Krátká biografie Jamese Maxwella. Biografie Jamese Maxwella Post na James Clerk Maxwell

"Neexistuje přirozenější touha než touha po vědění." - M. Montaigne

MAXWELL, James Clerk (1831-1879)- vynikající anglický fyzik. Jeho nejpozoruhodnější výzkumy se týkají kinetické teorie plynů a elektřiny; je tvůrcem teorie elektromagnetického pole a elektromagnetické teorie světla.

Podle průzkumu, který mezi vědci provedl časopis Physicist World, byl fyzik James Clerk Maxwell mezi prvními třemi jmenovanými: Maxwell, Newton, Einstein.

Jeho vášeň pro výzkum a získávání nových znalostí bylo neomezené. Od mládí se Maxwell rozhodl věnovat fyzice. Jeho mentor Hopkins napsal: „Byl to nejneobyčejnější muž, jakého jsem kdy viděl.

Byl organicky neschopný uvažovat o fyzice nesprávně. Vychoval jsem ho jako velkého génia se všemi jeho výstřednostmi a proroctvím, že jednoho dne zazáří ve fyzice – s proroctvím, se kterým jeho spolužáci rozhodně souhlasili.“

Jednou si profesor při zkoušce pro postgraduální studenty dal za cíl vyřadit co nejvíce studentů a dal problémy, které podle něj byly neřešitelné. Maxwell se však s tímto úkolem vyrovnal!

Takto Maxwell objevil slavné distribuce rychlosti molekul v plynu, později pojmenovaný po něm (Maxwellova distribuce), v letech jeho studií.

Od roku 1871 se Maxwell stal profesorem na Cambridgeské univerzitě.

V roce 1873 napsal Maxwell dvousvazkový základ „Pojednání o elektřině a magnetismu“ ve kterém byla formulována slavná Maxwellova teorie elektromagnetického pole.

Maxwell dokázal vyjádřit zákony elektromagnetického pole ve formě soustavy 4 parciálních diferenciálních rovnic ( Maxwellovy rovnice), z nichž vycházela existence elektromagnetických vln, získala Maxwellova teorie elektromagnetismu experimentální potvrzení a stala se obecně uznávaným klasickým základem moderní fyziky.

Četné to koníčky v jiných oborech fyziky byly také velmi plodné: vynalezl top, jehož povrch, malovaný v různých barvách, tvořil při otáčení nejneočekávanější kombinace. Když se posunula červená a žlutá, získala se barva oranžová, modrá a žlutá - zelená, když byly smíchány všechny barvy spektra, získala se bílá barva - akce je opačná než působení hranolu - „Maxwellův disk“; našel termodynamický paradox, který pronásledoval fyziky po mnoho let – „Maxwellův ďábel“; zavedl do kinetické teorie „Maxwellovo rozdělení“ a „Maxwell-Boltzmannovu statistiku“; je "Maxwellovo číslo".

Kromě toho napsal elegantní studii stability prstenců Saturnu, za kterou získal akademickou medaili a po které se stal „uznávaným vůdcem matematických fyziků“ Maxwell vytvořil mnoho malých mistrovských děl v široké škále oborů - od první barevné fotografie na světě až po vývoj metody radikálního odstranění tukových skvrn z oblečení

Maxwell napsal řadu článků pro Encyclopedia Britannica, oblíbené knihy:„Teorie tepla“, „Hmota a pohyb“, „Elektřina v elementární prezentaci“, přeloženo do ruštiny.

Je zajímavé, že jednou z forem zápisu druhého termodynamického zákona je: dp/dt = JCM. Levá strana tohoto vzorce byla často nalezena v Maxwellových dílech, které byly daleko od fyziky, jako podpis!

Ale hlavní vzpomínkou na Maxwella, pravděpodobně jediného člověka v historii vědy, na jehož počest existuje tolik jmen, jsou „Maxwellovy rovnice“, „Maxwellova elektrodynamika“, „Maxwellovo pravidlo“, „Maxwellův proud“ a nakonec Magnetický tok jednotky Maxwell v systému CGS.

Věděl jsi?

O nakloněné rovině

Galileo při studiu kutálení míče „z kopce do kopce“ navrhl, že v moderních termínech rychlost získaná během sestupu nezávisí na tvaru dráhy, po které se tělo pohybuje. Galileo přirozeně nevěděl, že tato situace vyplývá ze zákona zachování energie, ale tento zákon předvídal a aplikoval jej v nejjednodušších případech pádu tělesa nebo pohybu po nakloněné rovině a při pokusech s kyvadlem.

