Вчений фізик Джеймс Максвелл. Найцікавіші відкриття джеймса максвелла

Джеймс Клерк Максвелл (1831-79) – англійський фізик, творець класичної електродинаміки, один із основоположників статистичної фізики, організатор і перший директор (з 1871) Кавендіської лабораторії, передбачив існування електромагнітних хвиль, висунув ідею електромагнітної природи світла, встановив перший статистичний закон - закон розподілу молекул за швидкостями, названий його ім'ям.

Розвиваючи ідеї Майкла Фарадея, створив теорію електромагнітного поля (рівняння Максвелла); ввів поняття про струм зміщення, передбачив існування електромагнітних хвиль, висунув ідею електромагнітної природи світла. Встановив статистичний розподіл, названий його ім'ям. Досліджував в'язкість, дифузію та теплопровідність газів. Максвел показав, що кільця Сатурна складаються з окремих тіл. Праці з кольорового зору та колориметрії (диск Максвелла), оптики (ефект Максвелла), теорії пружності (теорема Максвелла, діаграма Максвелла - Кремони), термодинаміки, історії фізики та ін.

Родина, сім'я. Роки навчання

Джеймс Максвелл народився 13 червня 1831 року в Единбурзі. Він був єдиним сином шотландського дворянина та адвоката Джона Клерка, який, отримавши у спадок маєток дружини родича, уродженої Максвелл, додав це ім'я до свого прізвища. Після народження сина родина переїхала до Південної Шотландії, у власний маєток Гленлер («Притулок у долині»), де й пройшло дитинство хлопчика.

У 1841 році батько відправив Джеймса до школи, яка називалася «Единбурзька академія». Тут у 15 років Максвелл написав свою першу наукову статтю «Про креслення овалів». У 1847 він вступив до Единбурзького університету, де провчився три роки, і в 1850 перейшов до Кембриджського університету, який закінчив у 1854 році. До цього часу Джеймс Максвелл був першокласним математиком з чудово розвиненою інтуїцією фізика.

Створення Кавендіської лабораторії. Викладацька робота

Після закінчення університету Джеймса Максвелла залишили в Кембриджі для педагогічної роботи. У 1856 році він отримав місце професора Марішал-коледжу в Абердинському університеті (Шотландія). У 1860 обраний членом Лондонського королівського товариства. У тому ж році переїхав до Лондона, прийнявши пропозицію обійняти посаду керівника кафедри фізики в Кінг-коледжі Лондонського університету, де працював до 1865 року.

Повернувшись у 1871 до Кембриджського університету, Максвелл організував і очолив першу у Великій Британії спеціально обладнану лабораторію для фізичних експериментів, відому як Кавендіська лабораторія (на ім'я англійського вченого Генрі Кавендіша). Становленню цієї лабораторії, яка на рубежі 19-20 ст. перетворившись на один з найбільших центрів світової науки, Максвелл присвятив останні роки свого життя.

Взагалі фактів із життя Максвелла відомо небагато. Сором'язливий, скромний, він прагнув жити самотньо і не вів щоденників. У 1858 році Джеймс Максвелл одружився, але сімейне життя, мабуть, склалося невдало, загострило його нелюдимість, віддалило від колишніх друзів. Існує припущення, що багато важливих матеріалів про життя Максвелла загинули під час пожежі 1929 року в його гленлерському будинку, через 50 років після його смерті. Він помер від раку віком 48 років.

Наукова діяльність

Надзвичайно широка сфера наукових інтересів Максвелла охоплювала теорію електромагнітних явищ, кінетичну теорію газів, оптику, теорію пружності та багато іншого. Одними з перших його робіт були дослідження з фізіології та фізики кольорового зору та колориметрії, розпочаті в 1852 році. У 1861 році Джеймс Максвелл вперше отримав кольорове зображення, спроектувавши на екран одночасно червоний, зелений і синій діапозитиви. Цим було доведено справедливість трикомпонентної теорії зору та намічено шляхи створення кольорової фотографії. У роботах 1857-59 Максвелл теоретично досліджував стійкість кілець Сатурна і показав, що кільця Сатурна можуть бути стійкими лише в тому випадку, якщо складаються з не пов'язаних між собою частинок (тіл).

У 1855 Д. Максвелл розпочав цикл своїх основних робіт з електродинаміки. Були опубліковані статті "Про фарадеєві силові лінії" (1855-56), "Про фізичні силові лінії" (1861-62), "Динамічна теорія електромагнітного поля" (1869). Дослідження було завершено виходом у світ двотомної монографії «Трактат про електрику та магнетизм» (1873).

