в каком году открыл и история применения

Люди знакомы с электрическими и магнитными явлениями еще со времен античности. Древние люди видели молнию и имели знания о магнитах, которые притягивали ряд металлов. Багдадская батарейка, придуманная 4 тысяч лет назад, считается одним свидетельств того, что люди были знакомы с электричеством. Тем не менее, до начала девятнадцатого века электричество и магнетизм рассматривались отдельно. Так кто и когда создал теорию электромагнитного поля?

Содержание

Дата создания теории электромагнитного поля

Датскому физику Эрстеду удалось установить, что проводник, по которому перемещается электрический ток, провоцирует отклонение указателя магнитного компаса, расположенного около проводника. Это произошло в 1819 году. Благодаря этому был сделан вывод о том, что между магнетизмом и электричеством есть определенная взаимосвязь.

Французский ученый Ампер в 1824 году описал взаимодействие проводника тока и магнитного поля. В 1831 году английскому ученому Фарадею удалось экспериментальным путем выявить и математически описать явления электромагнитной индукции. В 1864 году Максвелл создал теорию электромагнитного поля.

Теория Максвелла

Этот ученый создал теорию, по которой электрическое и магнитное поля считаются элементами одного целого. Причем они взаимосвязаны друг с другом. Эти составляющие считаются компонентами электромагнитного поля. Учение Максвелла с общей точки зрения позволяло объяснить результаты всех предыдущих исследований в сфере электродинамики.

Помимо этого, из теории Максвелла вытекало, что любые перемены в электромагнитном поле служат порождением электромагнитных волн, которые распространялись в диэлектрической среде. Причем это происходило с конечной скоростью. На этот показатель влияет магнитная и диэлектрическая проницаемость среды.

В условиях вакуума теоретическое значение скорости было приближено к экспериментальным оценкам скорости света, которые удалось получить к тому моменту. Это давало Максвеллу возможность выдвинуть гипотезу, что свет представляет собой одно из проявлений электромагнитных волн. Через некоторое время теория ученого нашла подтверждение.

Уникальные эксперименты на пути к формированию теории

Открытие электромагнитных волн считается прекрасным примером взаимодействия между теоретическими знаниями и экспериментальными исследованиями. Он демонстрирует, как физика объединяет совершенно разнородные на первый взгляд свойства – магнетизм и электричество. В них удалось обнаружить разные стороны единого физического явления – электромагнитного взаимодействия.

С теоретической точки зрения существование электромагнитных волн предсказал Максвелл. Есть предположение, что впервые сведения об этом появились в 1862 году в работе ученого, которая называлась «О физических силовых волнах».

Исследователь с большим уважением перевел на математический язык картинки Фарадея, которые описывали магнитные и электрические явления. Также он проанализировал и упорядочил достижения других исследователей.

К сожалению, Максвелл умер слишком рано и не застал достоверное экспериментальное подтверждение своих расчетов. Опыты в сфере электромагнетизма провел Генрих Герц. Через 20 лет после создания теории Максвелла ученый выполнил серию опытов. Это позволило ему показать создание и прием электромагнитных волн.

Влияние на открытие столпов науки: Герца, Томпсона и Фарадея

Сам термин «поле» первым ввел Фарадей. Это произошло в 1845 году во время проведения исследований диамагнетизма. Именно этому ученому удалось выявить эффект слабого отталкивания магнитом определенных веществ.

Изначально Фарадей воспринимал поле только как вспомогательный термин. По сути, он считал его сеткой координат, которую образовывали магнитные силовые линии. Она применялась для обозначения характера движения тел около магнитов. К примеру, кусочки диамагнитных веществ – в частности, висмута, передвигались из зон концентрации силовых линий в область их разрежения и размещались перпендикулярно по отношению к линиям.

Чуть позже в 1851-1852 годах термин «поле» стал эпизодически применять английский физик Уильям Томсон. Он сделал это при математическом обозначении результатов ряда опытов Фарадея.

Впоследствии Генрих Рудольф Герц экспериментальным способом подтвердил электромагнитную теорию света Максвелла и привел доказательства наличия электромагнитных волн.

В 1888 году появилась работа Герца «Об электродинамических волнах в воздухе и их отражении». После ее публикации физики по всему миру начали повторять опыты Герца. Это привело к широкому распространению такого понятия, как «волны Герца».

Итоговая работа цикла «О лучах электрической силы», которая была представлена ученым в 1888 году на собрании Берлинской академии наук, стала настоящей сенсацией. Именно этот год считают датой открытия электромагнитных волн. Герцу удалось подтвердить теорию, созданную Максвеллом, экспериментальным способом.

Применение открытия в радио и телеграфии

Изобретение радио и телеграфа было бы невозможным без создания теории электромагнитного поля. В 1845 году английский ученый Майкл Фарадей сделал важное открытие, которое отразилось на дальнейшем развитии науки. Исследователю удалось установить существование электромагнитного поля.

