Откритията на Джеймс Максуел във физиката. Пионер на количествената теория на цветовете
Международен университет по природа, общество и човек "Дубна"
Департамент по устойчиво иновативно развитие
ИЗСЛЕДОВАТЕЛСКА РАБОТА
по темата за:
„Принос към науката от Джеймс Клерк Максуел“
Изпълни: Плешкова А.В., гр. 5103
Проверен от: Болшаков Б. Е.
Дубна, 2007 г
Формулите, до които достигаме, трябва да бъдат такива, че представител на всяка нация, замествайки числови стойности на величини, измерени в нейните национални единици вместо символи, да получи правилния резултат.
Дж.С. Максуел
Биография 5
Открития на Дж. С. Максуел 8
Единбург. 1831-1850 8
Детство и ученически години 8
Първо отваряне 9
Единбургски университет 9
Оптико-механични изследвания 9
1850-1856 Кеймбридж 10
Електрически класове 10
Абърдийн 1856-1860 12
Трактат за пръстените на Сатурн 12
Лондон - Гленлер 1860-1871 13
Първа цветна снимка 13
Теория на вероятностите 14
Механичен Максуел Модел 14
Електромагнитни вълни и електромагнитна теория на светлината 15
Кеймбридж 1871-1879 16
Лаборатория Кавендиш 16
Световно признание 17
Измерение 18
Закон за запазване на мощността 22
Списък на използваната литература 23
Въведение
Днес възгледите на J. C. Maxwell, един от най-великите физици на миналото, чието име се свързва с фундаментални научни постижения, включен в златния фонд на съвременната наука. Максуел е интересен за нас като изключителен методолог и историк на науката, който дълбоко разбира сложността и непоследователността на процеса на научно изследване. Анализирайки връзката между теорията и реалността, Максуел възкликна шокиран: „Но кой ще ме отведе в още по-скритата мъглива област, където мисълта е съчетана с факта, където виждаме умствената работа на математика и физическото действие на молекулите в техните истински пропорции? Пътят към тях не минава ли през самото леговище на метафизиците, осеяно с останки от предишни изследователи и всяващо ужас във всеки човек на науката?.. В ежедневната си работа стигаме до въпроси от същия вид като метафизиците, но без да разчитаме на въз основа на вродената проницателност на нашите умове, ние се приближаваме към тях, подготвени чрез дългосрочно адаптиране на нашия начин на мислене към фактите външна природа" (Джеймс Клерк Максуел. Статии и изказвания. М., “Наука”, 1968. С.5).Биография
Роден в семейството на шотландски благородник от благородническо семейство на чиновници. Учи първо в Единбург (1847-1850), след това в Кеймбридж (1850-1854) университети. През 1855 г. той 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. Той продължи да учи наука и написа няколко есета по физика и математика. През 1871 г. той заема катедрата по експериментална физика в университета в Кеймбридж. Той организира изследователска лаборатория, която отваря врати на 16 юни 1874 г. и е наречена Кавендиш в чест на Г. 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 колежа Тринити, той участва в 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. Кеймбриджкият университет обявява конкурс за по-добра работаза 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 Р. Клаузиус, който въвежда концепцията за „ средна дължинасвободно бягане." 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, според който се разпределят грешките на наблюдението в теорията на метода на най-малките квадрати, т.е. в съответствие със статистиката на Гаус“. Като част от своята теория Максуел обяснява закона на Авогадро, дифузията, топлопроводимостта, вътрешното триене (теория на преноса). През 1867 г. той показва статистическата природа на втория закон на термодинамиката („Демонът на Максуел“).
През 1831 г., годината на раждането на Максуел, М. 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 привърженик на идеята за силови линии, които свързват положителни и отрицателни електрически заряди или север и южните полюсимагнит. 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“ (Faraday’s Lines of Force, 1857). 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, тоест 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 3x1010 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, тоест вид електромагнитна вълна. Този последен етап от изследването е очертан в работата на Максуел „Динамичната теория на електромагнитното поле“ (Трактат за електричеството и магнетизма, 1864 г.), а резултатът от работата му по електродинамика е обобщен в известния „Трактат за електричеството и магнетизма“ . (1873)
През последните години от живота си Максуел се занимава с подготовката за печат и публикуването на ръкописното наследство на Кавендиш. Два големи тома са публикувани през октомври 1879 г.
