Maxwell James - elulugu, faktid elust, fotod, taustainfo. James Clark Maxwell: Teadlane ja tema deemon

01.10.2019

Rahvusvaheline Looduse, Ühiskonna ja Inimese Ülikool "Dubna"
Säästva innovaatilise arengu osakond
UURIMISTÖÖ

teemal:

"James Clerk Maxwelli panus teadusesse"

Lõpetanud: Pleškova A.V., gr. 5103

Kontrollis: Bolshakov B.E.

Dubai, 2007

Valemid, milleni jõuame, peavad olema sellised, et mis tahes rahvuse esindaja, asendades sümbolite asemel oma rahvusühikutes mõõdetud suuruste arvväärtused, saaks õige tulemuse.

J.K.Maxwell

Biograafia 5

J.C. Maxwelli avastused 8

Edinburgh. 1831-1850 8

Lapsepõlv ja kooliaastad 8

Esimene avastus 9

Edinburghi ülikool 9

Optilis-mehaanilised uuringud 9

1850-1856 Cambridge 10

Elektriõpetus 10

Aberdeen 1856-1860 12

Traktaat Saturni rõngastest 12

London – Glenlare 1860-1871 13

Esimene värviline foto 13

Tõenäosusteooria 14

Maxwelli mehaaniline mudel 14

Elektromagnetlained ja valguse elektromagnetiline teooria 15

Cambridge 1871-1879 16

Cavendishi labor 16

Ülemaailmne tunnustus 17

Mõõtmed 18

Võimu jäävuse seadus 22

Kasutatud kirjanduse loetelu 23

Sissejuhatus

Tänapäeval pakuvad märkimisväärset huvi J.K.Maxwelli, mineviku ühe suurima füüsiku, kelle nimega seostatakse fundamentaalseid teadussaavutusi, mis kuuluvad moodsa teaduse kullafondi, seisukohad. Maxwell pakub meile huvi silmapaistva metoodiku ja teadusajaloolasena, kes mõistis sügavalt teadusliku uurimise protsessi keerukust ja ebajärjekindlust. Analüüsides teooria ja reaalsuse suhet, hüüatas Maxwell šokis: "Aga kes viib mind veelgi varjatumasse udupiirkonda, kus Mõte on ühendatud faktiga, kus näeme matemaatiku vaimset tööd ja molekulide füüsilist toimet nendes tõeline suhe? Kas tee nendeni ei kulge läbi metafüüsikute pesa, mis on täis eelmiste uurijate säilmeid ja inspireerib õudust igas teadlases? .. Oma igapäevatöös jõuame metafüüsikaga samalaadsete küsimusteni, kuid mitte toetumata oma mõistuse loomupärase taipamise põhjal läheneme neile, olles valmis oma mõtteviisi pikaajaliselt kohandama välise olemuse faktidega. (James Clerk Maxwell. Artiklid ja kõned. M., "Teadus", 1968. Lk.5).

Biograafia

Sündis Šotimaa aadliku perekonnas Clerksi aadliperekonnast. Ta õppis esmalt Edinburghi (1847-1850), seejärel Cambridge'i (1850-1854) ülikoolides. Aastal 1855 sai temast Trinity College'i nõukogu liige, 1856-1860. Ta oli Aberdeeni ülikooli Marishalli kolledži professor, aastast 1860 juhtis ta Londoni ülikooli King's College'i füüsika ja astronoomia osakonda. 1865. aastal astus Maxwell raske haiguse tõttu õppetoolist tagasi ja asus elama Edinburghi lähedale oma perekonna kinnisvarasse Glenlarisse. Ta jätkas loodusteaduste õppimist, kirjutas mitmeid esseesid füüsikast ja matemaatikast. 1871. aastal asus ta Cambridge'i ülikooli eksperimentaalfüüsika õppetooli juhatama. Ta organiseeris uurimislabori, mis avati 16. juunil 1874 ja sai nimeks Cavendish – G. Cavendishi auks.

Maxwell lõpetas oma esimese teadusliku töö juba kooliajal, leiutades lihtsa viisi ovaalsete kujundite joonistamiseks. Sellest tööst teatati Kuningliku Seltsi koosolekul ja see avaldati isegi ajakirjas Proceedings. Trinity kolledži nõukogu liikmena katsetas ta värviteooriat, olles Jungi teooria ja Helmholtzi kolme põhivärvi teooria järglane. Värvide segamise katsetes kasutas Maxwell spetsiaalset toppi, mille ketas jaotati erinevat värvi värvitud sektoriteks (Maxwelli ketas). Kui vurr kiiresti pöörles, siis värvid ühinesid: kui ketas värviti üle nii, nagu spektri värvid paiknevad, tundus see valge; kui üks pool sellest värviti punaseks ja teine pool kollaseks, näis see oranž; sinise ja kollase segamine jättis rohelise mulje. 1860. aastal autasustati Maxwelli värvitaju ja optika alase töö eest Rumfoori medaliga.

1857. aastal kuulutas Cambridge'i ülikool välja konkursi parimate Saturni rõngaste stabiilsust käsitlevate tööde saamiseks. Need moodustised avastas Galileo 17. sajandi alguses. ja kujutas endast hämmastavat looduse müsteeriumi: planeet näis olevat ümbritsetud kolme pideva kontsentrilise rõngaga, mis koosnesid tundmatu olemusega ainest. Laplace tõestas, et need ei saa olla kindlad. Pärast matemaatilise analüüsi läbiviimist oli Maxwell veendunud, et ka need ei saa olla vedelad, ja jõudis järeldusele, et selline struktuur saab olla stabiilne ainult siis, kui see koosneb mitteseotud meteoriitide sülemist. Rõngaste stabiilsuse tagab nende külgetõmme Saturni poole ning planeedi ja meteoriitide vastastikune liikumine. Selle töö eest sai Maxwell J. Adamsi auhinna.

Üks Maxwelli esimesi töid oli tema gaaside kineetiline teooria. 1859. aastal esines teadlane Briti Assotsiatsiooni koosolekul ettekandega, kus ta kirjeldas molekulide jaotust kiiruste järgi (Maxwelli jaotus). Maxwell arendas välja oma eelkäija R. Clausiuse ideed gaaside kineetilise teooria väljatöötamisel, kes võttis kasutusele mõiste "keskmine keskmine vaba tee". Maxwell lähtus ideest gaasist kui täiuslikult elastsete kuulide ansamblist, mis liiguvad juhuslikult suletud ruumis. Pallid (molekulid) saab jagada rühmadesse vastavalt nende kiirustele, samas kui statsionaarses olekus jääb molekulide arv igas rühmas muutumatuks, kuigi nad võivad rühmadest lahkuda ja neisse siseneda. Sellest kaalutlusest järeldub, et "osakesed jaotuvad vastavalt kiirustele sama seaduse kohaselt, nagu jaotuvad vaatlusvead vähimruutude meetodi teoorias, st vastavalt Gaussi statistikale". Maxwell selgitas oma teooria osana Avogadro seadust, difusiooni, soojusjuhtivust, sisehõõrdumist (ülekandeteooria). 1867. aastal näitas ta termodünaamika teise seaduse ("Maxwelli deemon") statistilist olemust.