Через 20 лет английский ученый Джеймс Максвелл разработал теорию электромагнитного поля и определил, что скорость электромагнитных волн совпадает со скоростью света. Его исследования имели большое значение для развития физики и стали основой для создания теории относительности.

Еще через 20 лет Герц сконструировал генератор и резонатор электромагнитных колебаний. Благодаря этому ему удалось показать наличие электромагнитных волн, распространяющихся в свободном пространстве. Можно сказать, что это устройство и стало прообразом радио. Однако прибор Герца был способен принимать и передавать электромагнитные сигналы на незначительном расстоянии – оно составляло не больше нескольких метров.

Радиопередачу в миллиметровом диапазоне показали в Индии. Это произошло в ноябре 1894 года – годом раньше, чем этого добился Александр Попов. Авторство индийского изобретения принадлежит ученому по имени Джагадиш Чандра Боше.

Если смотреть на ситуацию с технических позиций, Попов и Маркони не придумали ничего нового. Они только создали устройство, используя в качестве основы открытия своих предшественников. При этом следует отметить, что идея радио пришла исследователям в голову приблизительно в одинаковое время.

Интересные факты о жизни ученого

Ученым, который первым сформулировал теорию электромагнитного поля, был Максвелл. Он прожил не слишком длинную жизнь, однако успел сделать много важного.

Ниже приведены наиболее примечательные и важные факты из биографии великого ученого:

1. Воспитанием мальчика занимался отец. Джеймс потерял мать в возрасте 8 лет.
2. Будущий ученый увлекался музыкой. Ему нравилось петь шотландские песни, подбирая к ним на гитаре собственный аккомпанемент.
3. Максвелла считают создателем теории смешения цветов. До этого ученые были уверены, что получить белый цвет можно путем смешивания синего, желтого и красного. Однако Максвелл опроверг это мнение. Опыты исследователя показали, что смешивание желтого и синего дает не зеленый, а розовый цвет. К тому же ученый доказал, что базовыми цветами являются синий, красный и зеленый.
4. Первая цветная фотография была сделана Максвеллом в 1860 году.
5. Исследователь в совершенстве знал много языков. Он владел латынью, итальянским, английским, греческим, французским и немецким языками.
6. Ученый обладал скромным и застенчивым характером. Он предпочитал находиться в одиночестве. После развода с женой нелюдимость ученого усугубилась. Максвелл полностью отдалился от друзей.
7. Джеймс Максвелл скончался в 48 лет. Причиной ранней смерти исследователя стал рак.
8. В честь ученого назвали единственную составляющую планеты Венера. Ею стал горный хребет Максвелла.

Теория электромагнитного поля считается важным открытием, которая внесла существенный вклад в развитие физики. Его автором считается Максвелл. На основании исследований Фарадея английскому физику удалось сделать математическое описание теории.

Дальнейшее совершенствование его разработок сделал Герц. Этот великий немецкий ученый подтвердил теорию Максвелла экспериментальным путем.

Почему теорию Максвелла так трудно понять? / Хабр

Скромность не всегда добродетель

В 1865 году Джеймс Клерк Максвелл опубликовал свою статью “Динамическая теория электромагнитного поля» в «Философских трудах Королевского общества». Ему было тогда тридцать четыре года. Оглядываясь назад, мы можем заметить, что работа Максвелла была самым важным событием девятнадцатого века в истории физических наук. Если говорить в общем о естественных науках, то статья Максвелла была второй по значимости после «Происхождения видов» Дарвина. Но важность работ Максвелла не была очевидна для его современников. Более двадцати лет его теория электромагнетизма в основном игнорировалась. Физикам было трудно ее понять из-за обилия сложных уравнений. Математикам было трудно ее понять, потому что Максвелл использовал для объяснений физический язык. Этот труд был расценен как неясное предположение без должного количества экспериментальных доказательств. Физик Михаил Пупин в своей автобиографии «От иммигранта к изобретателю» описывает, как он путешествовал из Америки в Европу в 1883 году в поисках того, кто понимал Максвелла. Он отправился изучать теорию Максвелла, как рыцарь в поисках Святого Грааля.

Пупин сначала поступил в Кембридж с твердым намерением изучить теорию у самого Максвелла. Он не знал, что Максвелл умер четыре года назад. Узнав, что Максвелл умер, он остался в Кембридже и был назначен преподавателем колледжа. Но его наставник знал о теории Максвелла меньше, чем он сам, и был заинтересован только в том, чтобы научить Михаила решать математические задачи трипоса. Михаил Пупин был поражен, обнаружив, как он говорит, «как мало было физиков, которые уловили смысл теории, даже через двадцать лет после того, как она была сформулирована Максвеллом в 1865 году». В конце концов он бежал из Кембриджа в Берлин и поступил студентом к Герману фон Гельмгольцу. Гельмгольц понимал теорию и учил Пупина тому, что знал сам. Пупин вернулся в Нью-Йорк, стал профессором Колумбийского университета и обучал последующие поколения студентов, которые впоследствии распространили Евангелие Максвелла по всей Америке.