Створення теорії електромагнітного поля

Коли Джеймс Максвелл в 1855 р. почав дослідження електричних і магнітних явищ, багато з них вже були добре вивчені: зокрема, встановлені закони взаємодії нерухомих електричних зарядів (закон Кулона) і струмів (закон Ампера); доведено, що магнітні взаємодії є взаємодії рухомих електричних зарядів. Більшість вчених на той час вважало, що взаємодія передається миттєво, безпосередньо через порожнечу (теорія далекодії).

Рішучий поворот до теорії близькодії був зроблений Майклом Фарадеєм у 30-ті роки. 19 ст. Згідно з ідеями Фарадея, електричний заряд створює в навколишньому просторі електричне поле. Поле одного заряду діє в інший, і навпаки. Взаємодія струмів здійснюється за допомогою магнітного поля. Розподіл електричних і магнітних полів у просторі Фарадей описував за допомогою силових ліній, які за його поданням нагадують звичайні пружні лінії в гіпотетичному середовищі - світовому ефірі.

Максвелл повністю сприйняв ідеї Фарадея про існування електромагнітного поля, тобто про реальність процесів у просторі біля зарядів та струмів. Він вважав, що тіло не може діяти там, де його немає.

Перше, що зробив Д.К. Максвелл - надав ідеям Фарадея сувору математичну форму, настільки необхідну у фізиці. З'ясувалося, що з запровадженням поняття поля закони Кулона і Ампера стали висловлюватися найповніше, глибоко і витончено. У явищі електромагнітної індукції Максвелл побачив нову властивість полів: змінне магнітне поле породжує в порожньому просторі електричне поле із замкнутими силовими лініями (так зване вихрове електричне поле).

Наступний і останній крок у відкритті основних властивостей електромагнітного поля був зроблений Максвеллом без будь-якої опори на експеримент. Їм була висловлена ​​геніальна здогад про те, що змінне електричне поле породжує магнітне поле, як і звичайний електричний струм (гіпотеза про струм усунення). До 1869 р. всі основні закономірності поведінки електромагнітного поля були встановлені і сформульовані у вигляді системи чотирьох рівнянь, що отримали назву Максвелла рівнянь.

Рівняння Максвелла - основні рівняння класичної макроскопічної електродинаміки, що описують електромагнітні явища у довільних середовищах та у вакуумі. Рівняння Максвелла отримані Дж. К. Максвеллом у 60-х роках. 19 ст. у результаті узагальнення знайдених із досвіду законів електричних та магнітних явищ.

З рівнянь Максвелла випливав фундаментальний висновок: кінцівка швидкості поширення електромагнітних взаємодій. Це головне, що відрізняє теорію близькодії від теорії далекодії. Швидкість виявилася рівною швидкості світла у вакуумі: 300 000 км/с. Звідси Максвел зробив висновок, що світло є форма електромагнітних хвиль.

Роботи з молекулярно-кінетичної теорії газів

Надзвичайно велика роль Джеймса Максвелла у розробці та становленні молекулярно-кінетичної теорії (сучасна назва – статистична механіка). Максвелл першим висловив твердження про статистичний характер законів природи. У 1866 р. їм було відкрито перший статистичний закон - закон розподілу молекул за швидкостями (Максвелла розподіл). Крім того, він розрахував значення в'язкості газів залежно від швидкостей та довжини вільного пробігу молекул, вивів ряд співвідношень термодинаміки.

Розподіл Максвелла - розподіл за швидкостями молекул системи може термодинамічного рівноваги (за умови, що поступальний рух молекул описується законами класичної механіки). Встановлено Дж. К. Максвеллом у 1859 році.

Максвелл був блискучим популяризатором науки. Він написав ряд статей для Британської енциклопедії та популярні книги: «Теорія теплоти» (1870), «Матерія та рух» (1873), «Електрика в елементарному викладі» (1881), які були перекладені російською мовою; читав лекції та доповіді на фізичні теми для широкої аудиторії. Максвелл виявляв також великий інтерес до історії науки. У 1879 він опублікував праці Г. Кавендіша з електрики, забезпечивши їх великими коментарями.

Оцінка робіт Максвелла

Роботи вченого були гідно оцінені його сучасниками. Ідеї ​​існування електромагнітного поля здавалися довільними і неплідними. Тільки після того, як Генріх Герц у 1886-89 експериментально довів існування електромагнітних хвиль, передбачених Максвеллом, його теорія отримала загальне визнання. Сталося це через десять років після смерті Максвелла.

Після експериментального підтвердження реальності електромагнітного поля було зроблено фундаментальне наукове відкриття: існують різні види матерії, і кожному їх властиві свої закони, не зведені до законів механіки Ньютона. Втім, сам Максвелл навряд чи виразно це усвідомлював і спочатку намагався будувати механічні моделі електромагнітних явищ.