(13.06.1831 - 05.11.1879)

((1831-1879), anglický fyzik, tvůrce klasické elektrodynamiky, jeden ze zakladatelů statistické fyziky. Narozen 13. června 1831 v Edinburghu v rodině skotského šlechtice ze šlechtického rodu Clerks. Studoval nejprve v Edinburghu (1847-1850), poté na Cambridge (1850-1854) University. V roce 1855 se stal členem rady Trinity College, v letech 1856-1860 byl profesorem přírodní filozofie na Marischal College, University of Aberdeen, a od roku 1860 vedl katedru fyziky a astronomie na King's College, University of London. V roce 1865, kvůli vážné nemoci, Maxwell odstoupil z křesla a usadil se na svém rodinném panství Glenlare poblíž Edinburghu. Zde pokračoval ve studiu přírodních věd a napsal několik esejů o fyzice a matematice.

V roce 1871 byla na univerzitě v Cambridge zřízena katedra experimentální fyziky, jejíž obsazení Maxwell souhlasil. Zde na sebe vzal břímě organizace výzkumné laboratoře na katedře, první fyzikální laboratoře v Anglii. Prostředky na její vytvoření věnoval vévoda z Devonshire, lord kancléř univerzity, ale veškeré organizační práce probíhaly pod dohledem a pokyny Maxwella (navíc do toho investoval spoustu osobních prostředků). Laboratoř byla otevřena 16. června 1874 a byla pojmenována Cavendish – na počest pozoruhodného anglického vědce konce 18. století. G. Cavendish, kterému byl vévoda prasynovcem. Laboratoř byla přizpůsobena jak pro vědeckou práci, tak pro přednáškové demonstrace. Následně se stala jednou z nejznámějších fyzikálních laboratoří na světě.

V posledních letech svého života strávil Maxwell spoustu času přípravami na tisk a publikováním Cavendishova obrovského ručně psaného dědictví – jeho teoretických a experimentálních prací o elektřině. Dva velké svazky byly vydány v říjnu 1879. Maxwell zemřel v Cambridge 5. listopadu 1879. Po pohřební službě v kapli Trinity College byl pohřben na rodinném hřbitově ve Skotsku.

Maxwell dokončil svou první vědeckou práci ještě na škole: v 15 letech přišel na jednoduchý způsob, jak kreslit oválné tvary. Tato práce byla ohlášena na zasedání Královské společnosti a dokonce publikována v jejím Proceedings. Jako kolega na Trinity College experimentoval s teorií barev a působil jako pokračovatel Jungovy teorie a Helmholtzovy teorie tří základních barev. Ve svých experimentech s mícháním barev Maxwell používal speciální vršek, jehož disk byl rozdělen na sektory natřené různými barvami („Maxwellův disk“). Když se vršek rychle otáčel, barvy se spojily: ​​pokud byl disk namalován stejným způsobem jako barvy spektra, vypadal jako bílý; byla-li jedna polovina natřena červeně a druhá žlutě, vypadala oranžově; smícháním modré a žluté vznikl dojem zelené. Různé kombinace barev produkovaly různé odstíny. O něco později Maxwell úspěšně demonstroval toto zařízení na svých přednáškách v Royal Society. V roce 1860 mu byla udělena Rumfordova medaile za práci v oblasti vnímání barev a optiky.

V roce 1857 vyhlásila Cambridgeská univerzita soutěž o nejlepší práci o stabilitě Saturnových prstenců, které se Maxwell rozhodl zúčastnit. Tyto útvary objevil Galileo na počátku 17. století. a představoval úžasnou záhadu přírody: zdálo se, že planeta je obklopena třemi souvislými soustřednými prstenci, které se skládají z látky neznámé povahy. Laplace dokázal, že nemohou být pevné. Po provedení matematické analýzy byl Maxwell přesvědčen, že nemohou být kapalné, a dospěl k závěru, že taková struktura je stabilní pouze tehdy, pokud se skládá z roje nepříbuzných meteoritů. Stabilita prstenců je zajištěna jejich přitažlivostí k Saturnu a vzájemným pohybem planety a meteoritů. Za tuto práci obdržel Maxwell cenu J. Adamse a okamžitě se stal lídrem v matematické fyzice.

Jednou z prvních Maxwellových prací, která nejvíce přispěla vědě, byla jeho kinetická teorie plynů. V roce 1859 přednesl na schůzi Britské asociace zprávu, ve které odvodil rozložení molekul podle rychlosti (Maxwellova distribuce). Maxwell rozvinul myšlenky svého předchůdce ve vývoji kinetické teorie plynů R. Clausiem, který zavedl koncept „střední volné dráhy“ (průměrná vzdálenost, kterou urazí molekula plynu mezi její srážkou s jinou molekulou). Maxwell vycházel z myšlenky plynu jako souboru mnoha ideálně pružných kuliček, které se chaoticky pohybují v uzavřeném prostoru a podstupují pouze elastické srážky. Kuličky (molekuly) mohou být rozděleny do skupin podle rychlosti, zatímco ve stacionárním stavu zůstává počet molekul v každé skupině konstantní, i když mohou opouštět a vstupovat do skupin. Z této úvahy vyplynulo, že „částice jsou distribuovány rychlostí podle stejného zákona, podle kterého se rozdělují pozorovací chyby v teorii metody nejmenších čtverců, tedy v souladu s Gaussovou statistikou“. Statistika tak poprvé vstoupila do popisu fyzikálních jevů. Maxwell v rámci své teorie vysvětlil Avogadrův zákon, difúzi, tepelnou vodivost, vnitřní tření (teorie přenosu).