Откритията на Дж. С. Максуел
Единбург. 1831-1850 г
Детство и ученически години
На 13 юни 1831 г. в Единбург, на улица "Индия" номер 14, Франсис Кей, дъщеря на съдия от Единбург, след брака си с г-жа Клерк Максуел ражда син Джеймс. На този ден не се е случило нищо значимо по целия свят, основното събитие от 1831 г. все още не се е случило. Но в продължение на единадесет години брилянтният Фарадей се опитва да разбере тайните на електромагнетизма и едва сега, през лятото на 1831 г., той улови следите на неуловимата електромагнитна индукция, а Джеймс ще бъде само на четири месеца, когато Фарадей обобщава неговият експеримент „да получи електричество от магнетизма“. И така ще се отвори нова ера – ерата на електричеството. Епохата, за която ще живее и твори малкият Джеймс, потомък на славните семейства на шотландските Клерки и Максуел.Бащата на Джеймс, Джон Клерк Максуел, адвокат по професия, мразеше закона и изпитваше неприязън, както самият той каза, към „мръсното адвокатство“. Всеки път, когато се появяваше възможност, Джон спираше безкрайното си бъркане из мраморните вестибюли на съда в Единбург и се посвещаваше на научни експерименти, което правеше непринудено, аматьорски. Той беше аматьор, осъзнаваше това и го прие тежко. Йоан беше влюбен в науката, в учените, в практичните хора, в учения си дядо Георги. Опитите му да проектира мехове, които бяха извършени съвместно с брат му Франсис Кей, го събраха с бъдеща съпруга; сватбата се състоя на 4 октомври 1826 г. Духалото така и не проработи, но се роди син Джеймс.
Когато Джеймс е на осем, майка му умира и той остава да живее с баща си. Детството му е изпълнено с природа, общуване с баща му, книги, истории за близките му, „научни играчки“ и първите му „открития“. Семейството на Джеймс беше загрижено, че той не получава систематично образование: произволно четене на всичко в къщата, уроци по астрономия на верандата на къщата и във всекидневната, където Джеймс и баща му построиха „небесен глобус“. След неуспешен опит да учи с частен учител, от когото Джеймс често бяга при повече вълнуващи дейности, беше решено да го изпрати да учи в Единбург.
Въпреки че се обучава у дома, Джеймс отговаря на високите стандарти на Академията в Единбург и е записан там през ноември 1841 г. Представянето му в класната стая далеч не беше звездно. Той лесно можеше да изпълнява задачи по-добре, но духът на състезание в неприятни дейности му беше дълбоко чужд. След първия учебен ден той не се разбираше със съучениците си и затова повече от всичко друго Джеймс обичаше да бъде сам и да гледа предметите около себе си. Едно от най-ярките събития, което несъмнено разведри скучните училищни дни, беше посещението с баща ми в Кралското дружество в Единбург, където бяха изложени първите „електромагнитни машини“.
Кралското дружество в Единбург промени живота на Джеймс: там той получи първите концепции за пирамидата, куба и други правилни полиедри. Съвършенството на симетрията и естествените трансформации на геометричните тела промениха концепцията на Джеймс за учене - той видя в ученето зрънце красота и съвършенство. Когато дойде времето за изпити, студентите от академията бяха изумени - „глупаците“, както наричаха Максуел, станаха едни от първите.
Първо откритие
Ако по-рано баща му от време на време водеше Джеймс на любимото му забавление - събранията на Кралското дружество в Единбург, сега посещенията в това общество, както и в Единбургското общество на изкуствата, заедно с Джеймс, станаха редовни и задължителни за него. На събранията на Обществото на изкуствата най-известният и привличащ тълпата оратор беше г-н Д.Р. Хей, декоративен художник. Именно неговите лекции подтикват Джеймс да направи първото си голямо откритие - прост инструмент за рисуване на овали. Джеймс откри оригинален и в същото време много прост метод и най-важното - напълно нов. Той описа принципа на своя метод в кратка „реферат“, която беше прочетена в Кралското общество в Единбург - чест, която мнозина са търсили, но която беше присъдена на четиринадесет годишен ученик.Единбургски университет
Оптико-механични изследвания
През 1847 г. обучението в Единбургската академия приключи, Джеймс беше един от първите, оплакванията и тревогите от първите години бяха забравени.След като завършва академията, Джеймс постъпва в Университета в Единбург. В същото време той започва сериозно да се интересува от оптични изследвания. Изявленията на Брустър доведоха Джеймс до идеята, че изучаването на пътя на лъчите може да се използва за определяне на еластичността на среда в различни посоки, за откриване на напрежение в прозрачни материали. По този начин изследването на механичните напрежения може да се сведе до оптично изследване. Два лъча, разделени в напрегнат прозрачен материал, ще взаимодействат, създавайки характерни цветни картини. Джеймс показа, че цветните картини са напълно естествени по природа и могат да се използват за изчисления, за проверка на предишни изведени формули и за извличане на нови. Оказа се, че някои формули са неправилни, неточни или се нуждаят от корекции.
Фигура 1 е картина на напреженията в стела триъгълник, получена от Джеймс с помощта на поляризирана светлина.
Нещо повече, Джеймс успя да открие модели в случаите, когато преди това нищо не можеше да се направи поради математически трудности. Прозрачен и натоварен триъгълник от незакалено стъкло (фиг. 1) даде на Джеймс възможността да изследва напреженията в този изчислим случай.