Открытка от Максвелла Питеру Тейту

Как случилось, что теория Максвелла была так широко проигнорирована? В конце концов, Максвелл не был похож на своего современника Грегора Менделя, монаха, работавшего в безвестном монастырском саду в Богемии. Максвелл был известным профессором, директором Кавендишской лаборатории в Кембридже, ведущей фигурой в британском научном сообществе. Свидетельством его высокого положения можно считать то, что он был президентом секции А (математические и физические науки) Британской ассоциации содействия развитию науки, когда ассоциация провела свое ежегодное собрание в Ливерпуле в 1870 году. Он выступил с президентской речью в Ливерпуле, которая была опубликована во втором томе недавно основанного журнала «Nature». Стиль его выступления показывает нам, почему его теорию не воспринимали всерьез. Можно было ожидать, что он воспользуется возможностью, предоставленной президентской платформой, чтобы объявить миру о важности открытий, которые он сделал пять лет назад. Он не сделал ничего подобного. Он был абсурдно и раздражающе скромен.

Максвелл в первую очередь объявил тему своего выступления — обзор последних достижений, которые были сделаны на границе между математикой и физикой. Затем он с большим энтузиазмом рассказал о вихревой теории молекул, недавно предложенной сэром Уильямом Томсоном (впоследствии ставшим лордом Кельвином).

Теория, которую сэр Уильям основал на великолепных гидродинамических теоремах Гельмгольца, ищет свойства молекул в кольцевых вихрях однородной несжимаемой жидкости без трения. Гельмгольц показал, что в идеальной жидкости такое кружащееся кольцо, если оно однажды возникло, будет продолжать кружиться вечно, всегда будет состоять из той же самой части жидкости, которая была сначала закручена, и никогда не может быть разрезана надвое какой-либо естественной причиной. Эти кольцевые вихри способны к таким разнообразным связям и узловатым самоинволюциям, что свойства различных узловатых вихрей должны быть столь же различны, как и свойства различных видов молекул.

И так далее. Максвелл объяснил, как древняя теория о том, что материя состоит из атомов, столкнулась с логическим парадоксом. С одной стороны, атомы должны были быть твердыми, непроницаемыми и неразрушимыми. С другой стороны, данные спектроскопии и химии показали, что атомы имеют внутреннюю структуру и находятся под влиянием внешних сил. Этот парадокс в течение многих лет блокировал прогресс в понимании природы материи. Теперь, наконец, вихревая теория молекул разрешила парадокс. Вихри в эфире мягкие и имеют внутреннюю структуру, и тем не менее, согласно Гельмгольцу, они индивидуальны и неразрушимы. Оставалось только вывести факты спектроскопии и химии из законов взаимодействия вихрей, предсказанных гидродинамикой идеальной жидкости. Максвелл считал эту вихревую теорию материи замечательным примером плодотворного взаимодействия математики и физики.

Неясно, верил ли Максвелл всерьез в то, что говорил о вихревой теории. Возможно, он хотел, чтобы его речь развлекала слушателей, а не просвещала их. У него было хитрое чувство юмора, и вполне возможно, что он хвалил теорию вихря, зная, что более проницательные члены аудитории поймут, что теория была шуткой. Только в конце своего выступления Максвелл кратко упомянул о своей теории электромагнетизма.

Другая теория электричества, которую я предпочитаю, отрицает действие на расстоянии и приписывает электрическое действие напряжениям и давлениям во всепроникающей среде, причем эти напряжения одинаковы по характеру с теми, которые известны инженерам, и среда идентична той, в которой предполагается распространение света.

Фраза «Другая теория электричества, которую я предпочитаю», кажется, намеренно скрывает тот факт, что это была его собственная теория. Неудивительно, что вихри Кельвина произвели на его слушателей большее впечатление, чем уравнения Максвелла.

Мораль этой истории заключается в том, что скромность не всегда является добродетелью. Максвелл и Мендель оба были чрезмерно скромны. Скромность Менделя задержала прогресс биологии на пятьдесят лет. Скромность Максвелла замедлила прогресс физики на двадцать лет. Для прогресса науки будет лучше, если люди, делающие великие открытия, не будут слишком скромны, чтобы трубить в свои собственные трубы. Если бы у Максвелла было такое же эго, как у Галилея или Ньютона, он бы позаботился о том, чтобы его работы не игнорировались. Максвелл был таким же великим ученым, как Ньютон, и гораздо более приятным человеком. Но, к сожалению, он не начал президентскую речь в Ливерпуле словами, подобными тем, которые Ньютон использовал, чтобы представить третий том своей Principia Mathematica: «… исходя из тех же принципов, я теперь демонстрирую структуру системы мира». Ньютон не называл свой закон всемирного тяготения «очередной теорией тяготения, которую я предпочитаю».