V roce 1867 ukázal statistickou povahu druhého termodynamického zákona („Maxwellův démon“). V roce 1831, v roce Maxwellova narození, provedl M. Faraday klasické experimenty, které ho přivedly k objevu elektromagnetické indukce. Maxwell začal studovat elektřinu a magnetismus asi o 20 let později, kdy existovaly dva pohledy na povahu elektrických a magnetických jevů. Vědci jako A. M. Ampere a F. Neumann se drželi konceptu působení na velkou vzdálenost, přičemž elektromagnetické síly považovali za analog gravitační přitažlivosti mezi dvěma hmotami. Faraday byl zastáncem myšlenky siločar, které spojují kladné a záporné elektrické náboje nebo severní a jižní pól magnetu. Vyplňují celý okolní prostor (pole, Faradayovou terminologií) a určují elektrické a magnetické interakce. Maxwell studoval Faradayovo dílo nejpečlivěji a téměř celý svůj tvůrčí život rozvíjel terénní nápady.

Po Faradayovi vyvinul hydrodynamický model siločar a vyjádřil tehdy známé vztahy elektrodynamiky v matematickém jazyce odpovídajícím Faradayovým mechanickým modelům. Hlavní výsledky tohoto výzkumu se odrážejí v díle Faraday's Lines of Force, směřovaném Faradayovi v roce 1857. V letech 1860-1865 vytvořil Maxwell teorii elektromagnetického pole, kterou formuloval ve formě soustavy rovnic (Maxwellovy rovnice ) popisující všechny základní zákony elektromagnetické jevy: 1. rovnice vyjádřená Faradayovou elektromagnetickou indukcí 2. - magnetoelektrická indukce, objevená Maxwellem a založená na konceptech posuvných proudů 3. - zákon zachování množství el myšlenek magnetického pole dospěl Maxwell k závěru, že jakékoli změny v elektrických a magnetických polích by měly způsobit změny siločar pronikající okolním prostorem, tj. měly by se v prostředí šířit impulsy (nebo vlny). šíření těchto vln (elektromagnetického rušení) závisí na dielektrické a magnetické permeabilitě prostředí a rovná se poměru elektromagnetické jednotky elektřiny k elektrostatické. Podle Maxwella a dalších badatelů je tento poměr 3x1010 cm/s, což je velmi blízko rychlosti světla, kterou o sedm let dříve naměřil francouzský fyzik A. Fizeau.

V říjnu 1861 Maxwell informoval Faradaye o svém objevu: světlo je elektromagnetické rušení šířící se v nevodivém prostředí, tzn. druh elektromagnetického vlnění. Tato konečná fáze se odrazila v Maxwellově díle Dynamická teorie elektromagnetického pole (Pojednání o elektřině a magnetismu, 1864) a výsledek jeho práce o elektrodynamice shrnul slavné Pojednání o elektřině a magnetismu (1873). Experimentální a technický problém získávání a využití elektromagnetických vln v širokém spektrálním rozsahu, ve kterém viditelné světlo tvoří jen malou část, byl úspěšně vyřešen následujícími generacemi vědců a inženýrů. Aplikace Maxwellovy teorie daly světu všechny druhy rádiové komunikace, včetně rozhlasového a televizního vysílání, radarových a navigačních pomůcek a prostředků k ovládání raket a satelitů. 1831-1879), anglický fyzik, tvůrce klasické elektrodynamiky, jeden ze zakladatelů statistické fyziky.

James-Clerk MAXWELL

(13.6.1831, Edinburgh, - 5.11.1879, Cambridge)