Деветнадесетгодишният Джеймс Клерк Максуел за първи път застана на подиума на Кралското дружество в Единбург. Неговият доклад не можеше да остане незабелязан: той съдържаше твърде много ново и оригинално.
1850-1856 Кеймбридж
Класове на електричество
Сега никой не поставя под въпрос таланта на Джеймс. Той явно е надраснал университета в Единбург и затова влиза в Кеймбридж през есента на 1850 г. През януари 1854 г. Джеймс завършва с отличие университета с бакалавърска степен. Той решава да остане в Кеймбридж, за да се подготви за професорска длъжност. Сега, когато не е необходимо да се подготвя за изпити, той получава дългоочакваната възможност да прекарва цялото си време в експерименти и да продължи своите изследвания в областта на оптиката. Особено се интересува от въпроса за основните цветове. Първата статия на Максуел се казва "Теорията на цветовете във връзка с цветната слепота" и дори не е статия, а писмо. Максуел го изпрати на д-р Уилсън, който намери писмото за толкова интересно, че се погрижи за публикуването му: той го постави изцяло в книгата си за цветната слепота. И въпреки това Джеймс несъзнателно е привлечен от по-дълбоки тайни, неща много по-неочевидни от смесването на цветовете. Именно електричеството, поради своята интригуваща неразбираемост, неизбежно, рано или късно, трябваше да привлече енергията на младия му ум. Джеймс прие основните принципи на напрежението електричество доста лесно. Изучавайки теорията на Ампер за действието на далечни разстояния, той, въпреки очевидната й неопровержимост, си позволи да се усъмни в нея. Теорията за действие на далечни разстояния изглеждаше несъмнено правилна, т.к се потвърждава от формалното сходство на закони и математически изрази за различни на пръв поглед явления – гравитационно и електрическо взаимодействие. Но тази теория, повече математическа, отколкото физическа, не убеди Джеймс; той беше все по-склонен към възприятието на Фарадей за действие чрез магнитни силови линии, изпълващи пространството, към теорията за действието на къси разстояния.Опитвайки се да създаде теория, Максуел решава да използва метода на физическите аналогии за изследване. На първо място, беше необходимо да се намери правилната аналогия. Максуел винаги се е възхищавал на съществуващата тогава единствена забелязана аналогия между въпросите за привличането на електрически заредени тела и въпросите за преноса на топлина в стационарно състояние. Джеймс постепенно изгражда това, както и идеите на Фарадей за действие на къси разстояния и магнитното действие на Ампер върху затворени проводници, в нова теория, неочаквана и смела.
В Кеймбридж на Джеймс е възложено да преподава най-трудните глави от курсове по хидростатика и оптика на най-способните студенти. Освен това той беше разсеян от електрическите теории от работата върху книга по оптика. Скоро Максуел стига до заключението, че оптиката вече не го интересува както преди, а само го отвлича от изучаването на електромагнитните явления.
Продължавайки да търси аналогия, Джеймс сравнява силовите линии с потока на някаква несвиваема течност. Теорията на тръбите от хидродинамиката направи възможно замяната на силовите линии със силови тръби, което лесно обясни експеримента на Фарадей. Концепциите за съпротивление, явленията на електростатиката, магнитостатиката и електрическия ток лесно и просто се вписват в рамката на теорията на Максуел. Но тази теория все още не се вписваше във феномена на електромагнитната индукция, открит от Фарадей.
Джеймс трябваше да изостави теорията си за известно време поради влошаването на състоянието на баща му, което изискваше грижи. Когато Джеймс се завръща в Кеймбридж след смъртта на баща си, той не успява да получи по-висока магистърска степен поради своята религия. Затова през октомври 1856 г. Джеймс Максуел заема стола в Абърдийн.
Абърдийн 1856-1860
Трактат за пръстените на Сатурн
Именно в Абърдийн е написана първата работа за електричеството - статията "Върху силовите линии на Фарадей", която доведе до обмен на мнения относно електромагнитните явления със самия Фарадей.Когато Джеймс започва обучението си в Абърдийн, в главата му вече е узрял нов проблем, който все още никой не може да реши, нов феномен, който трябва да бъде обяснен. Това бяха пръстените на Сатурн. Да определи физическата им същност, да ги определи от милиони километри, без никакви инструменти, само с хартия и химикал, беше задача сякаш за него. Хипотезата за солиден твърд пръстен изчезна веднага. Течният пръстен ще се разпадне под въздействието на гигантските вълни, възникнали в него - и в резултат на това, според Джеймс Клерк Максуел, най-вероятно ще има множество малки спътници, които витаят около Сатурн - „тухлени фрагменти“, според неговото възприятие . За своя трактат за пръстените на Сатурн Джеймс е удостоен с наградата Адамс през 1857 г., а самият той е признат за един от най-авторитетните английски физици теоретични.