Теория Максвелла и квантовая механика

Помимо скромности Максвелла, были и другие причины, по которым его теорию было трудно понять. Он заменил ньютоновскую вселенную материальных объектов, взаимодействующих друг с другом на расстоянии, вселенной полей, простирающихся через пространство и взаимодействующих только локально с материальными объектами. Понятие поля было трудно понять, потому что поля неосязаемы. Ученые того времени, включая самого Максвелла, пытались представить поля как механические структуры, состоящие из множества маленьких колесиков и вихрей, простирающихся в пространстве. Эти структуры должны были переносить механические напряжения, которые электрические и магнитные поля передавали между электрическими зарядами и токами. Чтобы поля удовлетворяли уравнениям Максвелла, система колес и вихрей должна была быть чрезвычайно сложной.

Если попытаться визуализировать теорию Максвелла с помощью таких механических моделей, она выглядит как возврат к астрономии Птолемея с планетами, движущимися по циклам и эпициклам в небе. Это не похоже на изящную астрономию Ньютона. Уравнения Максвелла, записанные в неуклюжих обозначениях, которыми пользовался Максвелл, были пугающе сложными, а его механические модели — еще хуже. Для современников теория Максвелла была лишь одной из многих теорий электричества и магнетизма. Ее было трудно осмыслить, и, казалось, не было явного преимущества перед другими теориями, которые описывали электрические и магнитные силы в ньютоновском стиле как дальнодействие между зарядами и магнитами. Неудивительно, что мало кто из современников Максвелла прилагал усилия, чтобы изучить его теорию.

Теория Максвелла становится простой и понятной только тогда, когда вы отказываетесь мыслить в терминах механических моделей. Вместо того чтобы думать о механических объектах как о первичных, а об электромагнитных напряжениях как о вторичных следствиях, вы должны думать об электромагнитном поле как о первичном, а о механических силах как о вторичном конструкте. Мысль о том, что первичными составляющими Вселенной являются поля, не сразу пришла в голову физикам поколения Максвелла. Поля — это абстрактное понятие, далекое от привычного мира вещей и сил. Уравнения поля Максвелла являются уравнениями в частных производных. Они не могут быть выражены простыми словами, такими как закон движения Ньютона: сила равна массе, умноженной на ускорение. Теория Максвелла должна была ждать следующего поколения физиков, Герца, Лоренца и Эйнштейна, чтобы раскрыть свою силу и прояснить свои концепции. Следующее поколение выросло с уравнениями Максвелла и чувствовало себя как дома во вселенной, построенной из полей. Первенство полей было так же естественно для Эйнштейна, как первенство механических структур — для Максвелла.

https://ddcolrs.wordpress.com/2018/01/17/maxwells-equations-from-20-to-4/

Современный взгляд на мир, возникший из теории Максвелла, — это мир с двумя слоями. Первый слой, слой фундаментальных составляющих мира, состоит из полей, удовлетворяющих простым линейным уравнениям. Второй слой, слой вещей, которые мы можем непосредственно потрогать и измерить, состоит из механических напряжений, энергий и сил. Эти два слоя связаны, потому что величины во втором слое являются квадратичными или билинейными комбинациями величин в первом слое. Чтобы вычислить энергии или напряжения, вы берете квадрат напряженности электрического поля или умножаете одну составляющую поля на другую. Двухслойная структура мира — основная причина, по которой теория Максвелла казалась загадочной и трудной. Объекты на первом уровне, объекты, которые действительно фундаментальны, являются абстракциями, не доступными непосредственно нашим чувствам. Объекты, которые мы можем чувствовать и осязать, находятся на втором слое, и их поведение лишь косвенно определяется уравнениями, действующими на первом слое. Двухслойная структура мира подразумевает, что основные процессы природы скрыты от нашего взгляда.

Теперь мы считаем само собой разумеющимся, что электрические и магнитные поля являются абстракциями, не сводимыми к механическим моделям. Чтобы убедиться в этом, достаточно взглянуть на единицы измерения электрического и магнитного полей. Условная единица напряженности электрического поля — квадратный корень из джоуля на кубический метр. Джоуль — это единица энергии, а метр — единица длины, но квадратный корень из джоуля — это не единица чего-то осязаемого. Мы не можем представить себе, как можно измерить непосредственно квадратный корень из джоуля. Единица измерения напряженности электрического поля — это математическая абстракция, выбранная таким образом, что квадрат напряженности поля равен плотности энергии, которую можно измерить с помощью реальных приборов. Единицей плотности энергии является джоуль на кубический метр, и поэтому мы говорим, что единицей напряженности поля является квадратный корень из джоуля на кубический метр. Это не означает, что напряженность электрического поля можно измерить с помощью квадратного корня калориметра. Это означает, что напряженность электрического поля — абстрактная величина, несоизмеримая с любыми величинами, которые мы можем измерить непосредственно.