Про роль Максвелла у розвитку науки чудово сказав американський фізик Річард Фейнман: «В історії людства (якщо подивитися на неї, скажімо, через десять тисяч років) найзначнішою подією 19 століття, безперечно, буде відкриття Максвеллом законів електродинаміки. На тлі цього важливого наукового відкриття громадянська війна в Америці того ж десятиліття виглядатиме провінційною подією».

Джеймс Максвелл помер 5 листопада 1879 р., Кембридж. Він похований не в усипальниці великих людей Англії - Вестмінстерському абатстві, - а в скромній могилі поряд з його улюбленою церквою в шотландському селі, неподалік родового маєтку.

У вашому браузері вимкнено Javascript.
Щоб розрахувати, необхідно дозволити елементи ActiveX!

Народився Джеймс Максвелл 13 червня 1831 року в столиці Шотландії, місті Единбурзі, в сім'ї адвоката та спадкового дворянина Джона Клерка Максвелла. Дитинство Джеймса пройшло у фамільному маєтку у Південній Шотландії. Його мати рано померла і вихованням хлопчика займався батько. Саме він прищепив Джеймсу любов до технічних наук. У 1841 році він вступив до Единбурзької академії. Потім, в 1847 протягом трьох років навчався в університеті Единбурга. Тут Максвелл вивчає та розвиває теорію пружності, ставить наукові досліди. У 1850 – 1854 pp. навчався у Кембриджському університеті, який закінчив зі ступенем бакалавра.

Після закінчення навчання Джеймс залишається викладати у Кембриджі. У цей час він починає роботу над теорією кольорів, що згодом лягла в основу кольорової фотографії. Максвелл також починає цікавитися електрикою та магнітним ефектом.

У 1856 році Джеймс Максвелл став професором Марішаль-коледжу в Абердіні (Шотландія), пропрацювавши там до 1860 року. У червні 1858 року Максвелл одружився з дочкою директора коледжу. Працюючи в Абердіні, Джеймс працює над трактатом «Про стійкість руху кілець Сатурна» (1859), визнаною та схваленою науковими колами. Водночас, Максвелл займається розробкою кінетичної теорією газів, яка лягла в основу сучасної статистичної механіки, а пізніше, у 1866 році, їм було відкрито закон розподілу молекул за швидкостями, названий його ім'ям.

У 1860 – 1865 р.р. Джеймс Максвелл був професором на кафедрі натуральної філософії у Кінгс-коледжі (Лондон). в 1864 вийшла його стаття «Динамічна теорія електромагнітного поля», яка стала головною роботою Максвелла і зумовила напрям його подальших досліджень. Проблемами електромагнетизму вчений займався до кінця свого життя.

В 1871 Максвелл повернувся в Кембриджський університет, де очолив першу лабораторію для фізичних експериментів, названу на ім'я англійського вченого Генрі Кавендіша - Кавендішська лабораторія. Там він викладав фізику та брав участь у оснащенні лабораторії.

У 1873 році вчений нарешті закінчує роботу над двотомною працею «Трактат про електрику та магнетизм», що стала воістину енциклопедичною спадщиною в галузі фізики.

Помер великий вчений 5 листопада 1879 року від раку і був похований поблизу родового маєтку, у шотландському селі Партон.

Оцінка з біографії

Нова функція! Середня оцінка, яку одержала ця біографія. Показати оцінку

Джеймс Максвелл (1831-1879).

Джеймс Клерк Максвелл народився в Единбурзі 13 червня 1831 року. Незабаром після народження хлопчика батьки відвезли його до свого маєтку Гленлер. З цього часу "берлога у вузькій ущелині" міцно ввійшла в життя Максвелла. Тут жили та померли його батьки, тут довго жив і похований він сам.

Коли Джеймсу було вісім років, у хату прийшло нещастя: тяжко захворіла мати і незабаром померла. Тепер єдиним вихователем Джеймса став батько, до якого він на все життя зберіг почуття ніжної прихильності та дружби. Джон Максвелл був не тільки батьком і вихователем сина, але і його найвірнішим другом.

Незабаром настав час, коли хлопчикові треба було починати вчитися. Спочатку запрошували вчителів додому. Але шотландські домашні вчителі були такими ж грубими і неосвіченими, як і їхні англійські колеги, з таким сарказмом і ненавистю, описані Діккенсом. Тому вирішено було віддати Джеймса в нову школу, яка мала гучну назву Единбурзької академії.

Хлопчик поступово втягнувся у шкільне життя. Він став з великим інтересом ставитись до уроків. Особливо йому подобалася геометрія. Вона на все життя залишилася одним із найсильніших захоплень Максвелла. Геометричні образи та моделі зіграли величезну роль у його науковій творчості. З неї почався науковий шлях Максвелла.

Максвелл закінчив академію в одному з перших випусків. На прощання з улюбленою школою він написав гімн Единбурзької академії, який дружно і з захопленням співали її вихованці. Тепер перед ним відчинилися двері Единбурзького університету.