Фиг.2 Сатурн. Снимка, направена с 36-инчов рефрактор в обсерваторията Лик.
Фиг.3 Механични модели, илюстриращи движението на пръстените на Сатурн. Чертежи от есето на Максуел „За стабилността на въртенето на пръстените на Сатурн“
Лондон – Гленлер 1860-1871
Първата цветна снимка
През 1860 г. започва нов етап в живота на Максуел. Назначен е за професор по естествена философия в Кралския колеж, Лондон. King's College изпревари много университети в света по отношение на оборудването на своите физични лаборатории. Тук Максуел не е само през 1864-1865 г. преподава курс по приложна физика, тук той се опита да организира учебния процес по нов начин. Учениците учеха чрез експерименти. В Лондон Джеймс Клерк Максуел за първи път опита плодовете на признанието си за голям учен. За неговите изследвания върху смесването на цветовете и оптиката, Кралското общество награди Максуел с медала на Румфорд. На 17 май 1861 г. на Максуел е предложена високата чест да изнесе лекция пред Кралския институт. Темата на лекцията е „За теорията за трите основни цвята“. На тази лекция, като доказателство за тази теория, за първи път на света беше демонстрирана цветна фотография!Теория на вероятностите
В края на периода на Абърдийн и в началото на периода на Лондон Максуел развива, наред с оптиката и електричеството, ново хоби - теорията за газовете. Работейки върху тази теория, Максуел въвежда във физиката такива понятия като „вероятно“, „това събитие може да се случи с по-голяма степен на вероятност“.Във физиката беше извършена революция и мнозина, които слушаха докладите на Максуел на годишните срещи на Британската асоциация, дори не го забелязаха. От друга страна, Максуел се доближава до границите на механичното разбиране на материята. И той ги прекрачи. Заключението на Максуел за господството на законите на теорията на вероятностите в света на молекулите засяга най-фундаменталните основи на неговия мироглед. Декларацията, че в света на молекулите „случайността царува“, беше, по своята смелост, едно от най-великите подвизи в науката.
Механичният модел на Максуел
Работата в King's College изисква много повече време, отколкото в Aberdeen - курсът на лекции продължава девет месеца в годината. По това време обаче трийсетгодишният Джеймс Клерк Максуел скицира план за бъдещата си книга за електричеството. Това е ембрионът на бъдещия трактат. Той посвещава първите си глави на своите предшественици: Ерстед, Ампер, Фарадей. Опитвайки се да обясни теорията на Фарадей за силовите линии, индукцията на електрически токове и теорията на Ерстед за вихровия характер на магнитните явления, Максуел създава свой собствен механичен модел (фиг. 5).Моделът се състоеше от редици молекулярни вихри, въртящи се в една посока, между които беше поставен слой от малки сферични частици, способни да се въртят. Въпреки тромавостта си, моделът обяснява много електромагнитни явления, включително електромагнитната индукция. Сензационният характер на модела беше, че той обяснява теорията за действието на магнитно поле под прав ъгъл спрямо посоката на тока, формулирана от Максуел („правилото на гимлета“).
Фиг. 4 Максуел елиминира взаимодействието на съседни вихри A и B, въртящи се в една посока, чрез въвеждане на „празен ход“ между тях
Фиг.5 Механичният модел на Максуел за обяснение на електромагнитните явления.
Електромагнитни вълни и електромагнитна теория на светлината
Продължавайки експериментите си с електромагнити, Максуел се доближава до теорията, че всякакви промени в електрическата и магнитната сила изпращат вълни, които се разпространяват в пространството.След поредица от статии „За физическите линии“ Максуел вече разполагаше с целия материал за изграждане на нова теория на електромагнетизма. Сега за теорията на електромагнитното поле. Зъбните колела и вихрите напълно изчезнаха. За Максуел уравненията на полето бяха не по-малко реални и осезаеми от резултатите от лабораторни експерименти. Сега както електромагнитната индукция на Фарадей, така и токът на изместване на Максуел са получени не с помощта на механични модели, а с помощта на математически операции.
Според Фарадей промяната в магнитното поле води до появата на електрическо поле. Вълна в магнитното поле предизвиква вълна в електрическото поле.
Изблик на електрическа вълна поражда изблик на магнитна вълна. Така за първи път от перото на тридесет и три годишен пророк през 1864 г. се появяват електромагнитни вълни, но все още не във формата, в която ги разбираме сега. Максуел говори само за магнитни вълни в статия от 1864 г. Електромагнитна вълна в пълния смисъл на думата, включваща както електрически, така и магнитни смущения, се появява по-късно в статията на Максуел през 1868 г.
В друга статия на Максуел, „Динамичната теория на електромагнитното поле“, очертаната по-рано електромагнитна теория на светлината придобива ясни очертания и доказателства. Въз основа на собствените си изследвания и опита на други учени (най-вече Фарадей), Максуел заключава, че оптичните свойства на средата са свързани с нейните електромагнитни свойства и светлината не е нищо повече от електромагнитни вълни.