Через шестьдесят лет после того, как Максвелл опубликовал свою теорию, Шредингер, Гейзенберг и Дирак изобрели квантовую механику. Квантовая механика была принята гораздо быстрее, чем теория Максвелла, потому что она сделала множество определенных предсказаний об атомных процессах и эксперименты показали, что все предсказания были правильными. Через год-два все поверили в квантовую механику как в практический инструмент для расчета основных процессов физики и химии. Природа, очевидно, подчинялась законам квантовой механики. Но значение квантовой механики оставалось спорным. Хотя квантовая механика была быстро принята, она не была быстро понята. Резкие расхождения во мнениях по поводу интерпретации квантовой механики сохраняются на протяжении семидесяти лет.

И почему их никто не понимал?

Прошло около тридцати лет после Максвелла, прежде чем его уравнения стали понятны всем. Для достижения согласованного понимания квантовой механики потребуется по меньшей мере вдвое больше времени. Мы все еще ведем страстные споры между сторонниками различных интерпретаций квантовой механики, Копенгагенской интерпретации, многомировой интерпретации, декогерентной интерпретации, интерпретаций скрытых переменных и многих других. Причина этих споров заключается в том, что различные интерпретаторы пытаются описать квантовый мир словами повседневного языка, а язык не подходит для этой цели. Повседневный язык описывает мир таким, каким его видят люди. Наше восприятие мира целиком связано с макроскопическими объектами, которые ведут себя в соответствии с правилами классической физики. Все понятия, которые появляются в нашем языке, являются классическими. Каждая из интерпретаций квантовой механики — это попытка описать квантовую механику на языке, в котором отсутствуют соответствующие понятия. Битвы между соперничающими интерпретациями продолжаются безостановочно, и конца им не видно.

Для понимания квантовой механики может оказаться полезным подчеркнуть сходство между квантовой механикой и теорией Максвелла. В двух отношениях теория Максвелла может дать ключ к тайнам квантовой механики.

Во-первых, попытки понять квантовую механику в терминах языка, основанного на классических понятиях, аналогичны попыткам понять теорию Максвелла в терминах механических моделей. Теория Максвелла стала изящной и понятной только после того, как были оставлены попытки представить электромагнитные поля с помощью механических моделей. Точно так же квантовая механика становится изящной и понятной только после того, как попытки описать ее словами прекращаются. Чтобы увидеть красоту теории Максвелла, необходимо отойти от механических моделей и погрузиться в абстрактный мир полей. Чтобы увидеть красоту квантовой механики, необходимо отойти от словесных описаний и погрузиться в абстрактный мир геометрии. Математика — это язык, на котором говорит природа. Язык математики делает мир максвелловских полей и мир квантовых процессов одинаково прозрачными.

Вторая связь между теорией Максвелла и квантовой механикой заключается в глубоком сходстве структуры. Подобно теории Максвелла, квантовая механика делит Вселенную на два слоя. Первый слой содержит волновые функции Шредингера, матрицы Гейзенберга и векторы состояний Дирака. Величины в первом слое подчиняются простым линейным уравнениям. Их поведение можно точно рассчитать. Но их нельзя наблюдать непосредственно. Второй слой содержит вероятности столкновений и превращений частиц, интенсивности и поляризации излучения, математические ожидания энергий и спинов частиц. Величины во втором слое могут быть непосредственно наблюдаемы, но не могут быть непосредственно вычислены. Они не подчиняются простым уравнениям. Это либо квадраты величин первого слоя, либо произведения одной величины первого слоя на другую. В квантовой механике, как и в теории Максвелла, Природа живет в абстрактном математическом мире первого слоя, но мы, люди, живем в конкретном механическом мире второго слоя. Мы можем описать Природу только абстрактным математическим языком, потому что наш вербальный язык находится дома только во втором слое.

Как и в случае с теорией Максвелла, абстрактное качество величин первого слоя проявляется в единицах, в которых они выражаются. Например, волновая функция Шредингера выражается в единице, которая является квадратным корнем из обратного кубического метра. Уже один этот факт ясно показывает, что волновая функция — это абстракция, навсегда скрытая от нашего взгляда. Никто никогда не измерит напрямую квадратный корень из кубического метра. Конечная важность теории Максвелла гораздо больше, чем ее непосредственные достижения в объяснении и объединении явлений электричества и магнетизма. Его конечная важность состоит в том, чтобы стать прототипом для всех великих триумфов физики двадцатого века. Это прототип теории относительности Эйнштейна, квантовой механики, теории обобщенной калибровочной инвариантности Янга-Миллса и единой теории полей и частиц.

Все эти теории основаны на концепции динамических полей, введенной Максвеллом в 1865 году. Все они имеют одинаковую двухслойную структуру, отделяющую мир простых динамических уравнений от мира человеческого наблюдения. Все они воплощают в себе то же качество математической абстракции, которое сделало теорию Максвелла трудной для понимания его современниками. Мы можем надеяться, что глубокое понимание теории Максвелла приведет к рассеиванию тумана непонимания, который все еще окружает интерпретацию квантовой механики. И мы можем надеяться, что глубокое понимание теории Максвелла поможет проложить путь к дальнейшим триумфам физики в XXI веке.