1831. aastal, Maxwelli sünniaastal, viis M. Faraday läbi klassikalised katsed, mis viisid ta elektromagnetilise induktsiooni avastamiseni. Maxwell hakkas elektrit ja magnetismi uurima umbes 20 aastat hiljem, kui elektriliste ja magnetiliste mõjude olemuse kohta oli kaks seisukohta. Sellised teadlased nagu A. M. Ampere ja F. Neumann järgisid kaugtegevuse kontseptsiooni, pidades elektromagnetilisi jõude kahe massi vahelise gravitatsioonilise külgetõmbe analoogiks. Faraday oli positiivsete ja negatiivsete elektrilaengute või magneti põhja- ja lõunapooluse ühendavate jõujoonte idee pooldaja. Jõujooned täidavad kogu ümbritseva ruumi (Faraday terminoloogias välja) ning määravad elektrilise ja magnetilise vastastikmõju. Faradayt järgides töötas Maxwell välja jõujoonte hüdrodünaamilise mudeli ja väljendas tol ajal teadaolevaid elektrodünaamika seoseid Faraday mehaanilistele mudelitele vastavas matemaatilises keeles. Selle uurimuse peamised tulemused kajastuvad töös "Faraday's Lines of Force" (Faraday's Lines of Force, 1857). Aastatel 1860-1865. Maxwell lõi elektromagnetvälja teooria, mille ta sõnastas elektromagnetnähtuste põhiseadusi kirjeldava võrrandisüsteemina (Maxwelli võrrandid): 1. võrrand väljendas Faraday elektromagnetilist induktsiooni; 2. - magnetoelektriline induktsioon, mille avastas Maxwell ja mis põhineb nihkevoolude kontseptsioonidel; 3. - elektrienergia koguse jäävuse seadus; 4. - magnetvälja keerislik olemus.

Nende ideede edasiarendamist jätkates jõudis Maxwell järeldusele, et kõik muutused elektri- ja magnetväljas peavad tekitama muutusi ümbritsevasse ruumi tungivates jõujoontes, see tähendab, et keskkonnas peavad levima impulsid (või lained). Nende lainete levimiskiirus (elektromagnetiline häire) sõltub keskkonna dielektrilisest ja magnetilisest läbilaskvusest ning on võrdne elektromagnetilise üksuse ja elektrostaatilise üksuse suhtega. Maxwelli ja teiste teadlaste sõnul on see suhe 3×1010 cm/s, mis on lähedane prantsuse füüsiku A. Fizeau seitse aastat varem mõõdetud valguse kiirusele. 1861. aasta oktoobris teatas Maxwell Faradayle oma avastusest, et valgus on elektromagnetiline häire, mis levib mittejuhtivas keskkonnas, st teatud tüüpi elektromagnetlainetena. Seda uurimistöö viimast etappi kirjeldab Maxwelli "Elektromagnetvälja dünaamiline teooria" (Traktaat elektrist ja magnetismist, 1864) ning kuulus "Traktaat elektrist ja magnetismist" võttis kokku tema elektrodünaamika töö. (1873)

Oma elu viimastel aastatel tegeles Maxwell Cavendishi käsikirjalise pärandi trükkimise ettevalmistamise ja avaldamisega. Kaks suurt köidet ilmusid 1879. aasta oktoobris.

J.K. Maxwelli avastused

Edinburgh. 1831-1850

Lapsepõlv ja kooliaastad

13. juunil 1831. aastal Edinburghis, India tänaval 14, sünnitas Frances Kay, Edinburghi kohtuniku tütar pärast abiellumist – proua ametnik Maxwell – poja Jamesi. Sel päeval ei toimunud kogu maailmas midagi märkimisväärset, 1831. aasta põhisündmus pole veel juhtunud. Kuid üksteist aastat on hiilgav Faraday püüdnud mõista elektromagnetismi saladusi ja alles nüüd, 1831. aasta suvel, ründas ta tabamatut elektromagnetilise induktsiooni jälge ning James on vaid neljakuune, kui Faraday teeb kokkuvõtte. tegi oma katse "elektri saamiseks magnetismist". Ja seega avaneb uus ajastu - elektri ajastu. Ajastu, mille jooksul peab elama ja looma väike James, kes on Šotimaa ametnike ja Maxwellide kuulsusrikka pere järeltulija.

Jamesi isa John Clerk Maxwell, elukutselt advokaat, vihkas seadust ja oli, nagu ta ise ütles, "räpase advokaadiäri" vastu. Niipea kui võimalus avanes, lõpetas John oma lõputu sebimise Edinburgh Courti marmorist fuajees ja pühendus teaduslikele katsetele, millega ta juhuslikult amatöörlikult tegeles. Ta oli amatöör, ta oli sellest teadlik ja oli sügavalt mures. John oli armunud teadusesse, teadlastesse, praktilistesse inimestesse, oma õppinud vanaisasse George'i. Koos venna Francaise Kayga tehtud katsed kujundada puhuri lõõtsa viisid ta tulevase naise juurde; pulmad peeti 4. oktoobril 1826. aastal. Puhuri lõõts ei töötanud kunagi, kuid sündis poeg James.

Kui James oli kaheksa-aastane, suri tema ema ja ta jäi isa juurde. Tema lapsepõlv on täidetud loodusega, isaga suhtlemise, raamatute, sugulaste jutustuste, "teaduslike mänguasjade", esimeste "avastustega". Jamesi sugulased olid mures, et ta ei saanud süstemaatilist haridust: juhuslikku lugemist kõigest, mis majas on, astronoomiatunde maja verandal ja elutoas, kuhu James ja ta isa ehitasid "taevagloobuse". Pärast ebaõnnestunud katset õppida eraõpetaja juures, kelle eest James sageli põnevamate tegemiste juurde põgenes, otsustati ta saata Edinburghi õppima.

Kuigi James sai kodus hariduse, vastas ta Edinburghi akadeemia kõrgetele standarditele ja ta registreeriti seal 1841. aasta novembris. Tema esinemine klassiruumis polnud kaugeltki hiilgav. Ta oleks hõlpsasti võinud paremaid ülesandeid täita, kuid võistlusvaim ebameeldivatel jälitustel oli talle sügavalt võõras. Pärast esimest koolipäeva ei saanud ta klassikaaslastega läbi ja seetõttu meeldis Jamesile üle kõige üksi olla ja ümbritsevaid objekte uurida. Üks silmatorkavamaid sündmusi, mis kahtlemata tummist kooliaega ilmestas, oli visiit koos isaga Edinburghi Kuninglikku Seltsi, kus eksponeeriti esimesi "elektromagnetilisi masinaid".

Edinburghi kuninglik selts muutis Jamesi elu: seal sai ta oma esimesed kontseptsioonid püramiidist, kuubist ja muudest korrapärastest hulktahukatest. Sümmeetria täiuslikkus, geomeetriliste kehade korrapärased teisendused muutsid Jamesi õpetamiskontseptsiooni – ta nägi õpetamises ilu ja täiuslikkuse tera. Kui käes oli eksamite aeg, olid akadeemia tudengid hämmastunud – "loll", nagu nad Maxwelli kutsusid, sai esimeste seas.

Esimene avastus

Kui varem viis isa Jamesi aeg-ajalt oma lemmikmeelelahutusse - Edinburghi Kuningliku Seltsi kohtumised, nüüd seda seltsi külastavad, aga ka Edinburghi Kunstide Seltsi koos Jamesiga on tema jaoks muutunud regulaarseks ja kohustuslikuks. Kunstide Seltsi koosolekutel oli kõige kuulsam, rahvahulka tõmbav lektor hr D.R. Tere, dekoraator. Just tema loengud ajendasid Jamesi tema esimese suurema avastuseni – lihtsa vahendi ovaalide joonistamiseks. James leidis originaalse ja samas väga lihtsa viisi ning mis kõige tähtsam, täiesti uue. Ta kirjeldas oma meetodi põhimõtet lühikeses "artiklis", mida loeti Edinburghi Kuninglikus Seltsis – au, mida paljud taotlesid ja mis omistati neljateistkümneaastasele koolipoisile.

Edinburghi ülikool

Optilis-mehaanilised uuringud

1847. aastal lõpeb koolitus Edinburghi Akadeemias, James on üks esimesi, esimeste aastate solvangud ja mured ununevad.

Pärast akadeemia lõpetamist astub James Edinburghi ülikooli. Samal ajal tekkis tal tõsine huvi optiliste uuringute vastu. Brewsteri avaldused viisid Jamesi mõttele, et kiirte tee uurimist saab kasutada keskkonna elastsuse määramiseks erinevates suundades, pingete tuvastamiseks läbipaistvates materjalides. Seega saab mehaaniliste pingete uurimise taandada optiliseks uuringuks. Kaks pinges läbipaistvast materjalist eraldatud kiirt hakkavad omavahel suhtlema, tekitades iseloomulikud värvilised pildid. James näitas, et värvipildid on oma olemuselt üsna loomulikud ja neid saab kasutada arvutusteks, varem tuletatud valemite kontrollimiseks, uute tuletamiseks. Selgus, et osa valemeid olid valed või ebatäpsed või vajasid parandamist.