През 1865 г. Максуел решава да напусне King's College. Той се установява в семейното си имение Glenmeir, където изучава основните произведения на живота си - „Теорията на топлината“ и „Трактат за електричеството и магнетизма“. Посвещавам цялото си време на тях. Това бяха години на отшелничество, години на пълно откъсване от суетата, служене само на науката, най-плодотворните, светли, творчески години. Въпреки това Максуел отново е привлечен да работи в университета и той приема предложението, направено му от университета в Кеймбридж.
Кеймбридж 1871-1879
Лаборатория Кавендиш
През 1870 г. херцогът на Девъншър обявява пред Сената на университета желанието си да построи и оборудва лаборатория по физика. И трябваше да се оглави от световноизвестен учен. Този учен беше Джеймс Клерк Максуел. През 1871 г. той започва работа по оборудването на известната лаборатория Кавендиш. През тези години най-накрая е публикуван неговият „Трактат за електричеството и магнетизма“. Повече от хиляда страници, където Максуел дава описание на научни експерименти, преглед на всички теории за електричеството и магнетизма, създадени досега, както и „Основните уравнения на електромагнитното поле“. Като цяло в Англия не приемаха основните идеи на Трактата, дори приятелите им не го разбираха. Идеите на Максуел бяха подхванати от млади хора. Теорията на Максуел направи голямо впечатление на руските учени. Всеки знае ролята на Умов, Столетов, Лебедев в развитието и укрепването на теорията на Максуел.16 юни 1874 г. е денят на тържественото откриване на Кавендишката лаборатория. Следващите години бяха белязани от нарастващо признание.
Световно признание
През 1870 г. Максуел е избран за почетен доктор по литература от Единбургския университет, през 1874 г. - за чуждестранен почетен член на Американската академия за изкуства и науки в Бостън, през 1875 г. - за член на Американското философско общество във Филаделфия, а също и става почетен член на академиите в Ню Йорк, Амстердам, Виена. През следващите пет години Максуел прекарва следващите пет години в редактиране и подготовка за публикуване на двадесет комплекта ръкописи на Хенри Кавендиш.През 1877 г. Максуел усеща първите признаци на заболяване и през май 1879 г. изнася последната си лекция пред своите студенти.
Измерение
В своя известен трактат за електричеството и магнетизма (вж. Москва, Наука, 1989 г.) Максуел разглежда проблема с размерността на физическите величини и полага основите на тяхната кинетична система. Особеността на тази система е наличието в нея само на два параметъра: дължина L и време T. Всички известни (и неизвестни днес!) Количества са представени в нея като цели степени на L и T. Дробните показатели, фигуриращи във формулите на размерите на други системи, лишени от физическо съдържание и няма логически смисъл в тази система.В съответствие с изискванията на Дж. Максуел, А. Поанкаре, Н. Бор, А. Айнщайн, В. И. Вернадски, Р. Бартини дадено физическо количество е универсално тогава и само ако връзката му с пространството и времето е яснааз. И въпреки това до трактата на Дж. Максуел „За електричеството и магнетизма“ (1873 г.) връзката между измерението на масата и дължината и времето не е установена.
Тъй като измерението за маса е въведено от Максуел (заедно с обозначението под формата на квадратни скоби), си позволяваме да цитираме откъс от работата на самия Максуел: „Всеки израз за всяка величина се състои от два фактора или компонента. Едно от тях е името на известно количество от същия тип като количеството, което изразяваме. Тя се приема като референтен стандарт. Другият компонент е число, показващо колко пъти трябва да се приложи стандартът, за да се получи изискваната стойност. Референтното стандартно количество се нарича e мерна единица, а съответното число е h и вербално значениена тази стойност."
„ЗА ИЗМЕРВАНЕ НА СТОЙНОСТИ“
1. Всеки израз за всяка величина се състои от два фактора или компонента. Едно от тях е името на известно количество от същия тип като количеството, което изразяваме. Тя се приема като референтен стандарт. Другият компонент е число, показващо колко пъти трябва да се приложи стандартът, за да се получи изискваната стойност. Референтната стандартна стойност се нарича в технологията Мерна единица, а съответното число е числово Значениеот тази стойност.
2. При изграждане математическа системасчитаме основните единици - дължина, време и маса - за дадени и извличаме всички производни единици от тях, като използваме най-простите приемливи определения.
Следователно във всички научни изследвания е много важно да се използват единици, принадлежащи към правилно дефинирана система, както и да се знаят техните взаимоотношения с основните единици, за да могат незабавно да се преведат резултатите от една система в друга.
Познаването на размерите на единиците ни предоставя метод за проверка, който трябва да се прилага към уравнения, получени в резултат на дългосрочни изследвания.