James Clerk Maxwell – anglický fyzik, tvůrce klasické elektrodynamiky, jeden ze zakladatelů statistické fyziky, se narodil v Edinburghu v roce 1831.
Maxwell je synem skotského šlechtice ze šlechtického rodu úředníků. Studoval na univerzitách v Edinburghu (1847-50) a Cambridge (1850-54). Člen Královské společnosti v Londýně (1860). Profesor na Marischal College, Aberdeen (1856-60), poté na University of London (1860-65). Od roku 1871 je Maxwell profesorem na Cambridgeské univerzitě. Tam založil první britskou účelovou fyzikální laboratoř, Cavendish Laboratory, jejímž ředitelem byl od roku 1871.
Maxwellovy vědecké aktivity zahrnují problémy elektromagnetismu, kinetická teorie plynů, optika, teorie pružnosti a mnohem víc. Maxwell dokončil své první dílo „O kreslení oválů a o oválech s mnoha triky“, když mu ještě nebylo 15 let (1846, vydáno 1851). Některé z jeho prvních studií byly práce o fyziologii a fyzice barevného vidění a kolorimetrie (1852-72). V roce 1861 Maxwell poprvé předvedl barevný obraz získaný ze současného promítání červených, zelených a modrých diapozitivů na plátno, čímž prokázal platnost třísložkové teorie barevného vidění a zároveň nastínil způsoby vytváření barevné fotografie. Vytvořil jeden z prvních přístrojů pro kvantitativní měření barev, nazvaný Maxwellův disk.
V letech 1857-59. Maxwell provedl teoretickou studii stability Saturnových prstenců a ukázal, že Saturnovy prstence mohou být stabilní pouze tehdy, pokud se skládají z nesouvisejících pevných částic.
Ve výzkumu elektřiny a magnetismu (články „O Faradayových siločárách“, 1855-56; „O fyzikálních siločárách“, 1861-62; „Dynamická teorie elektromagnetického pole“, 1864; dvoudílný fundamentální „Pojednání o Elektřina a magnetismus“, 1873) Maxwell matematicky rozvinul názory Michaela Faradaye na roli středního média v elektrických a magnetických interakcích. Pokusil se (po Faradayovi) interpretovat toto médium jako všeprostupující světový éter, ale tyto pokusy nebyly úspěšné.
Další vývoj fyziky ukázal, že nositelem elektromagnetických interakcí je elektromagnetické pole, jehož teorii (v klasické fyzice) Maxwell vytvořil. V této teorii Maxwell shrnul všechna tehdy známá fakta makroskopické elektrodynamiky a poprvé představil myšlenku posuvného proudu generujícího magnetické pole jako obyčejný proud (vodivý proud, pohybující se elektrické náboje). Maxwell vyjádřil zákony elektromagnetického pole ve formě soustavy 4 parciálních diferenciálních rovnic ( Maxwellovy rovnice).
Obecná a komplexní povaha těchto rovnic se projevila v tom, že jejich analýza umožnila předpovědět mnoho dříve neznámých jevů a zákonitostí.
Z nich tedy vyplynula existence elektromagnetických vln, které později experimentálně objevil G. Hertz. Studiem těchto rovnic došel Maxwell k závěru o elektromagnetické povaze světla (1865) a ukázal, že rychlost jakýchkoli jiných elektromagnetických vln ve vakuu se rovná rychlosti světla.
Změřil (s větší přesností než W. Weber a F. Kohlrausch v roce 1856) poměr elektrostatické jednotky náboje k elektromagnetické a potvrdil její rovnost s rychlostí světla. Maxwellova teorie implikovala, že elektromagnetické vlny vytvářejí tlak.
Lehký tlak experimentálně stanovil v roce 1899 P. N. Lebedev.
Maxwellova teorie elektromagnetismu získala kompletní experimentální potvrzení a stala se obecně přijímaným klasickým základem moderní fyziky. Roli této teorie jasně popsal A. Einstein: „... zde nastal velký zlom, který je navždy spojen se jmény Faraday, Maxwell, Hertz. Lví podíl na této revoluci patří Maxwellovi... Po Maxwellovi byla fyzikální realita pojata ve formě souvislých polí, která nelze mechanicky vysvětlit... Tato změna v pojetí reality je nejhlubší a nejplodnější z těch, které fyzika zažil od dob Newtona".
Ve studiích o molekulární kinetické teorii plynů (články „Vysvětlení dynamické teorie plynů“, 1860 a „Dynamická teorie plynů“, 1866) Maxwell jako první vyřešil statistický problém distribuce molekul ideálního plynu. podle rychlosti ( Maxwellova distribuce). Maxwell vypočítal závislost viskozity plynu na rychlosti a střední volné dráze molekul (1860), vypočítal absolutní hodnotu druhé a odvodil řadu důležitých termodynamických vztahů (1860). Experimentálně změřen viskozitní koeficient suchého vzduchu (1866). V letech 1873-74. Maxwell objevil fenomén dvojitého lomu v proudění ( Maxwellův efekt).
Maxwell byl významným popularizátorem vědy. Napsal řadu článků pro Encyclopedia Britannica, populární knihy jako „The Theory of Heat“ (1870), „Hmota a pohyb“ (1873), „Electricity in Elementary Exposition“ (1881), přeložené do ruštiny. Významným příspěvkem do dějin fyziky je Maxwellova publikace rukopisů prací G. Cavendishe o elektřině (1879) s rozsáhlými komentáři.

