James Clerk Maxwell (1831-79), físico inglés, creador de la electrodinámica clásica., uno de los fundadores de la física estadística, organizador y primer director (desde 1871) del Laboratorio Cavendish, predijo la existencia ondas electromagnéticas, presentó la idea de la naturaleza electromagnética de la luz, estableció la primera ley estadística: la ley de distribución de moléculas por velocidad, que lleva su nombre.
Desarrollando las ideas de Michael Faraday, creó la teoría del electro campo magnético(ecuaciones de Maxwell); introdujo el concepto de corriente de desplazamiento, predijo la existencia de ondas electromagnéticas, presentó la idea de la naturaleza electromagnética de la luz. Estableció una distribución estadística que lleva su nombre. Investigó la viscosidad, difusión y conductividad térmica de los gases. Maxwell demostró que los anillos de Saturno están compuestos por cuerpos individuales. Actas sobre visión del color y colorimetría (disco de Maxwell), óptica (efecto de Maxwell), teoría de la elasticidad (teorema de Maxwell, diagrama de Maxwell-Cremona), termodinámica, historia de la física, etc.
Una familia. Años de estudio
James Maxwell nació el 13 de junio de 1831 en Edimburgo. Él era hijo único Noble escocés y abogado John Clerk, quien, habiendo heredado la propiedad de la esposa de un pariente, de soltera Maxwell, agregó este nombre a su apellido. Después del nacimiento de su hijo, la familia se mudó al sur de Escocia, a su propia finca Glenlar ("Refugio en el valle"), donde el niño pasó su infancia.
En 1841, su padre envió a James a una escuela llamada Edinburgh Academy. Aquí, a la edad de 15 años, Maxwell escribió su primer artículo científico, "Sobre el dibujo de óvalos". En 1847 ingresó a la Universidad de Edimburgo, donde estudió durante tres años, y en 1850 se trasladó a la Universidad de Cambridge, donde se graduó en 1854. En ese momento, James Maxwell era un matemático de primera clase con excelentes intuición desarrollada física.
Creación del Laboratorio Cavendish. trabajo docente
Después de graduarse, James Maxwell se quedó en Cambridge para trabajar como profesor. En 1856 recibió una cátedra en el Marishall College de la Universidad de Aberdeen (Escocia). En 1860 fue elegido miembro de la Royal Society de Londres. En el mismo año se trasladó a Londres, aceptando una oferta para ocupar el puesto de director del departamento de física del King's College. Universidad de londres donde trabajó hasta 1865.
Al regresar a la Universidad de Cambridge en 1871, Maxwell organizó y dirigió el primer laboratorio especialmente equipado en Gran Bretaña para experimentos físicos, conocido como el Laboratorio Cavendish (en honor al científico inglés Henry Cavendish). La formación de este laboratorio, que a la vuelta de los 19-20 siglos. convertido en uno de los mayores centros de la ciencia mundial, Maxwell dedicó últimos años propia vida.
En general, se sabe poco sobre la vida de Maxwell. Tímido, modesto, se esforzaba por vivir en soledad y no llevaba diarios. James Maxwell se casó en 1858, pero vida familiar, aparentemente, resultó sin éxito, exacerbó su falta de sociabilidad, lo alejó de sus antiguos amigos. Existe la suposición de que muchos materiales importantes sobre la vida de Maxwell se perdieron durante el incendio de 1929 en su casa de Glenlar, 50 años después de su muerte. Murió de cáncer a la edad de 48 años.
Actividad científica
Alcance extraordinariamente amplio intereses científicos Maxwell cubrió la teoría de los fenómenos electromagnéticos, la teoría cinética de los gases, la óptica, la teoría de la elasticidad y mucho más. Uno de sus primeros trabajos fue la investigación sobre la fisiología y la física de la visión del color y la colorimetría, iniciada en 1852. En 1861, James Maxwell obtuvo por primera vez una imagen en color al proyectar transparencias rojas, verdes y azules en una pantalla al mismo tiempo. Esto demostró la validez de la teoría de la visión de los tres componentes y describió formas de crear una fotografía en color. En los trabajos de 1857-59, Maxwell investigó teóricamente la estabilidad de los anillos de Saturno y demostró que los anillos de Saturno pueden ser estables solo si consisten en partículas (cuerpos) no relacionadas.
En 1855, D. Maxwell inició un ciclo de sus principales trabajos sobre electrodinámica. Los artículos "Sobre las líneas de campo de Faraday" (1855-56), "Sobre las líneas de campo físico" (1861-62), "Teoría dinámica campo electromagnetico» (1869). La investigación se completó con la publicación de la monografía de dos volúmenes Tratado sobre electricidad y magnetismo (1873).
Creación de la teoría del campo electromagnético.
Cuando James Maxwell comenzó a investigar los fenómenos eléctricos y magnéticos en 1855, muchos de ellos ya habían sido bien estudiados: en particular, se establecieron las leyes de interacción de cargas eléctricas estacionarias (ley de Coulomb) y corrientes (ley de Ampère); se ha demostrado que las interacciones magnéticas son interacciones de cargas eléctricas en movimiento. Mayoría científicos El tiempo creía que la interacción se transmitía instantáneamente, directamente a través del vacío (teoría de largo alcance).