Размерът на всеки от членовете на уравнението спрямо всяка от трите основни единици трябва да бъде еднакъв. Ако това не е така, тогава уравнението е безсмислено, съдържа някаква грешка, тъй като интерпретацията му се оказва различна и зависи от произволната система от единици, която приемаме.
Три основни единици:
(1) ДЪЛЖИНА. Стандартът за дължина, използван в тази страна за научни цели, е футът, който е една трета от стандартния ярд, съхраняван в Министерството на финансите.
Във Франция и други страни, които са приели метричната система, стандартът за дължина е метърът. Теоретично това е една десетмилионна част от дължината на земния меридиан, измерена от полюса до екватора; на практика това е дължината на стандарта, съхраняван в Париж, направен от Борда по такъв начин, че при температурата на топене на леда да съответства на стойността на дължината на меридиана, получена от д'Аламбер. Измерванията, отразяващи нови и по-точни измервания на Земята, не се въвеждат в измервателния уред; напротив, самата меридианна дъга се изчислява в оригиналните метри.
В астрономията единицата дължина понякога се приема за средното разстояние от Земята до Слънцето.
При сегашно състояниенаука, най-универсалният стандарт за дължина, който би могъл да бъде предложен, би била дължината на вълната на светлината от определен тип, излъчвана от някакво широко разпространено вещество (например натрий), което има ясно разпознаваеми линии в своя спектър. Такъв стандарт би бил независим от каквато и да е промяна в размера на земята и трябва да бъде възприет от онези, които се надяват, че техните писания ще се окажат по-трайни от това небесно тяло.
Когато работим с единични размери, ще означаваме единицата за дължина като [ Л]. Ако числената стойност на дължината е l, тогава това се разбира като стойност, изразена чрез определена единица [ Л], така че цялата истинска дължина е представена като l [ Л].
(2) ВРЕМЕ. Във всички цивилизовани страни стандартната единица за време се извежда от периода на въртене на Земята около оста си. Сидеричният ден или истинският период на въртене на Земята може да се установи с голяма точност чрез обикновени астрономически наблюдения, а средният слънчев ден може да се изчисли от звездния ден благодарение на познанията ни за продължителността на годината.
Секундата от средното слънчево време се приема като единица време във всички физически изследвания.
В астрономията единицата време понякога се приема за година. Може да се установи по-универсална единица време, като се вземе периодът на трептене на същата тази светлина, чиято дължина на вълната е равна на единица дължина.
Ще наричаме конкретна единица време като [ T], а числената мярка за време се означава с T.
(3) МАСА. У нас стандартната единица за маса е референтната търговска лира (avoirdupois pound), съхранявана в Министерството на финансите. Често използвано като единица, едно зърно е една 7000-на от паунда.
В метричната система единицата за маса е грам; теоретично това е масата на кубичен сантиметър дестилирана вода при стандартни стойности на температура и налягане, а на практика е една хилядна от стандартния килограм, съхраняван в Париж *.
Но ако, както се прави във френската система, определено вещество, а именно вода, се вземе като еталон за плътност, тогава единицата за маса престава да бъде независима, но се променя като единица за обем, т.е. как [ Л 3]. Ако, както в астрономическата система, единицата за маса се изразява чрез силата на нейното привличане, тогава измерението [ М] се оказва [ Л 3 T-2]".
Максуел показва това масата може да бъде изключена от броя на основните размерни величини. Това се постига чрез две дефиниции на понятието „власт”:
1) 
и 2) .
Приравнявайки тези два израза и разглеждайки гравитационната константа като безразмерна величина, Максуел получава:
, [М] = [Л 3 T 2 ].
Масата се оказа пространствено-времева величина. Неговите размери: сила на звука с ъглово ускорение(или плътност със същото измерение).
Количеството маса започна да удовлетворява изискването за универсалност. Стана възможно да се изразят всички други физически величини в пространствено-времеви единици за измерване.
През 1965 г. в списанието „Доклади на Академията на науките на СССР“ (№ 4) е публикувана статията „Кинематична система от физически величини“ на Р. Бартини. Тези резултати имат изключителна стойност за обсъждания проблем.
Закон за запазване на силата
Лагранж, 1789; Максуел, 1855 г.IN общ изгледЗаконът за запазване на мощността се записва като инвариантност на величината на мощността:
От уравнението на общата мощностн = П + Жот това следва, че полезната мощност и мощността на загубата са проективно обратни и следователно всяка промяна в свободната енергия компенсирани от промени в загубите на мощност под пълен контрол на мощността .
Полученото заключение дава основание да представим закона за запазване на мощността под формата на скаларно уравнение:
Където .
Промяната в активния поток се компенсира от разликата между загубите и печалбите в системата.