Молекулярные выражения: наука, оптика и вы — Хронология

jpg»> Посетите веб-сайт Molecular Expressions Галерея Фотогалерея Кремниевый зоопарк Чип-шоты Заставки Музей Веб-ресурсы Грунтовка Яванская микроскопия Выиграть обои Обои для Mac Публикации Пользовательские фотографии Использование изображения Свяжитесь с нами Поиск Дом	Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879) Джеймс Клерк Максвелл был одним из величайших ученых девятнадцатого века. Он наиболее известен формулировкой теории электромагнетизма и установлением связи между светом и электромагнитными волнами. Он также внес значительный вклад в области физики, математики, астрономии и инженерии. Многие считают его отцом современной физики. Максвелл родился в Эдинбурге, Шотландия, в 1831 году. Несмотря на то, что большую часть своего формального высшего образования он получил в Лондоне, его всегда тянуло обратно в свой семейный дом на холмах Шотландии. В детстве Максвелл увлекался геометрией и механическими моделями. Когда ему было всего 14 лет, он опубликовал свою первую научную работу по математике овальных кривых и эллипсов, которые он обвел булавками и нитками. Максвелл продолжал публиковать статьи на самые разные темы. К ним относятся математика человеческого восприятия цветов, кинетическая теория газов, динамика волчка, теории мыльных пузырей и многие другие. Раннее образование Максвелла проходило в Эдинбургской академии и Эдинбургском университете. В 1850 году он продолжил учебу в Кембриджском университете, а по окончании Кембриджа Максвелл стал профессором натурфилософии в Маришальском колледже в Абердине до 1860 года. Затем он переехал в Лондон, чтобы стать профессором натурфилософии и астрономии в Королевском колледже. Колледж. В 1865 году отец Максвелла умер, и он вернулся в семейный дом в Шотландии, чтобы посвятить свое время исследованиям. В 1871 году он стал первым профессором экспериментальной физики в Кембридже, где в 1874 году основал всемирно известную Кавендишскую лабораторию.0253 Находясь в Абердине, Максвелл столкнулся с темой премии Адамса 1857 года: движением колец Сатурна. Ранее он думал и теоретизировал о природе колец, когда ему было всего 16 лет. Он решил побороться за приз, и следующие два года были посвящены разработке теории, объясняющей физическое строение колец. В конце концов он смог продемонстрировать чисто математическими рассуждениями, что стабильность колец может быть достигнута только в том случае, если они состоят из множества мелких частиц. Его теория принесла ему премию, и, что более важно, почти сто лет спустя космический зонд «Вояджер-1» подтвердил правильность его теории. Большая часть современных технологий была разработана на основе основных принципов электромагнетизма, сформулированных Максвеллом. Область электроники, включая телефон, радио, телевидение и радар, проистекает из его открытий и формулировок. Хотя Максвелл в значительной степени полагался на предыдущие открытия в области электричества и магнетизма, он также сделал значительный скачок в объединении теорий магнетизма, электричества и света. Его революционная работа привела к развитию квантовой физики в начале 19 века.00-х и к теории относительности Эйнштейна. Максвелл начал свою работу в области электромагнетизма, расширив теории Майкла Фарадея об электричестве и магнитных силовых линиях. Затем он начал видеть связь между подходами Фарадея, Реймана и Гаусса. В результате он смог вывести одну из самых элегантных теорий, когда-либо сформулированных. Используя четыре уравнения, он описал и количественно определил отношения между электричеством, магнетизмом и распространением электромагнитных волн. Уравнения теперь известны как уравнения Максвелла. Одним из первых действий, которые Максвелл сделал с уравнениями, было вычисление скорости электромагнитной волны, и он обнаружил, что скорость электромагнитной волны почти идентична скорости света. Основываясь на этом открытии, он первым предположил, что свет представляет собой электромагнитную волну. В 1862 году Максвелл писал: . «Едва ли мы можем избежать вывода, что свет состоит из поперечных волнистостей той же самой среды, которая является причиной электрических и магнитных явлений». Это было замечательным достижением, поскольку оно объединяет не только теории электричества и магнетизма, но и теории оптики. Электричество, магнетизм и свет теперь можно рассматривать как аспекты одного явления: электромагнитных волн. Максвелл также описал термодинамические свойства молекул газа, используя статистическую механику. Его усовершенствования кинетической теории газов включали показ того, что температура и тепло вызываются только молекулярным движением. Хотя Максвелл не создал кинетическую теорию, он был первым, кто применил вероятность и статистику для описания изменений температуры на молекулярном уровне. Его теория до сих пор широко используется учеными в качестве модели разреженных газов и плазмы. Максвелл также внес свой вклад в развитие цветной фотографии. Его анализ восприятия цвета привел к изобретению трихроматического процесса. Используя красный, зеленый и синий фильтры, он создал первую цветную фотографию. Трихроматический процесс лежит в основе современной цветной фотографии. Особый дар Максвелла заключался в применении математических рассуждений при решении сложных теоретических задач. Электромагнитные уравнения Максвелла — прекрасный пример того, как математика может использоваться для относительно простых и элегантных объяснений сложных тайн Вселенной. Ричард Фейнман писал о Максвелле: «С точки зрения истории человечества, скажем, через десять тысяч лет, не может быть никаких сомнений в том, что самым значительным событием девятнадцатого века будет считаться открытие Максвеллом законов электродинамики. .» Максвелл продолжал свою работу в Кавендишской лаборатории, пока болезнь не вынудила его уйти в отставку в 1879 году. Он вернулся в Шотландию и вскоре умер. Его похоронили без особых церемоний на маленьком кладбище в деревне Партон в Шотландии. НАЗАД К ПИОНЕРАМ ОПТИКИ Вопросы или комментарии? Отправить нам письмо. © 1995-2022 автор Майкл В. Дэвидсон и Университет штата Флорида. Все права защищены. Никакие изображения, графика, программное обеспечение, сценарии или апплеты не могут быть воспроизведены или использованы каким-либо образом без разрешения владельцев авторских прав. Использование этого веб-сайта означает, что вы соглашаетесь со всеми правовыми положениями и условиями, изложенными владельцами. Этот веб-сайт поддерживается нашим Группа графического и веб-программирования в сотрудничестве с Optical Microscopy в Национальной лаборатории сильного магнитного поля. Последнее изменение пятница, 13 ноября 2015 г., 14:19 Количество обращений с 24 декабря 1999 г.: 137324 Посетите сайты наших партнеров в сфере образования:

