Ученый максвелл что открыл

02.01.202412.12.2022 admin 0 Comments

Джеймс Клерк Максвелл биография и вклад в науку

Считается, что одним из самых важных ученых, которые имели записи, был признан специально для формулировки теории электромагнитного излучения. Его идея заложила основы, на которых строится известное сегодня радио.

Кроме того, этот физик также разработал теории о причине устойчивости колец Сатурна, одной из планет Солнечной системы; он работал с кинетикой газов и, как известно, был первым, кто напечатал цветную фотографию.

Открытия Клерка Максвелла внесли вклад в фундамент современной физики. Многие эксперты в этой области считают его ученым 19-го века, оказавшим наибольшее влияние в области физики ХХ века..

Вклад, который он внес в научную область, считается с той же степенью важности, что и вклад Исаака Ньютона и Альберта Эйнштейна..

биография

Первые годы

Джеймс Клерк Максвелл родился 13 июня 1831 года в Эдинбурге, Шотландия, в семье среднего класса. Он был единственным ребенком в паре, которая вышла замуж в преклонном возрасте; его мать родила его в 40 лет.

Его отец, Джон Клерк Максвелл из Миддлби, известный адвокат, унаследовал свою фамилию от важной семьи того времени. Фамилия Джеймса была синонимом шотландского высшего общества. Фрэнсис Кей была именем ее матери, женщины, которая принадлежала к семье с высоким положением в обществе того времени..

Вскоре после рождения клерка семья переехала в коттедж под названием Glenlair House, который находился в деревне Middlebie и приходе..

Первые исследования

Когда Максвеллу было примерно восемь лет, в 1839 году его мать умерла от рака брюшной полости. После мероприятия Клерк начал получать уроки от репетитора, который утверждал, что у молодого человека были проблемы с обучением из-за количества времени, которое ему потребовалось для запоминания информации..

Тем не менее, клерк Максвелл проявил большое любопытство в раннем возрасте и замечательную способность изучать новые идеи. Вскоре после того, как он начал посещать частные уроки, его тетя отправила его в школу в Эдинбургской академии в 1841 году, где он подружился с людьми, которые отметили его будущее.

Несмотря на его замечательное любопытство к учебе, учебная программа, которую он получил в школе, его не интересовала. По этой причине он начал склоняться к науке до такой степени, что даже опубликовал свою первую статью, касающуюся этой области, когда ему было всего 14 лет..

В эссе Клерк Максвелл описал серию овальных кривых, которые по аналогии можно нарисовать с помощью булавок и нитей, с помощью эллипса. Его интерес к геометрии и механическим моделям продолжался в течение всей его жизни как студента и помог ему в течение его времени как исследователя.

Высшее образование

В 16 лет Джеймс Клерк Максвелл начал учиться в Эдинбургском университете, одном из самых важных в Шотландии. За то время, что он оставался в этом учреждении, он опубликовал две научные статьи своего авторства..

Кроме того, физик посвятил несколько часов дополнительного обучения тем, кого он получил в университете. Он пришел, чтобы экспериментировать с импровизацией химических, электрических и магнитных устройств в доме, где он жил.

Часть этих практик служила для обнаружения фотоупругости (средства, определяющие распределение напряжения в физических структурах).

В 1850 году, когда физику было около 19 лет, он поступил в Кембриджский университет, и его интеллектуальные способности стали признаваться. В институте в Кембридже работал профессор математики Уильям Хопкинс, который считал Максвелла одним из своих самых важных учеников.

Через четыре года после начала обучения в этом учреждении, в 1854 году он был удостоен премии Смита. Эта престижная награда была вручена ему за проведение эссе о оригинальном научном исследовании..

Кроме того, он был выбран, чтобы получить стипендию, и он отказался вернуться в Шотландию, чтобы позаботиться о своем отце, который был в тяжелом состоянии здоровья..

Личная потеря и брак

В 1856 году он был назначен профессором естественной философии в Маришальском колледже, но его отец умер до его назначения, что означало значительную потерю для физика из-за сильных связей, которые связывали его с его отцом..