(1831-1879) Anglický fyzik, tvůrce teorie elektromagnetického pole

James Clerk Maxwell se narodil v roce 1831 do bohaté šlechtické rodiny, patřící do vznešené a starobylé skotské rodiny Clerks. Jeho otec, John Clerk, který přijal příjmení Maxwell, byl právník. Měl velký zájem o přírodopis, byl člověkem různých kulturních zájmů, cestovatel, vynálezce a vědec. James strávil své dětství v Glenlare, malebné oblasti ležící několik mil od Irského moře.

James rád věci předělával, vylepšoval jejich design, šťoural, kreslil a věděl, jak plést a vyšívat. Jeho přirozená zvědavost a záliba v osamělém přemýšlení byla plně chápavá jeho rodinou a zejména otcem. James si nesl přátelství se svým otcem po celý život a jako dospělý bude říkat, že největším štěstím v životě je mít laskavé a moudré rodiče. Chlapec ztratil matku brzy: v roce 1839 zemřela, aniž by podstoupila větší operaci.

V roce 1841, ve věku 10 let, vstoupil James na Edinburgh Academy, sekundární vzdělávací instituci podobnou klasickému gymnáziu. Do páté třídy se učil bez většího zájmu a byl hodně nemocný. V páté třídě se chlapec začal zajímat o geometrii, začal vyrábět modely geometrických těles a vymýšlet vlastní metody řešení úloh. V roce 1846, když mu nebylo ani 15 let, napsal svou první vědeckou práci „O kreslení oválů a na oválech s mnoha ohnisky“, která byla později publikována ve sborníku Royal Society of Edinburgh. Toto mladistvé dílo otevírá dvoudílnou sbírku Maxwellových vědeckých článků.

V roce 1847, aniž by dokončil střední školu, vstoupil na University of Edinburgh. V této době se James začal zajímat o experimenty v optice, chemii, magnetismu a hodně se věnoval fyzice a matematice. V roce 1850 předložil členům Královské společnosti článek „O rovnováze elastických těles“, ve kterém dokázal známou větu nazvanou „Maxwellova věta“.

V roce 1850 James přestoupil na univerzitu v Cambridge, na slavnou Trinity College, kde kdysi studoval Isaac Newton. Důležitou roli při formování vědeckého pohledu na svět mladého muže sehrála jeho komunikace s vysokoškolskými vědci, především s Georgem Stokesem a Williamem Thomsonem (Kelvin). Pečlivá studie práce Michaela Faradaye o elektřině ukázala cestu pro jeho vlastní další výzkum.

V roce 1854 Maxwell promoval na Cambridgeské univerzitě a získal své druhé ocenění - Smithovu cenu, udělovanou za vítězství v nejtěžší matematické zkoušce. O první cenu přišel Routh, budoucí slavný mechanik a matematik. Ihned po promoci začal svou učitelskou kariéru na Trinity College. Maxwell přednáší o hydraulice a optice a provádí výzkum v oblasti teorie barev. V roce 1855 zaslal Royal Society of Edinburgh zprávu „Experiments on Color“ a vyvinul teorii barevného vidění. Jak dosvědčovali současníci, James Maxwell nebyl oslnivý učitel, ale ke svým učitelským povinnostem přistupoval velmi svědomitě. Jeho skutečnou vášní byl vědecký výzkum.

V této době se jeho zájem o problémy elektřiny a magnetismu probudil a v letech 1855-1856 dokončil svou první práci v této oblasti - „O Faradayových silových liniích“. Již v něm jsou nastíněny hlavní rysy jeho budoucího velkého díla. Od roku 1855 je vědec členem Královské společnosti v Edinburghu.

V roce 1856 odešel profesor J. Maxwell pracovat na katedře přírodní filozofie na University of Aberdeen ve Skotsku, kde zůstal až do roku 1860. V roce 1857 poslal svůj článek o elektromagnetismu Michaelu Faradayovi, který se ho velmi dotkl. Faraday byl ohromen silou talentu mladého vědce. Během tohoto období se Maxwell souběžně s problémy elektromagnetismu zabýval řešením vědeckých problémů v jiných oblastech. Účastní se soutěže Cambridgeské univerzity o stabilitě prstenců Saturnu a do soutěže předkládá práci „O stabilitě prstenců Saturnu“, ve které ukazuje, že prstence nejsou pevné ani kapalné, ale jsou roj meteoritů. Tato práce byla označena za jednu z pozoruhodných aplikací matematiky a vědec obdržel čestnou Adamsovu cenu.

James Maxwell je jedním z tvůrců kinetické teorie plynů. V roce 1859 stanovil statistický zákon pro distribuci molekul plynu ve stavu tepelné rovnováhy rychlostí, nazvaný Maxwellovo rozdělení.

Od roku 1860 do roku 1865 byl Maxwell profesorem fyziky na King's College, University of London. Zde se poprvé setkal se svým idolem Michaelem Faradayem, který byl již starý a nemocný.