Joonis 1 Stella kolmnurga pingemuster, mille James on saanud polariseeritud valguse abil.

Veelgi enam, James suutis avastada mustreid juhtudel, kus varem ei saanud matemaatiliste raskuste tõttu midagi teha. Läbipaistev ja koormatud karastamata klaasi kolmnurk (joonis 1) andis Jamesile võimaluse uurida pingeid ka sel arvutuslikul juhul.

19-aastane James Clerk Maxwell astus esmakordselt Edinburghi Kuningliku Seltsi poodiumile. Tema aruanne ei saanud jääda märkamatuks: ta sisaldas liiga palju uut ja originaalset.

1850-1856 Cambridge

Elektritunnid

Nüüd ei seadnud keegi Jamesi talenti kahtluse alla. Ta oli Edinburghi ülikoolist selgelt välja kasvanud ja astus seetõttu 1850. aasta sügisel Cambridge'i. Jaanuaris 1854 lõpetas James ülikooli kiitusega ja omandas bakalaureusekraadi. Ta otsustab jääda Cambridge'i, et valmistuda professuuriks. Nüüd, kui ta ei pea eksamiteks õppima, saab ta kauaoodatud võimaluse kulutada kogu aeg katsetele, jätkab oma uurimistööd optika vallas. Eriti huvitab teda põhivärvide küsimus. Maxwelli esimene artikkel kandis nime "Color Theory in Connection with Color Blindness" ja see ei olnud tegelikult isegi artikkel, vaid kiri. Maxwell saatis selle dr Wilsonile, kes leidis, et kiri oli nii huvitav, et ta hoolitses selle avaldamise eest: ta paigutas selle tervikuna oma värvipimeduse raamatusse. Ja ometi köidavad Jamesi alateadlikult sügavamad saladused, asjad, mis on palju ebaselgemad kui värvide segunemine. Just elekter pidi oma intrigeeriva mõistmatuse tõttu varem või hiljem paratamatult tema noore mõistuse energiat tõmbama. James mõistis pingestatud elektri põhiprintsiipe üsna kergesti. Olles uurinud Ampere'i kaugtegevuse teooriat, lasi ta selle näilisest ümberlükkamatusest hoolimata endal selles kahelda. Pikamaa teooria tundus vaieldamatult õiglane, sest kinnitas seaduste formaalne sarnasus, matemaatilised avaldised näiliselt erinevatele nähtustele – gravitatsioonilisele ja elektrilisele vastastikmõjule. Kuid see teooria, rohkem matemaatiline kui füüsiline, ei veennud Jamesi, ta kaldus üha enam Faraday tegevuse tajumise poole ruumi täitvate magnetiliste jõujoonte kaudu, lähitegevuse teooria poole.

Püüdes luua teooriat, otsustas Maxwell kasutada uurimistöös füüsikaliste analoogiate meetodit. Kõigepealt oli vaja leida õige analoogia. Maxwell imetles alati analoogiat, mida siis märgati ainult elektriliselt laetud kehade külgetõmbeprobleemide ja püsiva soojusülekande probleemide vahel. Seda, aga ka Faraday ideid lühimaategevusest, suletud juhtide Amperi magnettegevusest, lõi James järk-järgult uude teooriasse, ootamatusse ja julgesse.

Cambridge'is on James ülesandeks õpetada kõige võimekamatele õpilastele kõige raskemaid hüdrostaatika ja optika peatükke. Lisaks tõmbas tema tähelepanu elektriteooriatest kõrvale töö optikat käsitleva raamatu kallal. Maxwell jõuab peagi järeldusele, et optika ei huvita teda enam nii nagu varem, vaid ainult tõmbab tähelepanu elektromagnetiliste nähtuste uurimiselt kõrvale.

Jätkates analoogia otsimist, võrdleb James jõujooni mingi kokkusurumatu vedeliku vooluga. Hüdrodünaamikast pärit torude teooria võimaldas asendada jõujooned jõutorudega, mis selgitas hõlpsalt Faraday eksperimenti. Takistuse mõisted, elektrostaatika, magnetostaatika ja elektrivoolu nähtused sobivad kergesti ja lihtsalt Maxwelli teooria raamidesse. Kuid Faraday avastatud elektromagnetilise induktsiooni nähtus sellesse teooriasse ei sobinud.

James pidi oma teooriast mõneks ajaks loobuma isa seisundi halvenemise tõttu, mis nõudis hoolt. Kui James pärast isa surma Cambridge'i naasis, ei saanud ta usu tõttu omandada kõrgemat magistrikraadi. Seetõttu võttis 1856. aasta oktoobris Aberdeeni õppetooli üle James Maxwell.

Aberdeen 1856-1860

Traktaat Saturni rõngastest

Just Aberdeenis kirjutati esimene elektriteos – artikkel "Faraday jõujoontest", mis viis arvamustevahetuseni elektromagnetnähtuste üle Faraday endaga.

Kui James Aberdeenis õpinguid alustas, oli tema peas juba küpsenud uus probleem, mida keegi veel lahendada ei osanud, uus nähtus, mida tuli selgitada. Need olid Saturni rõngad. Määrata nende füüsiline olemus, määrata need miljonite kilomeetrite kauguselt ilma igasuguste instrumentideta, kasutades ainult paberit ja pliiatsit – see oli justkui tema ülesanne. Tahke jäiga rõnga hüpotees loobuti kohe. Vedel rõngas puruneks selles tekkinud hiiglaslike lainete mõjul - ja selle tulemusena hõljuvad James Clerk Maxwelli, hulga väikeste satelliitide, tema ettekujutuse kohaselt "tellisekillud" suure tõenäosusega Saturni ümber. Saturni rõngaid käsitleva traktaadi eest pälvis James 1857. aastal Adamsi auhinna ja teda ennast peetakse üheks hinnatumaks inglise teoreetiliseks füüsikuks.

Joon.2 Saturn. Foto tehtud 36-tollise refraktoriga Licki observatooriumis.

Joonis 3 Saturni rõngaste liikumist illustreerivad mehaanilised mudelid. Joonised Maxwelli esseest "Saturni rõngaste pöörlemise stabiilsusest"

London – Glenlare 1860-1871

Esimene värviline foto

1860. aastal algab Maxwelli elus uus etapp. Ta määratakse Londoni King's College'i loodusfilosoofia professoriks. Kings College edestas oma füüsikalaborite varustuse poolest paljusid maailma ülikoole. Siin ei ole Maxwell ainult 1864.–1865. õpetas rakendusfüüsika kursust, siin püüdis ta õppeprotsessi uutmoodi korraldada. Õpilased õppisid katsetamise teel. Londonis maitses James Clerk Maxwell esimest korda oma suure teadlase tunnustuse vilju. Värvide segamise ja optika uurimise eest andis Royal Society Maxwellile Rumfordi medal. 17. mail 1861 pakuti Maxwellile suurt au pidada loeng Kuninglikus Instituudis. Loengu teema on "Kolme põhivärvi teooriast". Selles loengus näidati selle teooria tõestuseks maailmale esimest korda värvifotot!

Tõenäosusteooria

Aberdeeni perioodi lõpus ja Londoni perioodi alguses oli Maxwellil optika ja elektri kõrval uus hobi – gaasiteooria. Selle teooria kallal töötades tutvustab Maxwell füüsikas selliseid mõisteid nagu "tõenäoliselt", "see sündmus võib juhtuda suurema tõenäosusega".

Füüsikas toimus revolutsioon ja paljud Maxwelli ettekannete kuulajad Briti Assotsiatsiooni aastakoosolekutel ei pannud seda tähelegi. Teisest küljest lähenes Maxwell mateeria mehaanilise mõistmise piiridele. Ja ületas need. Maxwelli järeldus tõenäosusseaduste domineerimisest molekulide maailmas mõjutas maailmapildi kõige fundamentaalsemaid aluseid. Väide, et molekulide maailmas valitseb juhus, oli oma jultumuses üks teaduse suurimaid saavutusi.