Ученый был примерно на 15 лет моложе других учителей, преподававших в Маришальском колледже; Тем не менее, это не помешало выработать твердую приверженность занимаемой им должности. Он разработал новые учебные программы и программы конференций со студентами..

Два года спустя, в 1858 году, он женился на Кэтрин Мэри Дьюар, дочери директора Маришальского колледжа. У них никогда не было детей вместе. Спустя годы он был назначен профессором естественной философии в Королевском колледже Лондона, Англия..

Достижения в профессиональной сфере

Следующие пять лет были самыми позитивными в его карьере благодаря научным достижениям, которых он достиг. За это время он опубликовал две статьи, посвященные теме электромагнитного поля, и продемонстрировал цветную фотографию..

Кроме того, он также сделал теоретическую и экспериментальную работу по вязкости газов. Значение, которое он приобрел в научной сфере, сделало его достойным членства в Королевском научном обществе в 1861 году..

С другой стороны, он отвечал за контроль экспериментального определения электрических единиц для Британской ассоциации. Его вклад в области науки привел к созданию Национальной физической лаборатории.

Он также внес важный вклад в теории скорости света, благодаря измерению соотношения электромагнитных и электростатических единиц электричества..

Вклад в науку

В 1865 году физик бросил свою работу в Королевском колледже, чтобы уйти в свое поместье Гленлер. Он совершил несколько поездок в Лондон и Италию, а через несколько лет начал писать трактат об электричестве и магнетизме..

исследование

Исследование Максвелла по электромагнетизму имело такое значение, что ученый стал считаться одним из самых важных в истории.

В Договор об электричестве и магнетизме, которая была опубликована в 1873 году, главной целью было преобразование физических идей Майкла Фарадея в математическую формулу. Он попытался наглядно проиллюстрировать идеи Фарадея.

Исследования, которые он провел в отношении этого закона, позволили ученому сделать важные открытия в области физики, что касается соответствующей информации о скорости света..

Ученый был выбран в 1871 году, чтобы он, как профессор, работал на новой кафедре, которая была открыта в Кембридже. После этого предложения он начал проектировать Кавендишскую лабораторию и руководил ее строительством. Несмотря на то, что в его ведении было мало учеников, у него была группа известных ученых того времени..

смерть

Восемь лет спустя, в 1879 году, Максвелл начал страдать от болезней несколько раз. Вскоре после того, как он вернулся в Гленлэр; однако его здоровье не улучшилось.

Ученый скончался 5 ноября 1879 года после недолгой болезни. Его похороны не имели публичных почестей; был похоронен на небольшом кладбище в Шотландии.

Вклад в науку

электромагнетизм

Исследования, которые Максвелл осуществил по закону индукции Фарадея, который поднял вопрос о том, что магнитное поле может измениться на одно электромагнитное, позволили ему осуществить важные открытия в этой научной области..

Пытаясь проиллюстрировать этот закон, ученый добился построения механической модели, которая породила «ток смещения», который мог бы стать основой поперечных волн..

Физик произвел расчет скорости этих волн и обнаружил, что они очень близки к скорости света. Это привело к теории, предполагающей, что электромагнитные волны могут генерироваться в лаборатории, что было продемонстрировано много лет спустя ученым Генрихом Герцем.

Это исследование, проведенное Максвеллом, позволило на протяжении многих лет создавать радио, которое мы знаем сегодня,.

Факты о кольцах Сатурна

В юности ученого приоритет отдавался объяснению того, почему кольца Сатурна продолжали связно вращаться вокруг планеты..

Исследование Максвелла привело к испытанию под названием Об устойчивости движения колец Сатурна. Разработка этого эссе сделала Максвелла достойной научной премии.

Работа пришла к выводу, что кольца Сатурна должны быть образованы массами материи, которые не были связаны друг с другом. Исследование было присуждено за важный вклад в науку, что означало.

Выводы Максвелла по этому вопросу были подтверждены более 100 лет спустя, в 1980 году, космическим зондом, отправленным на планету. Зонд признан мореплаватель, отправлено НАСА.