Zvolení J. Maxwella v roce 1861 členem Královské společnosti v Londýně uznalo důležitost jeho vědeckých prací, mezi nimiž je třeba poznamenat dva důležité články o elektromagnetismu: „O fyzikálních siločárách“ (1861-1862) a „ Dynamická teorie elektromagnetického pole“ (1864-1865). V poslední práci nastínil teorii elektromagnetického pole, kterou formuloval ve formě soustavy několika rovnic - Maxwellových rovnic, vyjadřujících všechny základní zákony elektromagnetických jevů. Poskytuje také představu o světle jako elektromagnetických vlnách.

1 Teorie elektromagnetického pole je největším vědeckým úspěchem Jamese Maxwella a znamenala začátek nové etapy ve fyzice. Většina vědců vysoce ocenila teorii Maxwella, který se stal jedním z předních fyziků na světě.

V roce 1865 měl nehodu při jízdě na koni. Poté, co utrpěl vážnou nemoc, opustil katedru na University of London a přestěhoval se do svého rodného Glenlare, na své panství, kde po dobu šesti let (do roku 1871) pokračoval ve výzkumu teorie elektromagnetismu a tepla. Výsledky jeho práce byly publikovány v roce 1871 v díle „Teorie tepla“.

V roce 1871 na náklady potomka slavného anglického vědce 18. století Henryho Cavendishe - vévody z Cavendishe - vznikla na University of Cambridge katedra experimentální fyziky, jejímž prvním profesorem byl Maxwell. Spolu s katedrou převzal i laboratoř, jejíž stavba pod jeho dohledem a vedením právě začala. To byla budoucí slavná Cavendishova laboratoř – vědecké a výzkumné centrum, které se později proslavilo po celém světě. 16. června 1874 proběhlo slavnostní otevření Cavendishovy laboratoře, které Maxwell vedl až do konce svého života. Následně ji vedli J. Rayleigh, D. D. Gomson, E. Rutherford, W. Bragg.

James Maxwell byl vynikající vedoucí laboratoře a mezi zaměstnanci měl nezpochybnitelnou autoritu. Vyznačoval se velkou jednoduchostí, jemností a upřímností v komunikaci s lidmi, byl vždy zásadový a aktivní, oceňoval a miloval humor.

V Cavendishu prováděl Maxwell rozsáhlou vědeckou a pedagogickou práci. V roce 1873 vyšlo jeho „Pojednání o elektřině a magnetismu“, které shrnuje jeho výzkum v této oblasti a stalo se vrcholem jeho vědecké kreativity. Traktátu věnoval osm let a posledních pět let svého života věnoval zpracování a publikování nepublikovaných děl Henryho Cavendishe, po němž byla laboratoř pojmenována. Maxwell publikoval dva velké svazky Cavendishových děl s jeho komentáři v roce 1879.

Nikdy neprojevoval sobectví ani necitlivost, neusiloval o slávu a vždy klidně přijímal kritiku adresovanou jemu. Sebeovládání a zdrženlivost byly vždy jeho společníky. I když vážně onemocněl a prožíval mučivou bolest, zůstal vyrovnaný a klidný. Vědec statečně čelil lékařovým slovům, že mu nezbývá víc než měsíc života.

James Clerk Maxwell zemřel 5. listopadu 1879 na rakovinu ve věku čtyřiceti osmi let. Lékař, který ho léčil, ve svých pamětech píše, že James nemoc statečně snášel. Měl neuvěřitelné bolesti, ale nikdo z jeho okolí o tom ani nevěděl. Až do své smrti uvažoval jasně a jasně, plně si vědom své blízké smrti a zachovával naprostý klid.

James Clerk Maxwell (1831-79) – anglický fyzik, tvůrce klasické elektrodynamiky, jeden ze zakladatelů statistické fyziky, organizátor a první ředitel (od roku 1871) Cavendish Laboratory, předpověděl existenci elektromagnetických vln, předložil myšlenku elektromagnetické povahy světla, stanovil první statistický zákon - zákon o rozdělení molekul rychlostí, pojmenovaný po něm.

Rozvíjející myšlenky Michaela Faradaye vytvořil teorii elektromagnetického pole (Maxwellovy rovnice); představil koncept posuvného proudu, předpověděl existenci elektromagnetických vln a předložil myšlenku elektromagnetické povahy světla. Založil statistické rozdělení pojmenované po něm. Studoval viskozitu, difúzi a tepelnou vodivost plynů. Maxwell ukázal, že prstence Saturnu se skládají z oddělených těles. Pracuje na barevném vidění a kolorimetrii (Maxwellův disk), optice (Maxwellův jev), teorii elasticity (Maxwellova věta, Maxwell-Cremonův diagram), termodynamice, historii fyziky atd.