Джеймс Клерк Максвелл и электромагнитные поля

Джеймс Клерк Максвелл (1831–1879)

13 июня 1831 года родился шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл 9 0323 9 0323 Его самым выдающимся достижением была формулировка набора уравнений, которые объединили ранее не связанные между собой наблюдения, эксперименты и уравнения электричества, магнетизма и оптики в непротиворечивую теорию. Согласно своей теории, он продемонстрировал, что электричество, магнетизм и свет являются проявлениями одного и того же явления, а именно электромагнитного поля. Это было названо «вторым великим объединением в физике» после первого, осуществленного Исааком Ньютоном.

«Второй закон термодинамики имеет ту же степень истины, что и утверждение, что если вы бросите полный стакан воды в море, вы не сможете снова получить тот же самый стакан воды».
– Джеймс Клерк Максвелл, в письме лорду Рэлею

Джеймс Клерк Максвелл Биография

Джеймс Клерк Максвелл родился в Эдинбурге, Шотландия, в семье адвоката Джона Клерка Максвелла из Миддлби и Фрэнсис Кей. Мать Максвелла умерла, когда ему было всего восемь лет. В детстве он в основном получил образование в области религии и продолжил свою академическую карьеру в Эдинбургской академии. В 1847 году Максвелл поступил в Эдинбургский университет и изучал натурфилософию, моральную философию и ментальную философию. В Эдинбурге он учился у сэра Уильяма Гамильтона. В возрасте 18 лет, еще будучи студентом в Эдинбурге, он написал две статьи для трудов Эдинбургского королевского общества. В 1850 году Максвелл перешел в Кембриджский университет. Сначала он поступил в Питерхаус, но затем поступил в Тринити-колледж, потому что думал, что там будет легче получить стипендию. Максвелл завершил большую часть работы над своими электромагнитными уравнениями, когда был еще студентом. В 1854 году Максвелл получил второй лучший экзамен по математике за свой год.

О силовых линиях Фарадея

Сразу после окончания учебы он опубликовал научный трактат О силовых линиях Фарадея , в котором дал первое указание на свои исследования в области электричества, кульминацией которых стала самая важная работа в его жизни. . Всего несколько лет спустя он опубликовал работу «Об устойчивости колец Сатурна» , придя к выводу, что кольца Сатурна не могут быть жидкими или газообразными, а чтобы быть стабильными, они должны состоять из твердых фрагментов. Одной из самых важных областей исследований Максвелла стала кинетическая теория, и он внес значительный вклад в несколько важных экспериментов и тестов, которые он провел. Распределение Максвелла-Больцмана также явилось результатом его исследований по кинетической теории. Он описывал процент молекул, движущихся при определенной температуре с определенной скоростью, и изображал важную часть термодинамики.

Цветное зрение

«Цвет, как мы его воспринимаем, является функцией трех независимых переменных, по крайней мере трех, я думаю, достаточно, но время покажет, буду ли я процветать».
– Джеймс Клерк Максвелл, в письме Уильяму Томсону

С 1855 по 1872 год он опубликовал серию ценных исследований цветового зрения и цветовой слепоты с интервалами. Инструменты, которые он использовал для этих исследований, были простыми и полезными (например, цветные волчки). «За свои исследования состава цветов и другие вклады в оптику» он был награжден медалью Румфорда Королевским обществом в 1860 году. В 1856 году Максвелл был назначен на кафедру натурфилософии в Маришальском колледже в Абердине, которую он занимал до его слияния. с Королевским колледжем в 1860 году. В 1860 году Максвелл стал профессором Королевского колледжа в Лондоне. В 1861 году он был избран членом («Fellow») Королевского общества.