Maxwelli mehaaniline mudel

King’s College’is oli töö juba palju pikem kui Aberdeenis – loengukursus kestis üheksa kuud aastas. Kuid praegu visandab kolmekümneaastane James Clerk Maxwell oma tulevase elektriteemalise raamatu plaani. See on tulevase traktaadi idu. Ta pühendab selle esimesed peatükid oma eelkäijatele: Oersted, Ampère, Faraday. Püüdes selgitada Faraday jõujoonte teooriat, elektrivoolude induktsiooni ja Oerstedi teooriat magnetnähtuste olemuse keerise olemuse kohta, loob Maxwell oma mehaanilise mudeli (joonis 5).

Mudel kujutas ühes suunas pöörlevaid molekulaarpööriste ridu, mille vahele oli paigutatud kiht väikseimatest pöörlemisvõimelistest sfäärilistest osakestest. Vaatamata oma kohmakusele selgitas mudel paljusid elektromagnetilisi nähtusi, sealhulgas elektromagnetilist induktsiooni. Mudel oli sensatsiooniline selle poolest, et selgitas Maxwelli sõnastatud teooriat magnetvälja toimimisest voolu suuna suhtes täisnurga all (“gimleti reegel”).

Joonis 4 Maxwell välistab samas suunas pöörlevate naaberkeeriste A ja B vastastikmõju, viies nende vahele tühikäigukäigud

Joonis 5 Maxwelli mehaaniline mudel elektromagnetiliste nähtuste selgitamiseks.

Elektromagnetlained ja valguse elektromagnetiline teooria

Jätkates katseid elektromagnetitega, lähenes Maxwell teooriale, et kõik muutused elektrilistes ja magnetilistes jõududes saadavad kosmoses levivaid laineid.

Pärast artiklite sarja "Füüsikalistest joontest" oli Maxwellil juba tegelikult kogu materjal uue elektromagnetismi teooria koostamiseks. Nüüd elektromagnetvälja teooriast. Hammasrattad ja tuulekeerised on täielikult kadunud. Väljavõrrandid ei olnud Maxwelli jaoks vähem reaalsed ja käegakatsutavad kui laboratoorsete katsete tulemused. Nüüd ei tuletati nii Faraday elektromagnetilist induktsiooni kui ka Maxwelli nihkevoolu mitte mehaaniliste mudelite, vaid matemaatiliste tehete abil.

Faraday järgi viib magnetvälja muutus elektrivälja ilmumiseni. Magnetvälja liigpinge põhjustab elektrivälja tõusu.

Elektrilaine tõus põhjustab magnetlaine tõusu. Nii ilmusid elektromagnetlained esimest korda kolmekümne kolmeaastase prohveti sulest 1864. aastal, kuid mitte veel sellisel kujul, nagu me neid praegu mõistame. Maxwell rääkis 1864. aasta paberil ainult magnetlainetest. Elektromagnetlaine selle sõna täies tähenduses, sealhulgas nii elektrilised kui ka magnetilised häired, ilmus hiljem Maxwelli artiklis 1868. aastal.

Teises Maxwelli artiklis - "Elektromagnetvälja dünaamiline teooria" - sai valguse elektromagnetiline teooria, mis on välja toodud isegi varem, selge ülevaate ja tõendid. Enda uuringutele ja teiste teadlaste (ja ennekõike Faraday) kogemustele tuginedes järeldab Maxwell, et meediumi optilised omadused on seotud selle elektromagnetiliste omadustega ning valgus pole midagi muud kui elektromagnetlained.

1865. aastal otsustab Maxwell Kingi kolledžist lahkuda. Ta asus elama oma perekonna Glenmare'i mõisasse, kus ta tegeles peamiste elutöödega - soojusteooria ning traktaadiga elektrist ja magnetismist. Kogu aeg on neile pühendatud. Need olid erakonna aastad, saginast täieliku eraldumise aastad, teenides ainult teadust, kõige viljakamad, helgemad, loomingulisemad aastad. Maxwelli tõmbab aga taas ülikooli tööle ja ta võtab vastu Cambridge'i ülikooli pakkumise.

Cambridge 1871-1879

Cavendishi labor

1870. aastal teatas Devonshire'i hertsog ülikooli senatile oma soovist ehitada ja varustada füüsikalabor. Ja seda pidi juhtima maailmakuulus teadlane. See teadlane oli James Clerk Maxwell. 1871. aastal alustas ta kuulsa Cavendishi laboratooriumi varustamist. Nende aastate jooksul ilmus lõpuks tema "Traktaat elektrist ja magnetismist". Enam kui tuhat lehekülge, kus Maxwell annab teaduslike katsete kirjelduse, ülevaate kõigist seni loodud elektri- ja magnetiteooriatest ning ka "Elektromagnetvälja põhivõrrandid". Üldiselt ei aktsepteeritud Inglismaal traktaadi põhiideid, isegi sõbrad ei saanud sellest aru. Maxwelli ideed võtsid üles noored. Maxwelli teooria jättis vene teadlastele suure mulje. Kõik teavad Umovi, Stoletovi, Lebedevi rolli Maxwelli teooria arendamisel ja tugevdamisel.

16. juuni 1874 – Cavendishi labori piduliku avamise päev. Järgnevaid aastaid iseloomustas kasvav tunnustus.

Maailma tunnustus

1870. aastal valiti Maxwell Edinburghi ülikooli kirjanduse audoktoriks, 1874. aastal Bostoni Ameerika Kunsti- ja Teaduste Akadeemia välisriigi auliikmeks, 1875. aastal Philadelphia Ameerika Filosoofia Seltsi liikmeks ja ka saab New Yorgi, Amsterdami ja Viini akadeemiate auliikmeks. Järgmise viie aasta jooksul toimetas Maxwell ja valmistas avaldamiseks ette kakskümmend komplekti Henry Cavendishi käsikirju.

1877. aastal tundis Maxwell esimesi haigusnähte ja 1879. aasta mais pidas ta oma õpilastele viimase loengu.

Mõõtmed

Oma kuulsas traktaadis elektrist ja magnetismist (vt Moskva, "Nauka", 1989) pöördus Maxwell füüsikaliste suuruste mõõtmete probleemi poole ja pani aluse nende kineetilisele süsteemile. Selle süsteemi eripära on see, et selles on ainult kaks parameetrit: pikkus L ja aeg T. Kõik teadaolevad (ja täna tundmatud!) väärtused on selles esitatud L ja T täisarvudena. Murdnäitajad, mis ilmuvad teiste süsteemide mõõtmete valemid, millel puudub füüsiline sisu ja loogiline mõte, selles süsteemis puuduvad.

Vastavalt J. Maxwelli, A. Poincaré, N. Bohri, A. Einsteini, V. I. Vernadsky, R. Bartini nõuetele füüsikaline suurus on universaalne siis ja ainult siis, kui tema seos ruumi ja ajaga on selgemenem. Ja sellegipoolest ei olnud enne J. Maxwelli traktaati "Elektrist ja magnetismist" (1873) kindlaks tehtud seos massi ja pikkuse ning aja mõõtme vahel.

Kuna massi mõõtme võttis kasutusele Maxwell (koos nurksulgudes oleva tähisega), siis tsiteerigem väljavõtet Maxwelli enda tööst: „Igasuguse suuruse avaldis koosneb kahest tegurist või komponendist. Üks neist on mõne teadaoleva koguse nimi, mis on sama tüüpi kui meie väljendatav suurus. Teda võetakse kui võrdlusstandard. Teine komponent on arv, mis näitab, mitu korda tuleb standardit vajaliku väärtuse saamiseks rakendada. Võrdlusstandardväärtust nimetatakse e üksus, ja vastav arv on h sõna väärtus sellises suurusjärgus."