Rodina. Roky studia

James Maxwell se narodil 13. června 1831 v Edinburghu. Byl jediným synem skotského šlechtice a právníka Johna Clerka, který poté, co zdědil majetek manželky příbuzného, ​​rozené Maxwellové, přidal toto jméno ke svému příjmení. Po narození syna se rodina přestěhovala do jižního Skotska na své vlastní panství Glenlar („Útulek v údolí“), kde chlapec strávil dětství.

V roce 1841 ho Jamesův otec poslal do školy s názvem Edinburgh Academy. Zde, ve věku 15 let, napsal Maxwell svůj první vědecký článek „O kreslení oválů“. V roce 1847 vstoupil na University of Edinburgh, kde studoval tři roky, a v roce 1850 se přestěhoval na University of Cambridge, kde promoval v roce 1854. V té době byl James Maxwell prvotřídním matematikem se skvěle vyvinutou intuicí. fyzika.

Vytvoření Cavendishovy laboratoře. Učitelská práce

Po absolvování univerzity byl James Maxwell ponechán v Cambridgi pro učitelskou práci. V roce 1856 získal místo profesora na Marischal College na University of Aberdeen (Skotsko). V roce 1860 byl zvolen členem Královské společnosti v Londýně. Ve stejném roce se přestěhoval do Londýna a přijal nabídku nastoupit do funkce vedoucího katedry fyziky na King's College, University of London, kde působil až do roku 1865.

Po návratu na Cambridge University v roce 1871 Maxwell zorganizoval a vedl první britskou speciálně vybavenou laboratoř pro fyzikální experimenty, známou jako Cavendish Laboratory (pojmenovaná po anglickém vědci Henry Cavendish). Vznik této laboratoře, která na přelomu 19.-20. proměnil v jedno z největších center světové vědy, věnoval Maxwell poslední roky svého života.

Obecně je známo jen málo faktů z Maxwellova života. Plachý a skromný, snažil se žít v samotě a nepsal si deníky. V roce 1858 se James Maxwell oženil, ale jeho rodinný život byl zjevně neúspěšný, prohloubil jeho nedružnost a odcizil ho od jeho bývalých přátel. Spekuluje se, že mnoho z důležitého materiálu o Maxwellově životě bylo ztraceno při požáru v jeho domě v Glenlare v roce 1929, 50 let po jeho smrti. Zemřel na rakovinu ve věku 48 let.

Vědecká činnost

Maxwellův neobvykle široký okruh vědeckých zájmů pokrýval teorii elektromagnetických jevů, kinetickou teorii plynů, optiku, teorii pružnosti a mnoho dalšího. Jednou z jeho prvních prací byl výzkum fyziologie a fyziky barevného vidění a kolorimetrie, zahájený v roce 1852. V roce 1861 James Maxwell poprvé získal barevný obraz současným promítáním červených, zelených a modrých diapozitivů na obrazovku. To prokázalo platnost třísložkové teorie vidění a nastínilo způsoby, jak vytvořit barevnou fotografii. Maxwell ve svých dílech 1857-59 teoreticky studoval stabilitu Saturnových prstenců a ukázal, že Saturnovy prstence mohou být stabilní pouze tehdy, pokud se skládají z částic (těles), které nejsou vzájemně spojeny.

V roce 1855 D. Maxwell zahájil sérii svých hlavních prací o elektrodynamice. Byly publikovány články „O Faradayových siločárách“ (1855-56), „O fyzikálních siločárách“ (1861-62) a „Dynamická teorie elektromagnetického pole“ (1869). Výzkum byl završen vydáním dvoudílné monografie „Pojednání o elektřině a magnetismu“ (1873).

Tvorba teorie elektromagnetického pole

Když James Maxwell začal v roce 1855 zkoumat elektrické a magnetické jevy, mnohé z nich již byly dobře prostudovány: byly stanoveny zejména zákony vzájemného ovlivňování stacionárních elektrických nábojů (Coulombův zákon) a proudů (Ampérův zákon); Bylo prokázáno, že magnetické interakce jsou interakcemi pohybujících se elektrických nábojů. Většina vědců té doby věřila, že interakce se přenáší okamžitě, přímo prostřednictvím prázdnoty (teorie působení na velkou vzdálenost).

Rozhodující obrat k teorii akce krátkého dosahu učinil Michael Faraday ve 30. letech. 19. století Podle Faradayových představ elektrický náboj vytváří v okolním prostoru elektrické pole. Pole jednoho náboje působí na druhý a naopak. Interakce proudů se provádí prostřednictvím magnetického pole. Faraday popsal rozložení elektrických a magnetických polí v prostoru pomocí siločar, které v jeho pojetí připomínají obyčejné elastické čáry v hypotetickém médiu – světovém éteru.