Электромагнитные поля

Несмотря на то, что Джеймс Клерк Максвелл сделал много влиятельных публикаций в различных областях науки, наиболее важной областью его исследований было электричество. Его величайшими результатами стало продолжение исследований Майкла Фарадея [2] и Андре-Мари Ампера [3] в области магнетизма и электричества. Он объединил их многочисленные дифференциальные уравнения с очень немногими, вошедшими в историю как уравнения Максвелла. При этом он поддержал гипотезу о тождестве электричества и магнетизма, получившую широкое распространение с начала XIX в.го века, с правдоподобной математической моделью. Уравнения Максвелла были опубликованы в 1864 году в Королевском обществе, членом которого Максвелл был в течение нескольких лет, и они описывают поведение магнитных и электрических полей и их взаимодействие с веществом. Также гениальный физик предсказал волны качающихся электрических и магнитных полей, движущихся в вакууме. Его предсказания позже были подтверждены Генрихом Герцем и отразили основы радиотехнологий.

Джеймс и Кэтрин Максвелл, 1869 г.

Теория кинетического газа

Одним из наиболее важных исследований Максвелла была теория кинетического газа. Начиная с Даниэля Бернулли[10], эта теория получила дальнейшее развитие в следующих исследованиях Джона Герапата, Джона Джеймса Уотерстона, Джеймса Прескотта Джоуля [11] и особенно Рудольфа Клаузиуса.[4] Он достиг такого совершенства, что его предсказательная точность не вызывала никаких сомнений. Максвелл, показавший себя блестящим экспериментатором и теоретиком в этой области, развил ее превосходным образом. В 1860 году Максвелл сформулировал кинетическую теорию газов, которая позже была обобщена Людвигом Больцманом.[12] Его формула, называемая распределением Максвелла, рассчитывает долю молекул газа, которые движутся с определенной скоростью при данной температуре. В кинетической теории газов температура и давление заставляют молекулы двигаться. Такой подход к объекту исследования обобщил прежние законы термодинамики и более подробно объяснил наблюдения и эксперименты. Работа Максвелла по термодинамике привела его к мысленному эксперименту, который стал известен как «Демон Максвелла». В 1865 году Максвелл переехал в Гленлэр в Кирккадбрайтшире, в поместье, которое он унаследовал от своего отца Джона Клерка Максвелла. В 1868 году он ушел с кафедры физики и астрономии в Королевском колледже в Лондоне.

Влияние и дальнейшая карьера

 К его последним научным вкладам относилась оценка работ Генри Кавендиша.[14] Кавендиш был влиятельным химиком и физиком 18 века. Максвелл узнал, что Кавендиш уже исследовал состав воды и плотность планеты Земля. Когда Максвелл умер в 1879 году в возрасте 48 лет, его преемником стал Джон Уильям Струтт, 3-й барон Рэлей. Сегодня Максвелл считается физиком 19 века, оказавшим наибольшее влияние на науку 20 века. Известно, что он построил мосты между математикой и физикой, и вскоре после его смерти его теории были приняты во всем мире.

Ссылки и дополнительная литература:

• [1] О’Коннор, Джон Дж. ; Робертсон, Эдмунд Ф., «Джеймс Клерк Максвелл», Архив истории математики MacTutor , Университет Сент-Эндрюс .
• [2] Жизнь, полная открытий — великий Майкл Фарадей 
• [3] Андре-Мари Ампер и электромагнетизм
• [4] Рудольф Клаузиус и термодинамика, SciHi Blog
• [5] Джеймс Клерк Максвелл в Викиданных
• [6] Работы Джеймса Клерка Максвелла или о нем в Интернет-архиве
.
• [7] «Опубликованные научные статьи и книги Джеймса Клерка Максвелла», Фонд Клерка Максвелла.
• [8] «Максвелл, Джеймс Клерк», в Encyclopædia Britannica (11-е изд., 1911 г.)
• [9] Генрих Герц и успешная передача электромагнитных волн, блог SciHi
• [10] Даниэль Бернулли и принцип Бернулли, блог SciHi
• [11] Джеймс Прескотт Джоуль и природа тепла, SciHi Blog
• [12] Людвиг Больцман и статистическая механика, блог SciHi
.
• [13] Генри Кавендиш и вес Земли, блог SciHi
.
• [14] Джеймс Клерк Максвелл:  Величайшие математические физики Виктории – профессор Рэймонд Флуд , Gresham College @ youtube
• [15] Льюис Кэмпбелл, Уильям Гарнетт Жизнь Джеймса Клерка Максвелла.