По този начин механизмът отворена системапремахва ограниченията на затварянето и по този начин осигурява възможност за по-нататъшно движение на системата. Този механизъм обаче не показва възможни посоки на движение – еволюцията на системите. Следователно тя трябва да бъде допълнена от механизмите на развиващи се и неразвиващи се системи или неравновесни и равновесни.
Библиография
Вл. Карцев „Животът на забележителни хора. Максуел." - М., "Млада гвардия", 1974 г.
Джеймс Клерк Максуел. Статии и речи. М., "Наука", 1968 г.
http://physicsbooks.narod.ru/
http://revolution.allbest.ru/
http://ru.wikipedia.org/wiki/
http://www.situation.ru/
http://www.uni-dubna.ru/
http://www.uran.ru/
Знаеше ли,
какво стана мисловен експеримент gedanken експеримент?
Това е несъществуваща практика, неземно преживяване, въображение за нещо, което всъщност не съществува. Мисловните експерименти са като будни сънища. Те раждат чудовища. За разлика от физическия експеримент, който е експериментална проверка на хипотези, „мисловният експеримент“ магически замества експерименталното тестване с желани заключения, които не са били тествани на практика, манипулирайки логически конструкции, които всъщност нарушават самата логика, като използват недоказани предпоставки като доказани, че е, чрез заместване. По този начин основната задача на кандидатите за „мисловни експерименти“ е да заблудят слушателя или читателя, като заменят истински физически експеримент с неговата „кукла“ - фиктивни разсъждения на условно освобождаване без самата физическа проверка.
Изпълването на физиката с въображаеми, „мисловни експерименти“ доведе до появата на абсурдна, сюрреалистична, объркана картина на света. Истинският изследовател трябва да разграничи такива „опаковки от бонбони“ от реалните ценности.
Релативистите и позитивистите твърдят, че „мисловните експерименти“ са много полезен инструмент за тестване на теории (също възникващи в съзнанието ни) за последователност. С това те заблуждават хората, тъй като всяка проверка може да се извърши само от източник, независим от обекта на проверка. Самият заявител на хипотезата не може да бъде тест за собственото си твърдение, тъй като причината за самото това твърдение е липсата на противоречия в твърдението, видимо за заявителя.
Виждаме това в примера на SRT и GTR, които са се превърнали в уникален тип религия, която управлява науката и обществено мнение. Никакви факти, които им противоречат, не могат да преодолеят формулата на Айнщайн: „Ако един факт не съответства на теорията, променете факта“ (В друга версия „Фактът не отговаря ли на теорията? - толкова по-лошо за факта, “).
Максимумът, за който може да претендира един „мисловен експеримент“, е само вътрешната последователност на хипотезата в рамките на собствената, често по никакъв начин невярна, логика на кандидата. Това не проверява съответствието с практиката. Реална проверка може да се извърши само в реален физически експеримент.
Експериментът си е експеримент, защото не е усъвършенстване на мисълта, а проверка на мисълта. Мисъл, която е самосъгласувана, не може да провери сама себе си. Това е доказано от Курт Гьодел.
състояние:Великобритания
Сфера на дейност:Наука, физика
Най-голямото постижение: Става основател на електродинамиката.
Откакто науката беше отворена за цялото човечество, всеки се опитва да намери нещо ново в нея. И запишете името си в историята. Разбира се, хората, които се интересуват от хуманитарни науки, не знаят имената на физици, химици и математици. Но въпреки това има някои личности, които са на устните на всеки, дори на хора, които нямат представа какво е физика. Джеймс Максуел е един такъв учен, оставил своя отпечатък в историята на математиката и физиката.
Джеймс Клерк Максуел, шотландски физик, най-известен със своята формулировка на електромагнитната теория. Смята се от мнозинството съвременните физицикато учен от 19 век, който предостави най-голямо влияниевърху физиката на 20-ти век и той заема почетно място с Исак Нютон и за фундаменталния характер на неговия принос.
ранните години
Бъдещият физик е роден на 13 юни 1831 г. в Единбург. Първоначалното фамилно име беше Клерк, с допълнително фамилно име, добавено от баща му, който работеше като адвокат и наследи имението Мидълби. Джеймс беше единствено дете. Родителите му се ожениха доста късно за онези времена, а майка му беше на 40 години по време на раждането му. Момчето прекарва детството си в имението Middleby, което е преименувано на Glenlare.
Майка му умира през 1839 г. от рак на корема и баща му става основна фигура в неговото възпитание. Благодарение на него младият Джеймс се заинтересува точни науки. В училище той проявяваше силно любопитство от ранна възраст и имаше феноменална памет. През 1841 г. той е изпратен на училище в Единбургската академия. Други ученици включват бъдещия му биограф Луис Кембъл и неговия приятел Питър Гътри Тейт.