"VÄÄRTUSTE MÕÕTMISE KOHTA"

1. Mis tahes suuruse avaldis koosneb kahest tegurist või komponendist. Üks neist on mõne teadaoleva koguse nimi, mis on sama tüüpi kui meie väljendatav suurus. Teda võetakse kui võrdlusstandard. Teine komponent on arv, mis näitab, mitu korda tuleb standardit vajaliku väärtuse saamiseks rakendada. Võrdlusstandardväärtust nimetatakse inseneriteaduses üksus, ja vastav number - Numbriline Tähendus antud väärtus.

2. Matemaatilise süsteemi koostamisel arvestame põhiühikutega - pikkus, aeg ja mass - antud ning tuletame neist kõik tuletatud ühikud kasutades lihtsamaid aktsepteeritavaid definitsioone.

Seetõttu on kõikides teadusuuringutes väga oluline kasutada õigesti määratletud süsteemi kuuluvaid ühikuid, samuti teada nende seost põhiühikutega, et ühe süsteemi tulemusi kohe teisendada teiseks.

Ühikute mõõtmete tundmine annab meile testi, mida saab rakendada pikkade uuringutega saadud võrranditele.

Võrrandi iga liikme mõõde kõigi kolme põhiühiku suhtes peab olema sama. Kui see nii ei ole, on võrrand mõttetu, see sisaldab mingisugust viga, kuna selle tõlgendus osutub erinevaks ja sõltub suvalisest ühikute süsteemist, mille me aktsepteerime.

Kolm põhiüksust:

(1) PIKKUS. Meie riigis teaduslikel eesmärkidel kasutatav pikkuseetalon on jalg, mis moodustab kolmandiku riigikassas hoitavast normhoovist.

Prantsusmaal ja teistes meetermõõdustiku kasutusele võtnud riikides on pikkuse standardiks meeter. Teoreetiliselt on see üks kümme miljonit maakera meridiaani pikkusest, mõõdetuna poolusest ekvaatorini; praktikas on see Pariisis säilitatava etaloni pikkus, mille on valmistanud Borda (Borda) nii, et jää sulamistemperatuuril vastab see d'Alemberti saadud meridiaani pikkuse väärtusele. Maa uusi ja täpsemaid mõõtmisi kajastavaid mõõtmisi ei sisestata meetrites, vastupidi, meridiaanikaar ise arvutatakse algmeetrites.

Astronoomias võetakse mõnikord pikkusühikuna keskmist kaugust Maast Päikeseni.

Teaduse praeguses seisus oleks kõige universaalsem pikkuse standard, mida võiks välja pakkuda, teatud tüüpi valguse lainepikkus, mida kiirgab mõni laialt levinud aine (näiteks naatrium), mille spektris on selgelt eristatavad jooned. Selline standard ei sõltuks Maa suuruse muutumisest ja sellega peaksid nõustuma need, kes loodavad, et nende kirjutised osutuvad sellest taevakehast vastupidavamaks.

Ühikute mõõtmetega töötades tähistame pikkusühikut [ L]. Kui pikkuse arvväärtus on l, siis mõistetakse seda kui väärtust, mis on väljendatud teatud ühiku kaudu [ L], nii et kogu tegelik pikkus on esitatud kui l [ L].

(2) AEG. Kõigis tsiviliseeritud riikides tuletatakse standardne ajaühik Maa pöörlemisperioodist ümber oma telje. Sideerpäeva ehk maakera pöörde tegelikku perioodi saab tavaliste astronoomiliste vaatluste abil suure täpsusega kindlaks määrata ning meie teadmise aasta pikkusest saab sideerpäevast välja arvutada keskmise päikesepäeva.

Keskmise päikeseaja teist aktsepteeritakse kõigis füüsikalistes uuringutes ajaühikuna.

Astronoomias võetakse aastat mõnikord ajaühikuna. Universaalsema ajaühiku saab määrata selle valguse võnkeperioodi järgi, mille lainepikkus on võrdne ühiku pikkusega.

Konkreetsele ajaühikule viitame kui [ T] ja aja numbriline mõõt on tähistatud tähisega t.

(3) KAAL. Meie riigis on standardseks massiühikuks riigikassa kambris hoitav võrdluskommertsnael (avoirdupois pound). Sageli ühikuna kasutatud tera moodustab 7000. sellest naelast.

Meetrisüsteemis on massiühikuks gramm; teoreetiliselt on see kuupsentimeetri destilleeritud vee mass standardsetel temperatuuridel ja rõhkudel, kuid praktikas on see üks tuhandik Pariisis hoitavast võrdluskilogrammist*.

Aga kui, nagu prantsuse süsteemis tehakse, võetakse tiheduse etaloniks teatud aine, nimelt vesi, siis massiühik lakkab olemast sõltumatu, vaid muutub nagu ruumalaühik, s.t. kuidas [ L 3]. Kui, nagu astronoomilises süsteemis, väljendatakse massiühikut selle külgetõmbejõu kaudu, siis mõõde [ M] osutub [ L 3 T-2]".

Maxwell näitab seda massi saab põhimõõtmeliste suuruste hulgast välja jätta. See saavutatakse mõiste "võim" kahe definitsiooni kaudu:

1) ja 2) .

Võrdstades need kaks avaldist ja eeldades, et gravitatsioonikonstant on mõõtmeteta suurus, saab Maxwell:

, [M] = [L 3 T 2 ].

Mass osutus aegruumi suuruseks. Selle mõõde: maht nurkkiirendusega(või sama mõõtmega tihedus).

Massi väärtus hakkas rahuldama universaalsuse nõue. Kõiki teisi füüsikalisi suurusi sai võimalikuks väljendada aegruumi ühikutes.

1965. aastal ilmus ajakirjas "NSVL Teaduste Akadeemia aruanded" (nr 4) R. Bartini artikkel "Füüsikaliste suuruste kinemaatiline süsteem". Need tulemused on erakordne väärtus arutatava probleemi jaoks.

Võimu jäävuse seadus

Lagrange, 1789; Maxwell, 1855.

Üldiselt on võimsuse jäävuse seadus kirjutatud võimsuse väärtuse invariantsina:

Koguvõimsuse võrrandistN = P + G sellest järeldub, et kasulik võimsus ja kaduvõimsus on projektiivselt pöördvõrdelised ning seega kõik vaba energia muutused kompenseeritakse võimsuskadude muutusega täieliku võimsuse kontrolli all .

Sellest tulenev järeldus annab põhjust esitada võimsuse jäävuse seadust skalaarvõrrandi kujul:

Kus.

Aktiivse voo muutus kompenseeritakse süsteemi kahjude ja laekumiste vahega.

Seega eemaldab avatud süsteemi mehhanism sulgemispiirangud ja annab seeläbi võimaluse süsteemi edasiseks liikumiseks. See mehhanism aga ei näita võimalikke liikumissuundi – süsteemide arengut. Seetõttu tuleb seda täiendada arenevate ja mittearenevate süsteemide või mittetasakaaluliste ja tasakaaluliste mehhanismidega.

Bibliograafia

Vl. Kartsev “Imeliste inimeste elu. Maxwell". - M., "Noor kaardivägi", 1974.
James Clerk Maxwell. Artiklid ja sõnavõtud. M., "Nauka", 1968.
http://physicsbooks.narod.ru/
http://revolution.allbest.ru/
http://en.wikipedia.org/wiki/
http://www.situation.ru/
http://www.uni-dubna.ru/
http://www.uran.ru/

James Clerk Maxwell (1831–1879) on Šoti valgustusajastu silmapaistev tegelane, kes tegi palju selleks, et ajakohastada keltide pärandit, kes suhtlesid kosmosega värvi ja valguse positsioonilt. Maxwell andis hindamatu panuse iidsete kultuuride mõistmisse. Lisaks on tema elektrodünaamika alased tööd aluseks doktriinile inimteadvuse arendamise ja juhtimise kohta elektromagnetlainete kaudu.