Исследование кинетической теории газов

Максвелл был первым ученым, применившим методы вероятности и статистики для описания свойств набора молекул, поэтому он мог продемонстрировать, что скорости молекул газа должны иметь статистическое распределение..

Его распределение было известно вскоре после того, как закон распределения Максвелла-Больцмана. Кроме того, физик исследовал свойства, которые позволяют транспортировать газ, основываясь на изменениях температуры и давления в зависимости от вязкости, теплопроводности и диффузии..

Цветовое зрение

Как и другие ученые того времени, Максвелл проявлял замечательный интерес к психологии, особенно к цветовому зрению.

В течение приблизительно 17 лет, между 1855 и 1872 годами, он опубликовал серию исследований, посвященных восприятию цвета, неспособности увидеть цвета и теории об этой области. Благодаря им он получил медаль за одно из своих эссе, озаглавленное К теории цветового зрения.

Исследования некоторых важных ученых, таких как Исаак Ньютон и Томас Янг, послужили основой для проведения исследований, связанных с этой темой. Однако физик особенно интересовался восприятием цвета в фотографии..

Проведя психологическую работу по восприятию цвета, он определил, что, если сумма трех источников света может воспроизвести любой цвет, воспринимаемый человеком, цветные фотографии могут быть получены с использованием специальных фильтров для достижения этого..

Максвелл предположил, что если фотография была сделана в черно-белом режиме с использованием красного, зеленого и синего фильтров, прозрачные отпечатки изображений можно было проецировать на экран с использованием трех протекторов, оборудованных аналогичными фильтрами..

Результат эксперимента по цветовому зрению

В тот момент, когда Мэйуэлл наложил изображение на экран, он понял, что человеческий глаз воспримет результат как полное воспроизведение всех цветов, которые были на сцене..

Спустя годы, в 1861 году, во время лекции в Королевском институте по теории цвета ученый представил первую в мире демонстрацию об использовании цвета в фотографии. Он использовал результаты своего анализа, чтобы оправдать свои идеи.

Однако результаты эксперимента оказались не такими, как ожидалось, из-за разницы в пигментации между фильтрами, используемыми для добавления цвета.

Несмотря на то, что он не достиг желаемых результатов, его исследования по использованию цвета в фотографии послужили основой для создания цветной фотографии несколько лет спустя..

Источник

Он ввел статистические методы в физику и тем самым создал целую дисциплину под названием статистическая физика, которая и занимается изучением материи.

Заложил основы кинетической теории газов, связав энергию и скорость частицы газа с его макроскопическими свойствами, такими как давление и температура.

Доказал, что кольца Сатурна образованы огромным количеством метеоритов и сделал первую в истории цветную фотографию.

Джеймс создал количественную теорию цвета, в которой показал, как образовать любой оттенок любого цвета на основе трех первичных (зеленого, красного и синего). Это нашло свое подтверждение в ХХ веке или когда мы включаем телевизор.

Но самое главное его детище — электромагнитная теория света. В ней Джеймс в одной формулировке объединил магнетизм, электричество и свет. Однако его коллеги на такой революционный, концептуальный прорыв в науке ответили молчанием. Теория Максвелла была принята лишь в 1888 году, почти через десять лет после его смерти. Фото: Depositphotos

Один из самых острых умов ХIХ века не получил признания в собственной стране. При жизни Максвелл получил мало наград, и это забвение длилось долгое время. В 1960 году, когда Лондонское королевское общество отмечало 300-летие своего создания, королева Елизавета похвалила работу большого числа его членов, однако Максвелл не был упомянут.

После публикации книги «Электрические исследования достопочтенного Генри Кавендиша » Джеймс Максвелл скончался от рака брюшной полости. Это произошло 5 ноября 1879 года. Фото: Depositphotos

Что еще почитать по теме?

Герц — единица частоты колебаний или человек?
Почему из физики была изгнана теория светоносного эфира?
Людвиг Больцман : почему путь к научной славе привел к погружению в депрессию?