Michael Faraday dio un giro decisivo hacia la teoría de la acción de corto alcance en la década de 1930. Siglo 19 Según las ideas de Faraday, una carga eléctrica crea un campo eléctrico en el espacio circundante. El campo de una carga actúa sobre otra y viceversa. La interacción de las corrientes se lleva a cabo por medio de un campo magnético. Faraday describió la distribución de los campos eléctricos y magnéticos en el espacio con la ayuda de líneas de fuerza que, en su opinión, se parecen a las líneas elásticas ordinarias en un medio hipotético: el éter mundial.
Maxwell aceptó plenamente las ideas de Faraday sobre la existencia de un campo electromagnético, es decir, sobre la realidad de los procesos en el espacio cerca de cargas y corrientes. Creía que el cuerpo no puede funcionar donde no existe.
Lo primero que D.K. Maxwell- dio a las ideas de Faraday una forma matemática rigurosa, tan necesaria en la física. Resultó que con la introducción del concepto de campo, las leyes de Coulomb y Ampere comenzaron a expresarse de manera más completa, profunda y elegante. En el fenómeno de la inducción electromagnética, Maxwell vio una nueva propiedad de los campos: un campo magnético alterno genera en el espacio vacío un campo eléctrico con líneas de fuerza cerradas (el llamado campo eléctrico de vórtice).
Maxwell dio el siguiente y último paso en el descubrimiento de las propiedades básicas del campo electromagnético sin depender de ningún experimento. Hizo una suposición brillante de que un campo eléctrico alterno genera un campo magnético, como uno ordinario. electricidad(hipótesis sobre la corriente de polarización). Para 1869, todas las leyes básicas que rigen el comportamiento del campo electromagnético se habían establecido y formulado como un sistema de cuatro ecuaciones, llamadas ecuaciones de Maxwell.
Las ecuaciones de Maxwell son las ecuaciones básicas de la electrodinámica macroscópica clásica que describen los fenómenos electromagnéticos en medios arbitrarios y en el vacío. Las ecuaciones de Maxwell fueron obtenidas por J.K. Maxwell en los años 60. Siglo 19 como resultado de la generalización de las leyes de los fenómenos eléctricos y magnéticos encontrados a partir de la experiencia.
De las ecuaciones de Maxwell se desprendió una conclusión fundamental: la finitud de la velocidad de propagación de las interacciones electromagnéticas. Esto es lo principal que distingue la teoría de la acción de corto alcance de la teoría de la acción de largo alcance. La velocidad resultó igual velocidad luz en el vacío: 300.000 km/s. De esto Maxwell concluyó que la luz es una forma de ondas electromagnéticas.
Trabajos sobre la teoría cinético-molecular de los gases.
El papel de James Maxwell en el desarrollo y desarrollo de la teoría cinética molecular (el nombre moderno es mecánica estadística) es extremadamente grande. Maxwell fue el primero en hacer una declaración sobre la naturaleza estadística de las leyes de la naturaleza. En 1866 descubrió la primera ley estadística: la ley de la distribución de moléculas por velocidades (distribución de Maxwell). Además, calculó los valores de la viscosidad de los gases en función de las velocidades y el camino libre medio de las moléculas, y derivó una serie de relaciones termodinámicas.
Distribución de Maxwell: la distribución de las velocidades de las moléculas del sistema en un estado de equilibrio termodinámico (siempre que el movimiento de traslación de las moléculas esté descrito por las leyes de la mecánica clásica). Establecido por J. K. Maxwell en 1859.
Maxwell fue un brillante divulgador de la ciencia. Escribió varios artículos para la Encyclopædia Britannica y libros populares: The Theory of Heat (1870), Matter and Motion (1873), Electricity in Elementary Presentation (1881), que fueron traducidos al ruso; dio conferencias e informes sobre temas de física para una amplia audiencia. Maxwell también mostró un gran interés por la historia de la ciencia. En 1879 publicó los trabajos de G. Cavendish sobre electricidad, dotándolos de amplios comentarios.
Apreciación del trabajo de Maxwell
Los trabajos del científico no fueron apreciados por sus contemporáneos. Las ideas sobre la existencia de un campo electromagnético parecían arbitrarias e improductivas. Solo después de que Heinrich Hertz probara experimentalmente la existencia de las ondas electromagnéticas predichas por Maxwell en 1886-1889, su teoría ganó reconocimiento general. Ocurrió diez años después de la muerte de Maxwell.
Después de la confirmación experimental de la realidad del campo electromagnético, se hizo un descubrimiento científico fundamental: existen diferentes tipos materia, y cada uno de ellos tiene sus propias leyes, no reducibles a las leyes de la mecánica newtoniana. Sin embargo, el propio Maxwell apenas era consciente de ello y en un principio intentó construir modelos mecánicos de los fenómenos electromagnéticos.
El físico estadounidense Richard Feynman dijo excelentemente sobre el papel de Maxwell en el desarrollo de la ciencia: “En la historia de la humanidad (si lo miras, digamos, dentro de diez mil años), el evento más significativo del siglo XIX será, sin duda, el descubrimiento por Maxwell de las leyes de la electrodinámica. En el contexto de este importante descubrimiento científico Guerra civil en Estados Unidos en la misma década parecerá un incidente provinciano.