Maxwell lõi valgusteooria kõige olulisema süsteemi, mis oli tol ajal ees ja on ka tänapäeval ees inimese võimest värvi kogeda. Ta tõestas teaduslikult, kui oluline on mõista täpselt kaheksat värvi sageduskarakteristikut, mis määravad meie teadvuse võimalused. Eriti oluline on märkida tema kaheksanda värvi - valge - uuringut, mida ta näitas punase, rohelise ja lilla sageduskarakteristikutest koosneva joonisena. See tähendab, et kolm värvi, mis määravad madalaima, kõrgeima ja keskmise sageduse indikaatori, moodustavad valge.

Tegelikult lõi ta suurepärase värvigeomeetria teooria, mis ei muutunud ühiskonna poolt inimarenguks nõutuks, vaid läks teaduslikule tasandile - töö erinevate sagedusvibratsioonidega. Kuid valge värv on tegelikult võrdhaarne kolmnurk, mille pöörlemiskeskus (see on ka kolme värvi segunemispunkt). Meie keha töötab sarnaselt, kui mõistame seda kolmnurgana (aga seda ainult siis, kui mõistame seda kolmnurgana). Kui loome kehas uuesti sarnase segunemispunkti, saame valgega seotud kõrgeima sagedusreaktsiooni. See ei ole lihtsalt elektromagnetiline efekt, vaid võimalus elada oma vaimu.

Seega muudame oma kehas molekulaarsete sidemete käitumist ja saame magnetvälja vastu seista. Kuid kõige tähtsam on see, et Maxwell näitas selle liikumise progressiivsust, see tähendab kogunemist, kus saate tõestada meie keha ja teadvuse arengu piiritust. Ja tuntud kleebireegel, mida me tehniliselt uurime, kannab endas hoopis teistsugust kontseptuaalset arusaama.

Paraku õpetatakse ja tõlgendatakse Maxwelli suuri teadmisi ikka veel valesti. Kuid siin selgitatakse telje füüsilise seisundi mõistmise või õigemini tajumise võimalust, mis on varustatud spetsiaalse sagedusega elektriliste indikaatoritega.

Selle telje olemasolu võimaldab inimesel nihutada kõiki oma energiaomadusi, luua sisemine "ülaosa", mida, muide, Maxwell tõestas mitte ainult oma värviteooria, vaid ka kassi mahaviskamise kogemuse kaudu ( selle võime maanduda neljale jalale).

Aga miks on värv meie jaoks selles suhtes nii oluline? Sest aju värvireaktsioon on varjutanud kõik muud meie keha reaktsioonid. Õppimata värvi tajuma ja sellele õigesti reageerima, sõltume ikkagi sellest reaktsioonist ja see segab kõiki teisi tajusid. Värv on meie nägemise alus ja nägemus on meie vaimu alus ehk inimvaim toitub eelkõige värvist. Kõige tähtsam on tegeleda kolme värviga – punane, roheline ja lilla (sinine).

On selge, et Maxwell ei süvenenud sellesse, mida ta avaldas, kuid on oluline, et ta sellele viitas, kuna just siin pannakse alus inimharidusele ja tema vaatluskvaliteedi arengule. Mida iganes me teeme, sõltume värvist – nii elukohast kui ka riietest, mida kanname. Ja isegi toidus, mida me sööme. See on tõeline süsteem, millel on füüsilised näitajad ja vastav tugevus. Nii et see suur šotlane ei andnud inimkonnale mitte ainult looduse tundmise võtmeid, vaid selgitas ka tartaani (koerakkude värvimine Šoti perekondades ja organisatsioonides) ideed, šotlaste klannisüsteemi, kus klannide kombinatsioon. areng on varjatud. Tartan on valem, millel on oma sagedusnäitajad.

James Clerk Maxwell (1831-79) - inglise füüsik, klassikalise elektrodünaamika looja, üks statistilise füüsika asutajatest, Cavendishi labori korraldaja ja esimene direktor (alates 1871. aastast), ennustas elektromagnetlainete olemasolu, esitas idee valguse elektromagnetilisest olemusest, kehtestas esimese statistilise seaduse - seaduse tema järgi nime saanud molekulide jaotus kiiruste järgi.

Kui nähtust saab kirjeldada kui mõne üldprintsiibi erijuhtumit, mis on rakendatav teistele nähtustele, siis öeldakse, et see nähtus on saanud seletuse.

Maxwell James Clerk

Michael Faraday ideid arendades lõi ta elektromagnetvälja teooria (Maxwelli võrrandid); tutvustas nihkevoolu mõistet, ennustas elektromagnetlainete olemasolu, esitas idee valguse elektromagnetilisest olemusest. Asutas temanimelise statistilise jaotuse. Uuris gaaside viskoossust, difusiooni ja soojusjuhtivust. Maxwell näitas, et Saturni rõngad koosnevad üksikutest kehadest. Toimetised värvide nägemisest ja kolorimeetriast (Maxwelli ketas), optikast (Maxwelli efekt), elastsuse teooriast (Maxwelli teoreem, Maxwell-Cremona diagramm), termodünaamikast, füüsika ajaloost jne.

Perekond. Aastaid õpinguid

James Maxwell sündis 13. juunil 1831 Edinburghis. Ta oli Šotimaa aadliku ja advokaadi John Clerki ainus poeg, kes, olles pärinud oma sugulase naise, sündinud Maxwelli, pärandvara, lisas selle nime oma perekonnanimele. Pärast poja sündi kolis perekond Lõuna-Šotimaale oma Glenlari kinnistule (“Varjupaik orus”), kus poisi lapsepõlve veetis.

Kõigist hüpoteesidest… vali see, mis ei takista uuritavate asjade üle edasi mõtlemist

Maxwell James Clerk

1841. aastal saatis tema isa Jamesi kooli nimega Edinburgh Academy. Siin kirjutas Maxwell 15-aastaselt oma esimese teadusliku artikli "Ovaalide joonistamisest". 1847. aastal astus ta Edinburghi ülikooli, kus õppis kolm aastat, ja 1850. aastal siirdus Cambridge'i ülikooli, mille lõpetas 1854. Selleks ajaks oli James Maxwell esmaklassiline matemaatik, kellel oli suurepäraselt arenenud füüsiku intuitsioon. .

Cavendishi labori loomine. Õppetöö

Pärast kooli lõpetamist jäeti James Maxwell Cambridge'i õpetajatööle. Aastal 1856 sai ta professuuri Aberdeeni ülikooli (Šotimaa) Marishalli kolledžis. Aastal 1860 valiti ta Londoni Kuningliku Seltsi liikmeks. Samal aastal kolis ta Londonisse, võttes vastu pakkumise asuda Londoni ülikooli King's College'i füüsikaosakonna juhataja ametikohale, kus ta töötas kuni 1865. aastani.

Naastes 1871. aastal Cambridge'i ülikooli, organiseeris Maxwell ja juhtis Suurbritannia esimest füüsikaliste katsete jaoks spetsiaalselt varustatud laboratooriumi, mida tuntakse Cavendishi laborina (inglise teadlase Henry Cavendishi järgi). Selle labori kujunemine, mis 19-20 sajandi vahetusel. kujunes üheks suurimaks maailmateaduse keskuseks, pühendas Maxwell oma viimased eluaastad.

Teadusliku töö üsna korrektseks läbiviimiseks süstemaatiliste katsete ja täpsete demonstratsioonide kaudu on vaja strateegilist kunsti.

Maxwell James Clerk

Üldiselt on Maxwelli elust vähe teada. Häbelik, tagasihoidlik, püüdis elada üksinduses ega pidanud päevikuid. Aastal 1858 James Maxwell abiellus, kuid ilmselt oli pereelu ebaõnnestunud, süvendas tema ebaühtlust ja võõrandas teda endistest sõpradest. Eeldatakse, et 50 aastat pärast tema surma läks 1929. aasta tulekahju ajal tema Glenlari majas kaduma palju olulisi materjale Maxwelli elu kohta. Ta suri 48-aastaselt vähki.