Источник

Джеймс Максвелл

английский физик, создатель классической электродинамики

Джеймс Максвелл

Джеймс Клерк Максвелл (англ. James Clerk Maxwell) родился 13 июня 1831 года в Эдинбурге. Обучался в университетах Эдинбурга и Кембриджа. С 1856 по 1860 годы был профессором Абердинского колледжа «Маришал», а с 1860 по 1865 – профессором Лондонского университета.

В 1871 году Максвелл стал профессором Кембриджского университета, где впоследствии создал известную Кавендишскую лабораторию – первую в Британии специально оборудованную физическую лабораторию.

Его первая научная работа появилась еще когда он был учеником в школе – он придумал оригинальный способ чертежа овальных фигур (работа «О черчении овалов и об овалах со многими фокусами»). Основными научными интересами Максвелла были – электромагнетизм, кинетическая теория газов, теория упругости, оптика.

Большую популярность Максвеллу принесла его теория электромагнетизма, которая стала классикой современной физики. Она была выражена в форме уравнений и в научных и образовательных кругах получила название «Уравнения Максвелла».

Помимо всего этого Максвелл был автором следующих изобретений и достижений. Он изобрел волчок, на поверхности которого нанесены слои разной краски – при вращении этого волчка образовывались самые интересные комбинации цветов: красный и желтый давал оранжевый, синий и желтый – зеленый, а все цвета спектра при смешении образовывали белый цвет. Есть и еще один интересный факт – Максвеллу приписывают создание первой в мире цветной фотографии.

Скончался Джеймс Клерк Максвелл 5 ноября 1879 года в Кембридже.

Источник

МАКСВЕЛЛ ДЖЕЙМС КЛЕРК (1831 г. – 1879 г.)

МАКСВЕЛЛ ДЖЕЙМС КЛЕРК

«В истории человечества (если посмотреть на нее, скажем, через десять тысяч лет) самым значительным событием XIX столетия, несомненно, будет открытие Максвеллом законов электродинамики. На фоне этого важного научного открытия Гражданская война в Америке в том же десятилетии будет выглядеть провинциальным происшествием».

Джеймс Клерк Максвелл родился 13 июня 1831 года в Эдинбурге. Его отец, Джон Клерк, был шотландским дворянином. В свое время он получил в наследство поместье жены одного своего родственника, которая в девичестве носила фамилию Максвелл. По распространенной тогда традиции Клерк вместе с поместьем принял и новую фамилию. После рождения Джеймса семья переехала в Южную Шотландию, где поселилась в своем поместье Гленлэр («Приют в долине»). Когда мальчику было 8 лет, его мать умерла. Первоначально родители, весьма, надо сказать, образованные люди, собирались обучать Джеймса дома, но затем отец был вынужден отказаться от этого намерения. В 1841 году Джеймс был отправлен в Эдинбург к тетушке, где начал учебу в школе, носившей гордое название «Эдинбургская академия».

Известно, что в первое время мальчик произвел на одноклассников отнюдь не блестящее впечатление: за застенчивость и некоторую медлительность он даже получил прозвище Тупица. Он не особо интересовался общением со сверстниками и проводил досуг в чтении, черчении каких-то графиков и изготовлении механических моделей. Но вскоре соученики Максвелла были удивлены далеко не средними математическими успехами Тупицы. Да и в других предметах Джеймс был одним из лучших. В неполные 15 лет он написал свою первую научную работу «О черчении эллипсов», в которой описал новый простой способ вычерчивания эллиптических фигур.

В 1847 году Максвелл поступил в Эдинбургский университет, но через три года перешел в кембриджский Тринити-колледж, который и окончил в 1854 году. Джеймс был одним из лучших студентов в обоих заведениях. По кембриджской традиции среди выпускников определяли Старшего Полемиста – студента, сдавшего лучше всех экзамен по математике. Максвелл был признан Вторым Полемистом, но с примечанием, что это звание, в данном случае, может быть приравнено и к Старшему Полемисту. В студенческие годы Джеймс написал несколько прекрасных работ по физике, математике, физиологии и физике цветного зрения.