Falleció James Maxwell 5 de noviembre de 1879, Cambridge. Está enterrado no en la tumba de los grandes personajes de Inglaterra, la Abadía de Westminster, sino en una tumba modesta junto a su amada iglesia en un pueblo escocés, no lejos de la propiedad familiar.
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(1831-1879) Físico inglés, creador de la teoría del campo electromagnético.
James Clerk Maxwell nació en 1831 en el seno de una rica familia noble que pertenecía a la noble y antigua familia escocesa de los Clerks. Su padre, John Clerk, quien adoptó el apellido Maxwell, era abogado. Mostró un gran interés por las ciencias naturales, fue un hombre de diversas inquietudes culturales, viajero, inventor y científico. James pasó su infancia en Glenlar, un pintoresco rincón ubicado a pocas millas del mar de Irlanda.
A James le gustaba mucho reelaborar cosas, mejorar su diseño, hacer manualidades, dibujar, tejer y bordar. Su curiosidad natural y propensión a la contemplación solitaria fueron plenamente comprendidas por su familia, y especialmente por su padre. James llevó la amistad con su padre durante toda su vida y, de adulto, dirá que mayor suerte en la vida - tener padres amables y sabios. El niño perdió a su madre temprano: en 1839 ella murió sin someterse a una operación importante.
En 1841, a la edad de 10 años, James ingresó a la Academia de Edimburgo - secundaria institución educativa tipo de gimnasio clásico. Hasta el quinto grado estudió sin interés especial, duele mucho. En quinto grado, el niño se interesó por la geometría, comenzó a hacer modelos. cuerpos geométricos y proponer sus propios métodos para resolver problemas. En 1846, cuando no tenía ni 15 años, escribió su primera trabajo científico- "Sobre el dibujo de óvalos y sobre óvalos con muchos trucos", publicado posteriormente en las actas de la Royal Society de Edimburgo. Esta obra juvenil abre una colección en dos volúmenes Artículos científicos Maxwell.
En 1847, sin terminar la escuela primaria, ingresó en la Universidad de Edimburgo. En ese momento, James se interesó en los experimentos de óptica, química, magnetismo e hizo mucha física y matemáticas. En 1850 entregó un informe a los miembros de la Royal Society "Sobre el equilibrio de los cuerpos elásticos", en el que demostró un conocido teorema llamado "teorema de Maxwell".
En 1850, James se trasladó a la Universidad de Cambridge, al famoso Trinity College, donde había estudiado Isaac Newton. Papel importante en la formación de la perspectiva científica hombre joven Jugó su comunicación con los científicos de la universidad, principalmente con George Stokes y William Thomson (Kelvin). Un minucioso estudio del trabajo de Michael Faraday sobre la electricidad allanó el camino para su propia investigación.
En 1854, Maxwell se graduó de la Universidad de Cambridge y recibió un segundo premio: el Premio Smith, otorgado por ganar el examen matemático más difícil. Perdió el primer premio ante Raus, el futuro mecánico y matemático famoso. Inmediatamente después de graduarse, comenzó a enseñar en Trinity College. Maxwell da conferencias sobre hidráulica y óptica, e investiga sobre la teoría del color. En 1855, envió un informe "Experimentos en color" a la Royal Society de Edimburgo, desarrollando una teoría de la visión del color. Como testificaron sus contemporáneos, James Maxwell no fue un maestro brillante, pero cumplió con sus deberes pedagógicos con mucha conciencia. Su verdadera pasión era la investigación científica.
En ese momento, había despertado interés en los problemas de la electricidad y el magnetismo, y en 1855-1856 completó su primer trabajo en esta área: "Sobre las líneas de fuerza de Faraday". Ya esboza las principales características de su futura gran obra. Desde 1855, el científico es miembro de la Royal Society of Edinburgh.
En 1856, el profesor J. Maxwell entró a trabajar en el Departamento de Filosofía Natural de la Universidad de Aberdeen en Escocia, donde permaneció hasta 1860. En 1857 envió su artículo sobre electromagnetismo a Michael Faraday, que lo conmovió mucho. Faraday estaba asombrado por la fuerza del talento del joven científico. Durante este período, Maxwell, en paralelo a los problemas del electromagnetismo, fue resolviendo problemas científicos en otras áreas. Participa en el concurso de la Universidad de Cambridge sobre la estabilidad de los anillos de Saturno, y presenta a concurso el trabajo "Sobre la estabilidad de los anillos de Saturno", en el que demuestra que los anillos no son sólidos ni líquidos, sino un enjambre de meteoritos. Este trabajo ha sido llamado una de las grandes aplicaciones de las matemáticas, y el científico recibió un premio Adams honorífico.
James Maxwell es uno de los creadores de la teoría cinética de los gases. En 1859, estableció la ley estadística de la distribución de moléculas de gas en el estado equilibrio termal, en términos de velocidades, llamada distribución de Maxwell.
De 1860 a 1865, Maxwell fue profesor de física en el King's College de la Universidad de Londres. Aquí conoció a su ídolo, Michael Faraday, que ya estaba viejo y enfermo.