Teaduslik tegevus

Maxwelli ebatavaliselt laiad teaduslikud huvid hõlmasid elektromagnetiliste nähtuste teooriat, gaaside kineetilist teooriat, optikat, elastsuse teooriat ja palju muud. Üks tema esimesi töid oli värvinägemise ja kolorimeetria füsioloogia ja füüsika uurimine, mida alustati 1852. aastal. 1861. aastal sai James Maxwell esimest korda värvilise kujutise, projitseerides ekraanile üheaegselt punaseid, rohelisi ja siniseid lüümikuid. See tõestas kolmekomponendilise nägemisteooria paikapidavust ja tõi välja värvifoto loomise viisid. Maxwell uuris 1857-59 töödes teoreetiliselt Saturni rõngaste stabiilsust ja näitas, et Saturni rõngad saavad olla stabiilsed ainult siis, kui need koosnevad mitteseotud osakestest (kehadest).

1855. aastal alustas D. Maxwell oma peamiste elektrodünaamika alaste tööde tsüklit. Ilmusid artiklid "Faraday jõujoontest" (1855-56), "Füüsikalistest jõujoontest" (1861-62), "Elektromagnetvälja dünaamiline teooria" (1869). Uurimistöö lõpetati kaheköitelise monograafia "Traktaat elektrist ja magnetismist" ilmumisega (1873).

Iga suur mees on ainulaadne. Teadlaste ajaloolises rongkäigus on igaühel neist oma kindel ülesanne ja oma kindel koht.

Maxwell James Clerk

Elektromagnetvälja teooria loomine

Kui James Maxwell 1855. aastal elektri- ja magnetnähtusi uurima hakkas, olid paljud neist juba põhjalikult uuritud: eelkõige kehtestati statsionaarsete elektrilaengute (Coulombi seadus) ja voolude (Ampère’i seadus) vastastikmõju seadused; on tõestatud, et magnetilised vastasmõjud on liikuvate elektrilaengute vastastikmõjud. Enamik tolleaegseid teadlasi uskus, et interaktsioon edastatakse koheselt, otse läbi tühjuse (kaugmaa teooria).

Otsustava pöörde lühimaategevuse teooria poole tegi Michael Faraday 1930. aastatel. 19. sajand Faraday ideede kohaselt tekitab elektrilaeng ümbritsevas ruumis elektrivälja. Ühe laengu väli mõjub teisele ja vastupidi. Voolude interaktsioon toimub magnetvälja abil. Faraday kirjeldas elektri- ja magnetväljade jaotumist ruumis jõujoonte abil, mis tema arvates meenutavad tavalisi elastseid jooni hüpoteetilises keskkonnas - maailmaeetris.

Maxwell nõustus täielikult Faraday ideedega elektromagnetvälja olemasolust, st ruumis toimuvate protsesside reaalsusest laengute ja voolude läheduses. Ta uskus, et keha ei saa toimida seal, kus seda pole.

Esimene asi, mida D.K. Maxwell - andis Faraday ideedele range matemaatilise vormi, mis on füüsikas nii vajalik. Selgus, et välja mõiste kasutuselevõtuga hakati Coulombi ja Ampere'i seadusi kõige täielikumalt, sügavamalt ja graatsiliselt väljendama. Elektromagnetilise induktsiooni fenomenis nägi Maxwell väljade uut omadust: vahelduv magnetväli tekitab tühjas ruumis suletud jõujoontega elektrivälja (nn keeriselektriväli).

Järgmise ja viimase sammu elektromagnetvälja põhiomaduste avastamisel astus Maxwell ilma eksperimentidele tuginemata. Ta tegi hiilgava oletuse, et vahelduv elektriväli tekitab magnetvälja nagu tavaline elektrivool (nihkevoolu hüpotees). 1869. aastaks olid kõik elektromagnetvälja käitumist reguleerivad põhiseadused kehtestatud ja sõnastatud nelja võrrandi süsteemina, mida nimetatakse Maxwelli võrranditeks.

Teaduse tegelik keskpunkt pole mitte teadustööde köited, vaid inimese elav vaim ja teaduse edendamiseks on vaja inimmõtte suunamist teaduskanalisse. Seda saab teha mitmel viisil: avastust välja kuulutades, paradoksaalset ideed kaitstes või teadusliku fraasi väljamõtlemisega või doktriinisüsteemi paika pannes.

Maxwell James Clerk

Maxwelli võrrandid on klassikalise makroskoopilise elektrodünaamika põhivõrrandid, mis kirjeldavad elektromagnetilisi nähtusi suvalises keskkonnas ja vaakumis. Maxwelli võrrandid saadi J. K. Maxwelli poolt 60ndatel. 19. sajand kogemusest leitud elektri- ja magnetnähtuste seaduste üldistamise tulemusena.

Maxwelli võrranditest järgnes põhimõtteline järeldus: elektromagnetiliste vastastikmõjude levikiiruse lõplikkus. See on peamine, mis eristab lühimaategevuse teooriat kaugtegevuse teooriast. Kiirus osutus võrdseks valguse kiirusega vaakumis: 300 000 km/s. Sellest järeldas Maxwell, et valgus on elektromagnetlainete vorm.

Töötab gaaside molekulaar-kineetilise teooriaga

James Maxwelli roll molekulaarkineetilise teooria (tänapäevane nimetus on statistiline mehaanika) väljatöötamisel ja arendamisel on äärmiselt suur. Maxwell oli esimene, kes tegi avalduse loodusseaduste statistilise olemuse kohta. 1866. aastal avastas ta esimese statistilise seaduse – molekulide jaotumise seaduse kiiruste järgi (Maxwelli jaotus). Lisaks arvutas ta välja gaaside viskoossuse väärtused sõltuvalt molekulide kiirustest ja keskmisest vabast teekonnast ning tuletas mitmeid termodünaamilisi seoseid.

Maxwelli jaotus – süsteemi molekulide kiiruste jaotus termodünaamilises tasakaaluseisundis (eeldusel, et molekulide translatsioonilist liikumist kirjeldavad klassikalise mehaanika seadused). Asutatud J. K. Maxwelli poolt 1859. aastal.

Maxwell oli suurepärane teaduse populariseerija. Ta kirjutas hulga artikleid Encyclopædia Britannica jaoks ja populaarseid raamatuid: Theory of Heat (1870), Matter and Motion (1873), Electricity in Elementary Presentation (1881), mis tõlgiti vene keelde; pidas loenguid ja ettekandeid füüsilistel teemadel laiale publikule. Maxwell näitas üles suurt huvi ka teadusajaloo vastu. 1879. aastal avaldas ta G. Cavendishi teosed elektri kohta, pakkudes neile ulatuslikke kommentaare.

Maxwelli töö hindamine

Teadlase töid tema kaasaegsed ei hinnanud. Ideed elektromagnetvälja olemasolust tundusid meelevaldsed ja ebaproduktiivsed. Alles pärast seda, kui Heinrich Hertz tõestas eksperimentaalselt Maxwelli ennustatud elektromagnetlainete olemasolu aastatel 1886–1889, sai tema teooria üldise heakskiidu. See juhtus kümme aastat pärast Maxwelli surma.

Pärast elektromagnetvälja tegelikkuse eksperimentaalset kinnitamist tehti fundamentaalne teaduslik avastus: on olemas erinevat tüüpi ainet ja igaühel neist on oma seadused, mida ei saa taandada Newtoni mehaanika seadustele. Vaevalt aga Maxwell ise sellest selgelt teadlik oli ja algul püüdis ta koostada elektromagnetnähtuste mehaanilisi mudeleid.

Ameerika füüsik Richard Feynman ütles suurepäraselt Maxwelli rolli kohta teaduse arengus: „Inimkonna ajaloos (kui vaadata seda näiteks kümne tuhande aasta pärast) on 19. sajandi kõige olulisem sündmus kahtlemata. Maxwelli elektrodünaamika seaduste avastus. Selle olulise teadusliku avastuse taustal näeb Ameerika kodusõda samal kümnendil välja nagu provintsi juhtum.