Получив научную степень, Джеймс Максвелл первое время преподавал в Кембридже. Здесь он и положил начало своим важнейшим изысканиям. Еще студентом Джеймс заинтересовался «Экспериментальными исследованиями по электричеству» Майкла Фарадея. Позже Максвелл писал: «Прежде чем начать изучение электричества, я принял решение не читать никаких математических работ по этому предмету до тщательного прочтения “Экспериментальных исследований по электричеству” Фарадея. Я был осведомлен, что высказывалось мнение о различии между фарадеевским методом понимания явлений и методом математиков, так что ни Фарадей, ни математики не были удовлетворены языком друг друга».

Математики, упомянутые Максвеллом (прежде всего Ампер и Нейман), исходили из концепции дальнодействия, согласно которой взаимное действие тел передается мгновенно на любое расстояние. Это представление противоречило идеям Фарадея об электрическом и магнитном полях. Максвелл попытался преодолеть это противоречие. Результатом стала серия блестящих работ: «О Фарадеевых линиях сил» (1855–1856), «О физических силовых линиях» (1861–1862);

«Динамическая теория электромагнитного поля» (1864). В них молодой ученый пытался математически обосновать и развить идеи Фарадея. Он обобщил полученные эмпирическим путем законы электрических и магнитных явлений и создал теорию электромагнитного поля. Законы электромагнитного поля Максвелл выразил в знаменитых уравнениях, названных в его честь и ставших фундаментальными уравнениями классической электродинамики. Именно работы Джеймса Максвелла окончательно продемонстрировали неразрывную связь между электрическими и магнитными явлениями.

К современному виду – системе четырех дифференциальных уравнений – их независимо друг от друга привели ученые Оливер Хевисайд и Генрих Герц. Опираясь на свои уравнения, Максвелл предсказал существование электромагнитных волн, показал, что скорость их распространения в вакууме равна скорости света, и сделал вывод о том, что свет имеет электромагнитную природу. Эйнштейн так охарактеризовал роль работ Максвелла: «Тут произошел великий перелом, который навсегда связан с именами Фарадея, Максвелла, Герца. Львиная доля в этой революции принадлежит Максвеллу… После Максвелла физическая реальность мыслилась в виде непрерывных, не поддающихся механическому объяснению полей… Это изменение понятия реальности является наиболее глубоким и плодотворным из тех, которые испытала физика со времен Ньютона».

Но вернемся вновь к биографии Джеймса Максвелла. В 1856 году он получил известие о болезни отца, из-за чего ему пришлось покинуть Кембридж и искать новую работу поближе к дому. Он предложил свою кандидатуру на пост профессора физики в Маришал-колледже – одном из колледжей Абердинского университета. В конце апреля ходатайство Максвелла было удовлетворено. По злой иронии судьбы за месяц до этого его отец умер.

В Абердине изучение электромагнитных явлений временно отошло на второй план. Максвелл занимался широким кругом разнообразных научных вопросов, в частности, вернулся к вопросам оптики и физиологии зрения. В 1857 году одним из колледжей Кембриджа был объявлен конкурс на лучшее исследование колец Сатурна. Джеймс выиграл конкурс, написав превосходную работу, в которой, в частности, математически показал, что кольца могут быть устойчивы только в том случае, если они состоят из большого числа не связанных между собой тел.

В 1859 году Максвелл женился на Кэтрин Мэри Дьюар, дочери главы Маришал-колледжа. Сведений о личной жизни ученого сохранилось очень немного. Причиной тому, по большей части, является пожар, произошедший в Гленлэре в 1929 году – как полагают, в огне могли погибнуть материалы, содержащие сведения биографического характера. Кроме того, Максвелл всегда отличался скромностью и застенчивостью. Он вел уединенный образ жизни и не любил говорить о своей семье.