La elección de J. Maxwell en 1861 como miembro de la Royal Society de Londres fue un reconocimiento de la importancia de su articulos cientificos, entre los que cabe señalar dos importantes artículos sobre electromagnetismo: "Sobre las líneas físicas de fuerza" (1861-1862) y "Teoría dinámica del campo electromagnético" (1864-1865). A Ultimo trabajo se presenta la teoría del campo electromagnético, que formuló como un sistema de varias ecuaciones: las ecuaciones de Maxwell, que expresan todas las leyes básicas de los fenómenos electromagnéticos. También da una idea de la luz como ondas electromagnéticas.
1 La teoría del campo electromagnético es el mayor logro científico de James Maxwell, marcó el inicio de una nueva etapa en la física. La mayoría de los científicos apreciaron mucho la teoría de Maxwell, quien se convirtió en uno de los físicos más importantes del mundo.
En 1865 tuvo un accidente mientras montaba. Habiendo sufrido una grave enfermedad, abandonó el departamento de la Universidad de Londres y se trasladó a su Glenlar natal, a su finca, donde durante seis años (hasta 1871) continuó investigando sobre la teoría del electromagnetismo y el calor. Los resultados de su trabajo se publicaron en 1871 en The Theory of Heat.
En 1871, a expensas de un descendiente del famoso científico inglés del siglo XVIII, Henry Cavendish, el duque de Cavendish, se estableció el Departamento de Física Experimental en Universidad de Cambridge, cuyo primer profesor fue Maxwell. Junto con la silla, también se hizo cargo del laboratorio, cuya construcción acababa de comenzar bajo su supervisión y guía. Era el futuro y famoso Laboratorio Cavendish -científico y Centro de Investigación que más tarde se hizo famoso en todo el mundo. El 16 de junio de 1874 tuvo lugar la inauguración del Laboratorio Cavendish, que Maxwell dirigió hasta el final de su vida. Posteriormente, estuvo a cargo de J. Rayleigh, D. D. Gomson, E. Rutherford, W. Bragg.
James Maxwell era un excelente jefe del laboratorio y tenía una autoridad incuestionable entre el personal. Se distinguió por una gran sencillez, dulzura y sinceridad en el trato con las personas, siempre fue de principios y activo, apreciado y amado por el humor.
En el Cavendish, Maxwell dirigió un gran grupo científico y trabajo pedagógico. En 1873, se publicó su "Tratado sobre electricidad y magnetismo", que resume su investigación en esta área y se convierte en el pináculo de su creatividad científica. Dedicó ocho años al Tratado y dedicó los últimos cinco años de su vida a procesar y publicar las obras inéditas de Henry Cavendish, que dio nombre al laboratorio. Dos grandes volúmenes Maxwell publicó las obras de Cavendish con sus comentarios en 1879.
Nunca mostró egoísmo y resentimiento, no luchó por la fama y siempre aceptó con calma las críticas que se le dirigieron. Sus compañeros siempre han sido el autocontrol y la resistencia. Incluso cuando cayó gravemente enfermo y experimentó un dolor insoportable, permaneció equilibrado y tranquilo. El científico respondió valientemente a las palabras del médico de que no le quedaba más de un mes de vida.
James Clerk Maxwell murió el 5 de noviembre de 1879 de cáncer a la edad de cuarenta y ocho años. El médico que lo trató escribe en sus memorias que James soportó valientemente la enfermedad. Experimentó un dolor increíble, pero ninguno de los que lo rodeaban lo sabía. Hasta su muerte pensó con claridad y claridad, perfectamente consciente de su muerte inminente y manteniendo una completa calma.
(13.06.1831 - 05.11.1879)
((1831-1879), físico inglés, creador de la electrodinámica clásica, uno de los fundadores de la física estadística. Nacido el 13 de junio de 1831 en Edimburgo en la familia de un noble escocés de una familia noble de Clerks. Estudió primero en Edimburgo (1847-1850), luego en la Universidad de Cambridge (1850-1854). En 1855 se convirtió en miembro del Consejo del Trinity College, en 1856-1860 fue profesor de filosofía natural en Marishall College, Universidad de Aberdeen, desde 1860 dirigió el departamento de física y astronomía en King's College, Universidad de Londres. En 1865, debido a una grave enfermedad, Maxwell renunció a la cátedra y se instaló en la finca de su familia, Glenlar, cerca de Edimburgo. Aquí continuó estudiando ciencias, escribió varios ensayos sobre física y matemáticas.
En 1871, se estableció la cátedra de física experimental en la Universidad de Cambridge, que Maxwell aceptó tomar. Aquí asumió la responsabilidad de organizar un laboratorio de investigación en el departamento, el primer laboratorio físico en Inglaterra. Los fondos para su creación fueron donados por el Duque de Devonshire, Lord Canciller de la Universidad, pero todo el trabajo organizativo se llevó a cabo bajo la supervisión e instrucciones de Maxwell (además, invirtió muchos fondos personales en él). El laboratorio abrió el 16 de junio de 1874 y recibió el nombre de Cavendish, en honor al destacado científico inglés de finales del siglo XVIII. G. Cavendish, de quien el duque era sobrino nieto. El laboratorio se adaptó tanto para trabajos científicos como para demostraciones de conferencias. Posteriormente, se convirtió en una de las más famosas. laboratorios físicos paz.