James Maxwell suri 5. november 1879, Cambridge. Ta ei ole maetud Inglismaa suurrahva hauakambrisse – Westminster Abbeysse –, vaid tagasihoidlikku hauda oma armastatud kiriku kõrvale Šoti külas, mitte kaugel perekonna kinnistust.

James Clerk Maxwell – tsitaadid

Teadusliku töö üsna korrektseks läbiviimiseks süstemaatiliste katsete ja täpsete demonstratsioonide kaudu on vaja strateegilist oskust.

Vali kõikidest hüpoteesidest see, mis ei takista uuritavate asjade üle edasi mõtlemist.

Teaduse arenguks on igal ajajärgul vaja mitte ainult üldist mõtlemist, vaid ka seda, et nad koondaksid oma mõtted suure teadusvaldkonna sellele osale, mis teatud ajahetkel vajab arengut.

Perekond. Aastaid õpinguid

Cavendishi labori loomine. Õppetöö

Teaduslik tegevus

Elektromagnetvälja teooria loomine

Töötab gaaside molekulaar-kineetilise teooriaga

Maxwelli töö hindamine

Javascript on teie brauseris keelatud.
Arvutuste tegemiseks peavad ActiveX-juhtelemendid olema lubatud!

Osariik: Suurbritannia

Tegevusala: Teadus, füüsika

Suurim saavutus: Temast sai elektrodünaamika rajaja.

Sellest ajast peale, kui teadus avastati kogu inimkonna jaoks, on kõik püüdnud selles midagi uut leida. Ja kirjuta oma nimi ajalukku. Muidugi ei tea humanitaarteaduste armastajad füüsikute, keemikute ja matemaatikute nimesid. Kuid sellegipoolest on mõned isiksused, keda kuulevad kõik, isegi inimesed, kellel pole aimugi, mis on füüsika. James Maxwell on üks selline teadlane, kes jättis jälje matemaatika ja füüsika ajalukku.

James Clerk Maxwell, Šoti füüsik, tuntud oma elektromagnetilise teooria sõnastuse poolest. Enamik kaasaegseid füüsikuid peavad teda 19. sajandi teadlaseks, kellel oli 20. sajandi füüsikale suurim mõju, ning ta on samaväärne Isaac Newtoniga ja tema panuse fundamentaalse olemuse tõttu.

Varasematel aastatel

Tulevane füüsik sündis 13. juunil 1831 Edinburghis. Algne perekonnanimi oli Clerk, täiendava perekonnanime, mille lisas tema isa, kes töötas advokaadina ja päris Middleby pärandvara. James oli ainus laps. Tema vanemad abiellusid neil päevil üsna hilja ja ema oli tema sünni ajal 40-aastane. Poiss veetis oma lapsepõlve Middleby mõisas, mis nimetati ümber Glenlariks.

Tema ema suri 1839. aastal kõhuvähki ja isast sai tema kasvatuse peategelane. Just tänu temale tekkis noorel Jamesil huvi täppisteaduste vastu. Koolis ilmutas ta juba varases nooruses elavat uudishimu ja tal oli fenomenaalne mälu. 1841. aastal saadeti ta Edinburghi akadeemiasse kooli. Teiste õpilaste hulka kuulusid tema tulevane biograaf Lewis Campbell ja tema sõber Peter Guthrie Tate.

Maxwelli huvid ulatusid kooli õppekavast palju kaugemale ja ta ei pööranud eksamitulemustele erilist tähelepanu. Tema esimene teaduslik artikkel, mis avaldati, kui ta oli vaid 14-aastane, kirjeldas üldistatud ovaalsete kõverate seeriat, mida saab tihvtide ja niidiga jälgida sarnaselt ellipsile. See vaimustus geomeetria ja mehaaniliste mudelite vastu jätkus kogu tema karjääri jooksul ja oli suureks abiks tema edasistes uurimistöödes.

16-aastaselt astus ta Edinburghi ülikooli, kus luges ahnelt kõigi ainete raamatuid ja avaldas veel kaks teaduslikku artiklit. Aastal 1850 astus ta Cambridge'i. Pärast kooli lõpetamist pakuti Jamesile õpetajakohta. Sel ajal huvitasid teda elekter ja värvid, millest sai hiljem esimene värviline foto.

James Muskwelli karjäär ja avastused

1854. aastal jätkas ta tööd Trinity kolledžis, kuid kuna isa tervis halvenes, pidi ta Šotimaale tagasi pöörduma. 1856. aastal määrati ta Aberdeeni Marischali kolledži loodusfilosoofia professoriks, kuid seda ametisse nimetamist varjutas kurb uudis isa surmast. Maxwellile oli see suur isiklik kaotus, kuna tal oli isaga lähedane suhe. Juunis 1858 abiellus Maxwell Katherine Dewariga, kes oli selle kolledži direktori tütar, kus ta tööle asus. Abikaasadel lapsi ei olnud, kuid valitsesid usalduslikud suhted ja vastastikune austus.

1860. aastal ühinesid Marischal ja King's College, et moodustada Aberdeeni ülikool. Maxwellil paluti kohalt lahkuda. Ta kandideeris Edinburghi ülikooli ametikohale, kuid ta lükati tagasi oma koolivenna Tate'i kasuks. Pärast tagasilükkamist kolib James Londonisse.

Järgmised viis aastat olid tema karjääri kahtlemata viljakamad. Sel perioodil avaldati kaks tema klassikalist elektromagnetvälja teost ja demonstreeriti tema värvifotograafiat. Maxwell juhtis Briti Teaduse Edendamise Assotsiatsiooni elektriühikute eksperimentaalset määratlemist ning see mõõtmis- ja standardimistöö viis riikliku füüsikalabori loomiseni.

Just Maxwelli elektromagnetismialased uuringud tegid talle nime suurte ajalooteadlaste seas. Maxwell väitis oma traktaadi elektrist ja magnetismist (1873) eessõnas, et tema peamine ülesanne oli Faraday füüsikaliste ideede muutmine matemaatiliseks vormiks. Püüdes illustreerida Faraday induktsiooniseadust (et muutuv magnetväli tekitab indutseeritud elektromagnetvälja), koostas Maxwell mehaanilise mudeli. Ta leidis, et mudel tekitas vastava "nihkevoolu" dielektrilises keskkonnas, mis võib seejärel olla nihkelainete koht. Arvutades nende lainete kiirust, leidis ta, et need on väga lähedased valguse kiirusele.

Maxwelli teooria viitas sellele, et elektromagnetlaineid saab tekitada laboris – seda võimalust demonstreeris esmakordselt Heinrich Hertz aastal 1887, kaheksa aastat pärast Maxwelli surma. Lisaks oma elektromagnetilisele teooriale andis Maxwell suure panuse teistesse füüsikavaldkondadesse. Juba 20-aastaselt demonstreeris ta oma meisterlikkust klassikalises füüsikas, kirjutades essee Saturni rõngastest, milles ta jõudis järeldusele, et rõngad peavad koosnema omavahel mitteseotud ainemassidest – järeldus, mis leidis kinnitust üle 100 aasta hiljem. esimene kosmosesond Voyager, mis jõudis ringplaneedile.

viimased eluaastad

Aastal 1871 valiti Maxwell Cambridge'i Cavendishi kolledži uueks professoriks. Ta asus kavandama kohalikku laborit ja juhtis selle ehitamist. Maxwellil oli vähe õpilasi, kuid nad olid kõrgeima kaliibriga ja nende hulka kuulusid William D. Niven, John Ambrose (hiljem sai Sir John Ambrose), Richard Tetley Glazebrook, John Henry Poynting ja Arthur Schuster.

1879. aasta lihavõttepühade ajal haigestus Maxwell raskelt – see osutus kõhuvähiks. See, millesse ta ema suri. Kuna ta ei saanud endistviisi loengut pidada, naasis ta juunis Glenlare’i, kuid tema seisund ei paranenud. Suur füüsik James Maskwell suri 5. novembril 1879. aastal. Irooniline on see, et Maxwell ei saanud avalikke tunnustusi ja ta maeti vaikselt Šotimaal Partoni küla väikesele kalmistule.