników firmy Kodak. Zasada naukowca była stosowana przez wiele lat.