Durante los últimos años de su vida, Maxwell estuvo ocupado preparando la impresión y publicación del enorme legado de manuscritos de Cavendish: sus escritos teóricos y trabajo experimental en electricidad En octubre de 1879 se publicaron dos grandes volúmenes. Maxwell murió en Cambridge el 5 de noviembre de 1879. Después del funeral en la capilla del Trinity College, fue enterrado en el cementerio familiar en Escocia.
Maxwell completó su primer trabajo científico cuando aún estaba en la escuela: a la edad de 15 años, se le ocurrió una forma sencilla de dibujar formas ovaladas. Este trabajo se informó en una reunión de la Royal Society e incluso se publicó en sus Actas. Como miembro del Trinity College, experimentó con la teoría del color, actuando como sucesor de la teoría de Jung y la teoría de los tres colores primarios de Helmholtz. En sus experimentos sobre la mezcla de colores, Maxwell utilizó una tapa especial, cuyo disco estaba dividido en sectores, coloreados en Colores diferentes("Disco de Maxwell"). Cuando la peonza giraba rápidamente, los colores se fusionaban: si se pintaba el disco de la forma en que se ubican los colores del espectro, parecía blanco; si la mitad estaba pintada de rojo y la otra mitad de amarillo, parecía naranja; mezclar azul y amarillo daba la impresión de verde. Diferentes combinaciones de colores dieron diferentes matices. Algo más tarde, Maxwell demostró con éxito este dispositivo en sus conferencias en la Royal Society. En 1860 recibió la Medalla Rumfoord por su trabajo sobre la percepción del color y la óptica.
En 1857, la Universidad de Cambridge convocó un concurso para mejor trabajo sobre la estabilidad de los anillos de Saturno, en el que Maxwell decidió participar. Estas formaciones fueron descubiertas por Galileo a principios del siglo XVII. y representaba un asombroso misterio de la naturaleza: el planeta parecía estar rodeado por tres anillos concéntricos continuos, constituidos por una sustancia de naturaleza desconocida. Laplace demostró que no pueden ser sólidos. Después de realizar un análisis matemático, Maxwell se convenció de que no podían ser líquidos y llegó a la conclusión de que tal estructura es estable solo si consiste en un enjambre de meteoritos que no están interconectados. La estabilidad de los anillos está asegurada por su atracción hacia Saturno y el movimiento mutuo del planeta y los meteoritos. Por este trabajo, Maxwell recibió el Premio J. Adams e inmediatamente se convirtió en un líder en física matemática.
Uno de los primeros trabajos de Maxwell, quien hizo la contribución más significativa a la ciencia, fue su teoría cinética de los gases. En 1859, hizo una presentación en una reunión de la Asociación Británica, en la que dedujo la distribución de moléculas sobre velocidades (la distribución Maxwelliana). Maxwell desarrolló las ideas de su antecesor en el desarrollo de la teoría cinética de los gases por parte de R. Clausius, quien introdujo el concepto de " longitud media camino libre "(la distancia promedio recorrida por una molécula de gas entre su colisión con otra molécula). Maxwell partió del concepto de un gas como un conjunto de bolas idealmente elásticas que se mueven aleatoriamente en un espacio cerrado y experimentan solo colisiones elásticas. Las bolas (moléculas) se pueden dividir en grupos en términos de velocidades, mientras que en el estado estacionario el número de moléculas en cada grupo permanece constante, aunque pueden entrar y salir de grupos.La teoría del método de los mínimos cuadrados, es decir. de acuerdo con las estadísticas de Gauss". Así que por primera vez en la descripción fenomeno fisico estadísticas ingresadas. Como parte de su teoría, Maxwell explicó la ley de Avogadro, difusión, conducción de calor, fricción interna (teoría de la transferencia).
En 1867 mostró la naturaleza estadística de la segunda ley de la termodinámica ("el demonio de Maxwell"). En 1831, año del nacimiento de Maxwell, M. Faraday llevó a cabo experimentos clásicos que lo llevaron al descubrimiento de la inducción electromagnética. Maxwell comenzó a estudiar la electricidad y el magnetismo unos 20 años después, cuando había dos puntos de vista sobre la naturaleza de los efectos eléctricos y magnéticos. Científicos como AM Ampere y F. Neumann se adhirieron al concepto de acción de largo alcance, considerando las fuerzas electromagnéticas como un análogo de la atracción gravitacional entre dos masas. Faraday era partidario de la idea de líneas de fuerza que conectan positivo y negativo cargas eléctricas o al norte y polos sur imán. Llenan todo el espacio circundante (el campo, en la terminología de Faraday) y determinan las interacciones eléctricas y magnéticas. Maxwell estudió las obras de Faraday con mucho cuidado y casi todos sus vida creativa desarrolló las ideas del campo.