Maxwell plně akceptoval Faradayovy představy o existenci elektromagnetického pole, tedy o realitě procesů ve vesmíru v blízkosti nábojů a proudů. Věřil, že tělo nemůže jednat tam, kde neexistuje.

První věc, kterou D.K Maxwell – dal Faradayovým myšlenkám přísnou matematickou formu, tak potřebnou ve fyzice. Ukázalo se, že se zavedením pojmu pole se Coulombovy a Amperovy zákony začaly projevovat nejúplněji, nejhlouběji a nejelegantněji. Ve fenoménu elektromagnetické indukce Maxwell viděl novou vlastnost polí: střídavé magnetické pole generuje v prázdném prostoru elektrické pole s uzavřenými siločárami (tzv. vírové elektrické pole).

Další a poslední krok v objevu základních vlastností elektromagnetického pole učinil Maxwell bez jakéhokoli spoléhání se na experiment. Udělal brilantní odhad, že střídavé elektrické pole generuje magnetické pole, stejně jako běžný elektrický proud (hypotéza vysídleného proudu). Do roku 1869 byly všechny základní zákony chování elektromagnetického pole stanoveny a formulovány ve formě systému čtyř rovnic, nazývaných Maxwellovy rovnice.

Maxwellovy rovnice jsou základními rovnicemi klasické makroskopické elektrodynamiky, popisující elektromagnetické jevy v libovolném prostředí a ve vakuu. Maxwellovy rovnice získal J. C. Maxwell v 60. letech. 19. století jako výsledek zobecnění zákonů elektrických a magnetických jevů zjištěných ze zkušenosti.

Z Maxwellových rovnic vyplynul zásadní závěr: konečnost rychlosti šíření elektromagnetických interakcí. To je hlavní věc, která odlišuje teorii akce na krátkou vzdálenost od teorie akce na velkou vzdálenost. Ukázalo se, že rychlost se rovná rychlosti světla ve vakuu: 300 000 km/s. Z toho Maxwell usoudil, že světlo je formou elektromagnetických vln.

Pracuje na molekulární kinetické teorii plynů

Role Jamese Maxwella ve vývoji a založení molekulární kinetické teorie (moderní název je statistická mechanika) je nesmírně důležitá. Maxwell byl první, kdo učinil prohlášení o statistické povaze přírodních zákonů. V roce 1866 objevil první statistický zákon – zákon o rozdělení molekul rychlostí (Maxwellovo rozdělení). Kromě toho vypočítal viskozitu plynů v závislosti na rychlostech a střední volné dráze molekul a odvodil řadu termodynamických vztahů.

Maxwellovo rozdělení je rozložení rychlosti molekul systému ve stavu termodynamické rovnováhy (za předpokladu, že translační pohyb molekul je popsán zákony klasické mechaniky). Založena J.C. Maxwellem v roce 1859.

Maxwell byl skvělý popularizátor vědy. Napsal řadu článků pro Encyclopedia Britannica a populární knihy: „Teorie tepla“ (1870), „Hmota a pohyb“ (1873), „Elektřina v základním výkladu“ (1881), které byly přeloženy do ruštiny; přednášel a referoval o fyzikálních tématech pro široké publikum. Maxwell také projevil velký zájem o historii vědy. V roce 1879 publikoval práce G. Cavendishe o elektřině a poskytl jim rozsáhlé komentáře.

Hodnocení Maxwellovy práce

Vědcova díla nebyla jeho současníky oceněna. Představy o existenci elektromagnetického pole se zdály svévolné a neplodné. Teprve poté, co Heinrich Hertz experimentálně dokázal existenci elektromagnetických vln předpovídaných Maxwellem v letech 1886-89, získala jeho teorie všeobecné přijetí. Stalo se tak deset let po Maxwellově smrti.

Po experimentálním potvrzení reality elektromagnetického pole byl učiněn zásadní vědecký objev: existují různé druhy hmoty a každá z nich má své vlastní zákony, které nejsou redukovatelné na Newtonovy zákony mechaniky. Sám Maxwell si to však sotva jasně uvědomoval a nejprve se pokoušel sestavit mechanické modely elektromagnetických jevů.

Americký fyzik Richard Feynman o Maxwellově úloze ve vývoji vědy řekl výtečně: „V historii lidstva (když se na to podíváte řekněme o deset tisíc let později) bude nepochybně nejvýznamnější událostí 19. století Maxwellův objev. zákonů elektrodynamiky. Na pozadí tohoto důležitého vědeckého objevu bude americká občanská válka ve stejném desetiletí vypadat jako provinční incident.

James Maxwell zemřel 5. listopadu 1879, Cambridge. Není pohřben v hrobce velkých mužů Anglie – Westminster Abbey – ale ve skromném hrobě vedle svého milovaného kostela ve skotské vesnici nedaleko rodinného sídla.