В 1860 году Маришал-колледж объединился с Королевским колледжем, и Максвелл временно остался без места. Но в этом же году он был принят в Лондонское королевское общество и получил приглашение возглавить кафедру физики в Королевском колледже Лондонского университета. Несмотря на то что преподавательская нагрузка на новом месте была значительно больше, чем в Абердине, шесть лет, проведенные Максвеллом в Лондонском университете, стали, пожалуй, самыми плодотворным периодом его жизни. Он занимался не только описанными выше исследованиями электрических и магнитных явлений. Ученый, например, продолжил свои оптические изыскания. В 1861 году Максвелл получил первое в мире цветное изображение, спроецировав на экран красный, зеленый и синий диапозитив. Тем самым была не только доказана трехкомпонентная гипотеза цветного зрения, но и заложена основа для создания в будущем цветной фотографии. Кроме того, ученый создал один из первых приборов для количественного измерения цвета – так называемый диск Максвелла.

Но, конечно же, наибольшее значение имеют работы английского ученого по кинетической теории газов, на которых и следует остановиться подробнее. Осенью 1859 года, еще будучи преподавателем Маришал-колледжа, Максвелл выступил с докладом «Пояснения к динамической теории газов». В нем он впервые привел названное позже его именем распределение молекул по скоростям, позволяющее «определить среднее число частиц, скорости которых лежат в определенных пределах». При этом Максвелл отказался от взглядов Даниила Бернулли и Рудольфа Клаузиуса, считавших, что скорости всех молекул газов при одной температуре одинаковы. Таким образом, Максвелл не только стал одним из основателей молекулярно-кинетической теории газов, но и первым ученым, который ввел в физические исследования элементы статистики. Кинетическая теория, можно сказать, развязала руки Максвеллу и другим физикам. На ее основании ученый объяснил закон Авогадро, рассчитал зависимость вязкости газа от скорости и длины свободного пробега молекул, определил средний размер молекул. В 1866 году Максвелл опубликовал работу «Динамическая теория газов», в которой обобщил свои открытия в данной области. Также важную роль сыграл знаменитый эксперимент с «демоном Максвелла». Находясь в перегородке, разделяющей на две части термически изолированный сосуд, «демон Максвелла» – гипотетическое устройство или существо – пропускает в одну из полостей быстрые или «горячие» молекулы и не пропускает медленные («холодные»). Таким образом, абстрактно можно представить себе условия, при которых ставится под сомнения второе начало термодинамики. В дальнейшем «демон Максвелла» привел Людвига Больцмана к выведению статистической интерпретации второго закона термодинамики.

К 1865 году здоровье Джеймса Максвелла сильно ухудшилось. В связи с этим он оставил кафедру в Лондоне и поселился в своем поместье. Здесь ученый работал над фундаментальным трудом «Трактат по электричеству и магнетизму», который был опубликован в 1873 году. В книге были собраны все сведения по этому вопросу, накопленные научным миром к тому моменту: от самых первых данных до преставлений самого Максвелла и его современников.

В 1871 году Кембриджский университет предложил Максвеллу возглавить кафедру экспериментальной физики. При ней ученый организовал великолепную лабораторию, названную в честь Генри Кавендиша[94] (деньги на строительство лаборатории выделил потомок Кавендиша). Лаборатория была официально открыта 16 июня 1874 года. После Максвелла в разные времена ее возглавляли знаменитейшие физики и химики: Рэлей, Томсон, Резерфорд и другие. В стенах основанной Максвеллом Кавендишской лаборатории было сделано громадное количество открытий мирового значения.

В 1874–1879 годах Джеймс Максвелл работал над рукописями Кавендиша – талантливейшего ученого-экспериментатора, который оставил около двадцати томов записок, опубликовав всего две статьи. Результатом этой работы стала книга «Электрические исследования Генри Кавендиша», которая не только позволила оценить вклад выдающегося ученого в развитие физики и химии, но и заполнила серьезный пробел в истории науки.

Немало сделал Джеймс Максвелл и как популяризатор науки. Его книги «Теория теплоты в элементарной обработке», «Материя и движение» и «Электричество в элементарном изложении» способствовали распространению физических знаний и новых научных идей не только в Англии, но и в других странах.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Онлайн портал alivahotel.ru

Ученый максвелл что открыл

Джеймс Клерк Максвелл биография и вклад в науку