Siguiendo a Faraday, desarrolló un modelo hidrodinámico de líneas de fuerza y expresó las relaciones electrodinámicas entonces conocidas en un lenguaje matemático correspondiente a modelos mecanicos Faraday. Los principales resultados de este estudio se reflejan en el trabajo de Líneas de fuerza de Faraday, enviado a Faraday en 1857. En 1860-1865, Maxwell creó la teoría del campo electromagnético, que formuló como un sistema de ecuaciones (ecuaciones de Maxwell) que describe todas las leyes básicas de los fenómenos electromagnéticos: la 1ª ecuación expresa la inducción electromagnética de Faraday; la 2ª - la inducción magnetoeléctrica descubierta por Maxwell y basada en los conceptos de las corrientes de desplazamiento; la 3ª - la ley de conservación de la cantidad de electricidad; la 4ª - la la naturaleza de vórtice del campo magnético. Continuando con el desarrollo de estas ideas, Maxwell llegó a la conclusión de que cualquier cambio en los campos eléctrico y magnético debe causar cambios en las líneas de fuerza que penetran en el espacio circundante, es decir, debe haber impulsos (u ondas) propagándose en el medio. La velocidad de propagación de estas ondas (perturbación electromagnética) depende de la permeabilidad dieléctrica y magnética del medio y es igual a la relación unidad electromagnética de electricidad a electrostática. Según Maxwell y otros investigadores, esta relación es de 3×1010 cm/s, muy cercana a la velocidad de la luz medida siete años antes por el físico francés A. Fizeau.
En octubre de 1861, Maxwell informó a Faraday sobre su descubrimiento: la luz es una perturbación electromagnética que se propaga en un medio no conductor, es decir, tipo de ondas electromagnéticas. Esta etapa final se reflejó en el trabajo de Maxwell La teoría dinámica del campo electromagnético (Tratado sobre electricidad y magnetismo, 1864), y el famoso Tratado sobre electricidad y magnetismo (1873) resumió su trabajo sobre electrodinámica. El problema experimental y técnico de obtener y utilizar ondas electromagnéticas en un amplio rango espectral, en el que la luz visible representa sólo pequeña parte, fue resuelto con éxito por generaciones posteriores de científicos e ingenieros. Las aplicaciones de la teoría de Maxwell le han dado al mundo todo tipo de comunicaciones por radio, incluidas la radiodifusión y la televisión, el radar y las ayudas a la navegación, y los medios para controlar misiles y satélites. 1831-1879), físico inglés, creador de la electrodinámica clásica, uno de los fundadores de la física estadística.
Maxwell, James Clerk - Matemático y físico inglés de origen escocés. Fundador de la electrodinámica clásica moderna, teoría cinética de los gases. gastó un número investigación importante en termodinámica, física molecular. El creador de la teoría cuantitativa de los colores, sentó las bases de los principios de la fotografía en color.
Biografía
James Clerk Maxwell nació el 13 de junio de 1831 en la capital escocesa de Edimburgo. Padre, John Clerk Maxwell. Era miembro del colegio de abogados, poseía una propiedad en el sur de Escocia. La madre, Frances Kay, era hija de un juez del Tribunal del Almirantazgo.
La madre de James murió cuando él tenía ocho años. Mi padre tuvo que criarse solo. A lo largo de su vida, James conservó sentimientos muy cálidos por su padre, quien realmente siempre lo cuidó.
Cuando llegó el momento de obtener una educación, para James, al principio, los maestros fueron invitados a la casa. Sin embargo, estos maestros eran ignorantes y groseros, y no se pudieron encontrar otros. Por lo tanto, el padre decidió enviar a su hijo a la Academia de Edimburgo.
Al principio, el joven Maxwell desconfiaba bastante de estudiar en la academia, pero gradualmente se involucró. Las lecciones despertaron un interés genuino en él, Atención especial atraído por la geometría. Fue esta ciencia la que se convirtió en la base sobre la cual todo el futuro logros científicos Maxwell.
Maxwell le dio a la academia un himno de despedida, que luego fue cantado con placer por más de una generación de estudiantes. Entonces James ingresa a la Universidad de Edimburgo. Aquí explora la teoría de la elasticidad, los resultados de este trabajo son muy apreciados por los especialistas.
En 1850, Maxwell se fue a Cambridge, a pesar de la insatisfacción de su padre con esta decisión. Estudiando primero en el College of St. Petra, luego se transfiere al Trinity College. Simplemente asombró a los maestros con su conocimiento y obtuvo el segundo lugar en la graduación. Después de recibir una licenciatura, Maxwell permanece en Trinity College para trabajar como maestro. Durante este período, se ocupa del problema de los colores, la geometría, la electricidad. En 1854, en una carta a uno de sus amigos
James anunció su intención de "atacar la electricidad". Esto tuvo éxito: pronto se publicó el trabajo "Sobre las líneas de fuerza de Faraday", uno de los tres trabajos más grandes de Maxwell. mano de obra principal este período de la vida del científico - la creación de una teoría de los colores. Probó experimentalmente cómo se mezclan los colores. Estos estudios formaron más tarde la base de la fotografía en color.
En 1856, Maxwell se convirtió en profesor de filosofía natural en Aberdeen Marischal College. Él, de hecho, creó el Departamento de Física aquí desde cero. En 1858, Maxwell se casó con Catherine Mary Dewar, hija del director del Marischal College.
Durante este período, el científico se dedica al cálculo del movimiento de los anillos de Saturno, publica un tratado "Sobre la estabilidad del movimiento de los anillos de Saturno". Esta obra más tarde se convirtió en un clásico.
Luego Maxwell se enfoca en la teoría cinética de los gases. En junio de 1860, hace un informe sobre este tema en la reunión de la Asociación Británica en Oxford.
En el mismo 1860, Maxwell tuvo que despedirse de su cátedra en Marischal College. Poco tiempo después, fue invitado a King's College como profesor en el Departamento de Filosofía Natural.
