Джеймс Максвелл (биография)

Шотландский основатель электродинамики.

Ранние годы, семья, образование

Джеймс Клерк Максвелл родился 13 июня 1831 в Эдинбурге, Шотландия. Родом из известной шотландской семьи Клерков; его отец принял имя Максвелл, унаследовав имущество, первоначально принадлежавшее этой семье. Мать умерла, когда Джеймс был ещё ребенком. Максвелл поступил на юридический факультет в Эдинбургский университет. Позже поступил в университет Кембриджа на физика, стал научным сотрудником Тринити-колледжа в 1855 году. В 1856 году он получил премию Адамса в Кембридже за эссе, в котором он продемонстрировал, что кольца Сатурна будут нестабильными, если они будут непрерывно твердыми, и что они должны состоять из отдельных и отдельных частей. Максвелл был профессором физики в колледже Маришале, в Абердине с 1856 по 1860, и профессором физики и астрономии в Королевском колледже в Лондоне с 1860 по 1865. Его первая статья об электромагнетизме появилась в 1856 году; его теория электромагнитного поля с выводом скорости света была впервые опубликованна в 1861–1862. Максвелл начал работу над кинетической теорией газов в 1860 году. С 1865 по 1871, Максвелл работал над «Трактатом об электричестве и магнетизме». В 1871 году он стал первым сотрудником кафедры экспериментальной физики Кавендиша в Кембридже, руководил строительством Кавендишской лаборатории, а затем руководил проведением первых исследований.

Научные достижения

Наибольший вклад Максвелла в фундаментальную физику внесла его концепция электромагнитного поля, которая претерпела значительные изменения, как в ходе своих собственных исследований, так и его преемников. В современных терминах, электрическое поле - это состояние в пространстве, окружающем заряженные тела, которое определяет силу, которую электрический заряд единицы испытал бы, если бы он был помещен в любую точку. В теории поля все действия рассматриваются как передаваемые от точки к точке непрерывной модификацией поля между точками, а поле рассматривается как источник энергии. Максвелл стремился воплотить в математической записи идеи Майкла Фарадея. Максвелл разработал аналогичные аналогии в своей первой работе на эту тему «О силовых линиях Фарадея» (1855–1856), проводя отдельные аналогии для различных аспектов электромагнетизма: между электрическими и жидкостными токами, а также между электрическими или магнитными силовыми и жидкостными линиями. Токи. В его труде «О физических силовых линиях» 1862, теория электромагнитного поля впервые появляется в виде вывода из детальной модели эфира. В этом эфире магнитные силовые линии представлены в виде молекулярных вихрей, причем вещество эфира вращается в плоскостях, перпендикулярных направлению силовых линий, так что последний является направлением осей вихрей. Максвелл обнаружил, что таким образом он может представлять свойства силовых линий, необходимых для магнитостатики, то есть то, что линии должны стремиться сжиматься вдоль своей длины и отталкивать друг друга в поперечном направлении. Максвелл предположил слой крошечных холостых колес между каждой парой вихревых ячеек в эфирном веществе. Эти колеса могут свободно вращаться, так что однородное магнитное поле представлено вихревыми ячейками, которые все вращаются с одинаковой скоростью и в том же смысле, а чередующиеся колеса вращаются на месте в противоположном смысле. Свободные колеса также могут перемещаться с места на место в проводнике, но они ограничены качением без проскальзывания с соседними вихрями. Поступательное движение колес отождествляется с электрическим током и используется для объяснения того, каким образом магнитное поле создается электрическим током. Кроме того, в диэлектрике, в том числе в вакууме, колеса не могут свободно перемещаться, а могут лишь слегка смещаться относительно сил упругости материала ячеек. Это действие смещения является током смещения, который формирует новый термин Максвелла. Затем Максвелл приступил к расчету скорости распространения поперечных волн в своем упругом эфире. Скорость этих волн была пропорциональна соотношению электромагнитных и электростатических единиц заряда. В своих более поздних работах Максвелл больше не опирался на конкретные модели эфира. Также принципиальное значение имела работа Максвелла по кинетической теории газов. При выводе экспериментальных газовых законов предыдущие исследователи сделали упрощенное предположение, что все молекулы газа движутся с одинаковой скоростью. В «Иллюстрациях динамической теории газов» (1860) Максвелл сначала вывел равновесное распределение скоростей молекул: компоненты скорости вдоль заданного направления распределены согласно закону ошибок Карла Фридриха Гаусса. Эта статья также содержала потрясающий результат, позже продемонстрированный экспериментально, что вязкость (внутреннее трение) газа должна быть независимой от его плотности. Максвелл написал две другие статьи о поиске путей по кинетической теории; их основной темой был вывод транспортных коэффициентов газа (коэффициентов диффузии, вязкости и теплопроводности) и, в последнем из них, обсуждение радиометрических явлений. Работу Максвелла над кинетической теорией можно считать первым важным введением статистического мышления в физику и первыми шагами в развитии статистической механики. Другие научные работы Максвелла включали в себя создание первой цветной фотографии, сделанной в 1861, и создание структурно-инженерных расчетов для обслуживания мостов.

Признание в научном мире

В 1856 году, в возрасте 25 лет, он был удостоен высшей награды Эдинбурга по математике, золотой медали Стрейтона. За свою карьеру он получил множество наград, в том числе медаль Румфорда, приз Кейта и Хопкинса, а также членство во многих высших учебных заведениях, как Королевская академия наук Амстердама. Горный массив на Венере, Максвелл Монтес, назван в его честь так же, как и разрыв Максвелла в Кольцах Сатурна.

Семья и последние годы

Был женат на Кэтрин Мэри Дьюар дочери директора колледжа. Детей не было. Джеймс Максвелл умер 5 ноября 1879, в Кембридже, Англия, от рака. Оригинальный дом Максвелла, в настоящее время музей, является местом фонда Джеймса Клерка Максвелла.