Интересите на Максуел отиват далеч отвъд училищна програма, и не обърна особено внимание на резултатите от изпита. Първата му научна работа, публикувана, когато той е само на 14 години, описва обобщена поредица от овални криви, които могат да бъдат проследени с помощта на карфици и конци, аналогично на елипса. Това увлечение по геометрията и механичните модели продължи през цялата му кариера и беше голяма помощ в следващите му изследвания.
На 16 постъпва в Единбургския университет, където чете ненаситно книги по всички теми и публикува още две научни статии. През 1850 г. постъпва в Кеймбридж. След дипломирането си на Джеймс е предложена преподавателска позиция. По това време той се интересува от електричество и цветове, които по-късно ще бъдат в основата на първата цветна фотография.
Кариера и открития на Джеймс Мусуел
През 1854 г. той продължава да работи в Тринити Колидж, но тъй като здравето на баща му се влошава, той трябва да се върне в Шотландия. През 1856 г. той е назначен за професор по естествена философия в Marischal College, Абърдийн, но това назначение е помрачено от тъжната новина за смъртта на баща му. Това беше голяма лична загуба за Максуел, тъй като той имаше близки отношения с баща си. През юни 1858 г. Максуел се жени за Катрин Дюар, дъщеря на директора на колежа, където започва работа. Двойката нямаше деца, но имаше доверителна връзкаи взаимно уважение.
През 1860 г. Marischal и King's College се сливат, за да образуват Университета на Абърдийн. Максуел беше помолен да напусне поста си. Той кандидатства за позиция в Единбургския университет, но е отхвърлен в полза на неговия приятел от училище Тейт. След отказа Джеймс се премества в Лондон.
Следващите пет години несъмнено са най-плодотворните в кариерата му. През този период две негови класически произведения на електромагнитно поле, и се проведе негова демонстрация на цветна фотография. Максуел ръководи експерименталното определяне на електрически единици за Британската асоциация за напредък на науката и тази работа по измерване и стандартизация доведе до създаването на Националната физическа лаборатория.
Изследванията на Максуел върху електромагнетизма направиха името му сред великите учени в историята. В предговора към своя трактат за електричеството и магнетизма (1873) Максуел заявява, че основната му задача е да трансформира физическите идеи на Фарадей в математическа форма. В опит да илюстрира закона за индукция на Фарадей (че променящото се магнитно поле създава индуцирано електромагнитно поле), Максуел конструира механичен модел. Той откри, че моделът генерира съответен "ток на изместване" в диелектричната среда, която след това може да бъде мястото на напречните вълни. Изчислявайки скоростта на тези вълни, той установи, че те са много близки до скоростта на светлината.
Теорията на Максуел предполага, че електромагнитните вълни могат да бъдат генерирани в лаборатория, възможност, демонстрирана за първи път от Хайнрих Херц през 1887 г., осем години след смъртта на Максуел. В допълнение към своята електромагнитна теория Максуел направи огромен приноскъм други области на физиката. Още на 20-годишна възраст той демонстрира своето майсторство в класическата физика, като написа есе за пръстените на Сатурн, в което заключава, че пръстените трябва да са съставени от маси материя, несвързани една с друга - заключение, което беше потвърдено повече от 100 години по-късно първата космическа сонда "Вояджър", достигнала планетата с пръстени.
последните години от живота
През 1871 г. Максуел е избран за нов професор в колежа Кавендиш, Кеймбридж. Той започва да проектира местната лаборатория и ръководи нейното изграждане. Максуел имаше малко ученици, но те бяха от най-висок калибър и включваха Уилям Д. Нивън, Джон Амброуз (по-късно станал сър Джон Амброуз), Ричард Тетли Глейзбрук, Джон Хенри Пойнтинг и Артър Шустър.
По време на Великден 1879 г. Максуел се разболява сериозно от рак на корема. Това, от което някога е умряла майка му. Тъй като не можеше да изнася лекции както преди, той се върна в Гленлаър през юни, но състоянието му не се подобри. Великият физик Джеймс Мусуел умира на 5 ноември 1879 г. Колкото и да е странно, Максуел не получи публични почести и беше погребан тихо в малко гробище в село Партън, Шотландия.
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.).
Много научни публикации и списания в напоследъкпубликуват 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 имало семейна връзкас шотландското фамилно име Clerks Penicuik. 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. Допълнително обучениесе проведе в аристократично училище, където момчето показа страхотни 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 възможност да представлява един от тях научни трудовесин 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 беше чужд на другите природни науки и той Специално вниманиепосветен на изучаването на философия, история на науката и естетика.
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. Болцман веднъж каза за статията на Максуел, че тази работаима 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). Развитие на лабораторията, превърнала се в истински център научно изследване, Максуел посвети остатъка от живота си.
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 условието движение напредмолекули, описани от законите на класическата динамика.
Максуел имаше много научни трудове, които са публикувани: “Теория на топлината”, “Материя и движение”, “Електричеството в елементарно изложение” и др. 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 водеше активна работавърху 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.