El 17 de mayo de 1861, un científico demostró la primera del mundo fotografía en color. Cien años más tarde, la compañía Kodak demostró que Maxwell tuvo suerte en ese momento: era imposible obtener una imagen verde y roja con su método, estos colores se formaron por casualidad. Sin embargo, los principios seguían siendo correctos, aunque con pequeños errores.
Después de eso, Maxwell se enfoca en el estudio del electromagnetismo. Se publican los trabajos "Sobre líneas físicas de fuerza" y "Teoría dinámica del campo electromagnético". Desde ese momento hasta el final de su vida, el científico trabajó en los problemas de las mediciones eléctricas.
En 1865, la salud de Maxwell se deterioró y en el próximo año deja Londres para su finca Glenlar. En 1867 viajó a Italia para mejorar su salud. Durante este período se publicaron los libros The Theory of Heat y The Theory of Heat.
En 1871, Maxwell se convirtió en profesor en la Universidad de Cambridge. Dos años más tarde, el científico completa el trabajo de su vida: el Tratado sobre electricidad y magnetismo en dos volúmenes. Luego vinieron los libros "Materia y Movimiento",
De 1874 a 1879, Maxwell procesó las obras de Henry Cavendish, que le fueron entregadas solemnemente por el duque de Devonshire.
En ese momento, su salud se estaba deteriorando. Pronto le diagnosticaron cáncer. El 5 de noviembre de 1879 murió James Clerk Maxwell. Su cuerpo fue enterrado en el pueblo de Parton, junto a sus padres.
Principales logros de Maxwell
- Durante la vida de Maxwell, muchas de sus obras no fueron debidamente apreciadas, pero luego, en la historia de la ciencia, su obra ocupó el lugar que le corresponde.
- La investigación en el campo de la teoría del campo electromagnético se convirtió en la base de la idea de un campo en la física del siglo XX. Esto fue señalado por muchos científicos, incluidos Leopold Infeld, Albert Einstein, Rudolf Peierls.
- Contribución a la teoría cinético-molecular.
- Desarrollo de métodos estadísticos que contribuyeron al desarrollo de la mecánica estadística. Introdujo el término "mecánica estadística".
- Creación de la teoría de los colores. Teoría electromagnética de la luz.
- Desarrollo de la teoría dinámica de los gases.
Fechas importantes en la biografía de Maxwell
- 13 de junio de 1831 - en Edimburgo.
- 1841 - admisión a la Academia de Edimburgo.
- 1846: el primer trabajo científico "Sobre las propiedades de los óvalos y las curvas con muchos focos".
- 1847 - admisión a la Universidad de Edimburgo.
- 1850 - informe "Sobre el equilibrio de los cuerpos elásticos". Admisión a la Universidad de Cambridge.
- 1854 - graduación de la universidad. Comienzo de la cátedra.
- 1856 - la muerte de su padre. Maxwell se convierte en miembro de la Royal Society of Edinburgh.
- 1857 - el trabajo "Sobre las líneas de fuerza de Faraday".
- 1858 - se casa con Catalina María Dewar.
- 1859 - el primer artículo sobre la teoría cinética de los gases.
- 1860 - profesor de física en la Universidad de Londres.
- 1860 - Recibe la Medalla Rumfoord por sus investigaciones sobre óptica y colores.
- 1861 - primera fotografía en color del mundo.
- 1861-1864 - publicación de los trabajos "Teoría dinámica del campo electromagnético", "Sobre las líneas físicas de fuerzas".
- 1865 Mudanza a Glenlare.
- 1867 - un viaje a Italia.
- 1871 - profesor de física experimental en la Universidad de Cambridge.
- 1873 - publicación de las obras "Materia y movimiento", "Tratado sobre electricidad y magnetismo".
- 1874 - el comienzo del Laboratorio Cavendish.
- 1878-1879 - publicación de artículos "Sobre las tensiones que surgen en los gases enrarecidos debido a la desigualdad de temperatura", "Análisis armónico".
- 5 de noviembre de 1879: James Clerk Maxwell muere en su casa de Cambridge.
- El único detalle del relieve de Venus, denominado nombre masculino- La cordillera de James Maxwell.
- En la escuela, Maxwell sabía muy poco de aritmética.
- Después de recibir un mensaje sobre la asistencia obligatoria al culto en la Universidad de Cambridge, dijo: "Solo me voy a la cama a esta hora".
- Le gustaba interpretar canciones escocesas, acompañándose con la guitarra.
- A la edad de ocho años, podía citar casi cualquier versículo del Libro de los Salmos.
Biografía
Nacido en la familia de un noble escocés de una familia noble de Clerks (Clerks).
Estudió primero en la Academia de Edimburgo, la Universidad de Edimburgo (1847-1850), luego en la Universidad de Cambridge (1850-1854) (Peterhouse y Trinity College).
Actividad científica
Maxwell completó su primer trabajo científico cuando aún estaba en la escuela, habiendo ideado una forma simple de dibujar formas ovaladas. Este trabajo se informó en una reunión de la Royal Society e incluso se publicó en sus Actas. Cuando era miembro de la junta del Trinity College, participó en experimentos sobre la teoría del color, hablando como sucesor de la teoría de Jung y la teoría de los tres colores primarios de Helmholtz. En los experimentos sobre la mezcla de colores, Maxwell utilizó una tapa especial, cuyo disco estaba dividido en sectores pintados en diferentes colores (disco de Maxwell). Cuando la peonza giraba rápidamente, los colores se fusionaban: si se pintaba el disco de la forma en que se ubican los colores del espectro, parecía blanco; si la mitad estaba pintada de rojo y la otra mitad de amarillo, parecía naranja; mezclar azul y amarillo daba la impresión de verde. En 1860, Maxwell recibió la Medalla Rumfoord por su trabajo sobre la percepción del color y la óptica.
Uno de los primeros trabajos de Maxwell fue su teoría cinética de los gases. En 1859, el científico hizo una presentación en una reunión de la Asociación Británica, en la que dio la distribución de moléculas por velocidades (distribución Maxwelliana). Maxwell desarrolló las ideas de su predecesor en el desarrollo de la teoría cinética de los gases R. Clausius, quien introdujo el concepto de "recorrido libre medio medio". Maxwell partió de la idea de un gas como un conjunto de bolas perfectamente elásticas que se mueven al azar en un espacio cerrado. Las bolas (moléculas) se pueden dividir en grupos según sus velocidades, mientras que en el estado estacionario el número de moléculas en cada grupo permanece constante, aunque pueden salir de los grupos y entrar en ellos. De tal consideración se siguió que "las partículas se distribuyen sobre velocidades de acuerdo con la misma ley que los errores de observación se distribuyen en la teoría del método de los mínimos cuadrados, es decir, de acuerdo con la estadística gaussiana". Como parte de su teoría, Maxwell explicó la ley de Avogadro, difusión, conducción de calor, fricción interna (teoría del transporte). En 1867 mostró la naturaleza estadística de la segunda ley de la termodinámica ("el demonio de Maxwell").
En 1831, año del nacimiento de Maxwell, M. Faraday llevó a cabo los experimentos clásicos que le llevaron al descubrimiento de la inducción electromagnética. Maxwell comenzó a estudiar la electricidad y el magnetismo unos 20 años después, cuando había dos puntos de vista sobre la naturaleza de los efectos eléctricos y magnéticos. Científicos como A. M. Ampere y F. Neumann se adhirieron al concepto de acción de largo alcance, considerando las fuerzas electromagnéticas como un análogo de la atracción gravitacional entre dos masas. Faraday fue partidario de la idea de líneas de fuerza que conectan cargas eléctricas positivas y negativas, o los polos norte y sur de un imán. Las líneas de fuerza llenan todo el espacio circundante (campo, en la terminología de Faraday) y determinan las interacciones eléctricas y magnéticas. Siguiendo a Faraday, Maxwell desarrolló un modelo hidrodinámico de líneas de fuerza y expresó las relaciones electrodinámicas entonces conocidas en un lenguaje matemático correspondiente a los modelos mecánicos de Faraday. Los principales resultados de este estudio se reflejan en el trabajo "Líneas de fuerza de Faraday" ( Líneas de fuerza de Faraday, 1857). En 1860-1865, Maxwell creó la teoría del campo electromagnético, que formuló como un sistema de ecuaciones (ecuaciones de Maxwell) que describen las leyes básicas de los fenómenos electromagnéticos: la primera ecuación expresaba la inducción electromagnética de Faraday; 2º - inducción magnetoeléctrica, descubierta por Maxwell y basada en los conceptos de corrientes de desplazamiento; 3º - la ley de conservación de la cantidad de energía eléctrica; 4º - Naturaleza vorticial del campo magnético.
Continuando con el desarrollo de estas ideas, Maxwell llegó a la conclusión de que cualquier cambio en los campos eléctrico y magnético debe provocar cambios en las líneas de fuerza que penetran en el espacio circundante, es decir, debe haber impulsos (u ondas) propagándose en el medio. La velocidad de propagación de estas ondas (perturbación electromagnética) depende de la permeabilidad dieléctrica y magnética del medio y es igual a la relación de la unidad electromagnética a la unidad electrostática. Según Maxwell y otros investigadores, esta relación es de 3,4 * 10 10 cm/s, que se acerca a la velocidad de la luz, medida siete años antes por el físico francés A. Fizeau. En octubre de 1861, Maxwell informó a Faraday de su descubrimiento de que la luz es una perturbación electromagnética que se propaga en un medio no conductor, es decir, una especie de ondas electromagnéticas. Esta etapa final de investigación se establece en el trabajo de Maxwell sobre la teoría dinámica del campo electromagnético (Tratado sobre electricidad y magnetismo, 1864), y el famoso Tratado sobre electricidad y magnetismo (1873) resumió su trabajo sobre electrodinámica.
La teoría del campo electromagnético y, en particular, la conclusión a partir de ella sobre la existencia de ondas electromagnéticas durante la vida de Maxwell siguieron siendo disposiciones puramente teóricas que no tenían ninguna confirmación experimental y, a menudo, los contemporáneos las percibían como un "juego mental". . en 1887 El físico alemán Heinrich Hertz montó un experimento que confirmó plenamente las conclusiones teóricas de Maxwell.
Los últimos años de su vida, Maxwell se dedicó a preparar la impresión y publicación del patrimonio manuscrito de Cavendish. Dos grandes volúmenes aparecieron en octubre de 1879.