Будучи студентом, Максвелл виконав серйозне дослідження з теорії пружності, що здобуло високу оцінку фахівців. І тепер перед ним постало питання про перспективу його подальшого навчання у Кембриджі.

Найстарішим коледжем Кембриджу було засновано 1284 року коледж св. Петра (Пітерхауз), найбільш знаменитий - коледж св. Трійці (Трініті-коледж), заснований у 1546 році. Славу цього коледжу створив його знаменитий вихованець Ісаак Ньютон. Пітерхауз і Трініті-коледж були послідовно місцем перебування в Кембриджі молодого Максвелла. Після короткого перебування в Пітерхаузі Максвелл перевівся до Трініті-коледжу.

Обсяг знань Максвелла, міць його інтелекту та самостійність мислення дозволили йому досягти високого місця у своєму випуску. Він посів друге місце.

Молодий бакалавр був залишений у Трініті-коледжі як викладач. Але його турбували наукові проблеми. Крім його старого захоплення геометрією та проблемою кольорів, якими він почав займатися ще 1852 року, Максвелл зацікавився електрикою.

20 лютого 1854 Максвелл повідомляє Томсон про свій намір "атакувати електрику". Результатом "атаки" було твір "Про фарадеєві силові лінії" - першу з трьох основних праць Максвелла, присвячених вивченню електромагнітного поля. Слово "поле" вперше з'явилося в тому самому листі Томсону, але ні в цьому, ні в наступному творі, присвяченому силовим лініям. Максвел його не вживає. Це поняття знову з'явиться лише 1864 року у роботі " Динамічна теорія електромагнітного поля " .

Восени 1856 року Максвелл вступив на посаду професора натуральної філософії Марішаль-коледжу в Абердіні. Кафедра натуральної філософії, тобто кафедра фізики в Абердіні, до Максвелла, по суті, не існувала, і молодому професору довелося організовувати навчальну та наукову роботу з фізики.

Перебування в Абердіні ознаменувалося важливою подією і в особистому житті Максвелла: він одружився з дочкою глави Марішаль-коледжу Даніеля Дьюара Кетрін Мері Дьюар. Сталася ця подія у 1858 році. З цього часу і до кінця життя подружжя Максвелл проходило свій життєвий шлях рука об руку.

У 1857-1859 роках вчений провів свої розрахунки руху кілець Сатурна. Він показав, що рідке кільце при обертанні зруйнується хвилями, що виникають у ньому, і розіб'ється на окремі супутники. Максвелл розглядав рух кінцевого ряду таких супутників. Найважче математичне дослідження принесло йому премію Адамса та славу першокласного математика. Премированное твір видано 1859 року Кембриджським університетом.

Від вивчення кілець Сатурна цілком природним був перехід до розгляду рухів молекул газу. Абердинський період життя Максвелла закінчився виступом його на зборах Британської асоціації 1859 з доповіддю "Про динамічну теорію газів". Цей документ започаткував багаторічні та плідні дослідження Максвелла в галузі кінетичної теорії газів та статистичної фізики.

Оскільки кафедру, де працював Максвелл, закрили, вченому довелося підшукувати нову роботу. У 1860 Максвелла обирають професором натуральної філософії Кінг-коледжу в Лондоні.

Лондонський період ознаменувався публікацією великої статті "Пояснення до динамічної теорії газів", яка була опублікована у провідному англійському фізичному журналі "Філософський журнал" у 1860 році. Цією статтею Максвел вніс величезний внесок у нову галузь теоретичної фізики - статистичну фізику. Засновниками статистичної фізики в її класичній формі вважаються Максвелл, Больцман та Гіббс.

Літо 1860 перед початком осіннього семестру в Лондоні дружини Максвелл провели в родовому маєтку Гленлер. Однак відпочити та набратися сил Максвеллу не вдалося. Він захворів на віспу у важкій формі. Лікарі побоювалися за його життя. Але надзвичайна мужність і терпіння відданої йому Кетрін, яка робила все, щоб виходити хворого чоловіка, допомогли їм перемогти страшну хворобу. Таким важким випробуванням почалося його лондонське життя. У цей період свого життя Максвел опублікував велику статтю про квіти, а також роботу "Пояснення до динамічної теорії газів". Але головна праця його життя була присвячена теорії електрики.

Він публікує дві основні роботи з створеної ним теорії електромагнітного поля: "Про фізичні силові лінії" (1861-1862) та "Динамічна теорія електромагнітного поля" (1864-1865). За десять років Максвелл виріс у найбільшого вченого, творця фундаментальної теорії електромагнітних явищ, що стала поряд з механікою, термодинамікою та статистичною фізикою одним із засад класичної теоретичної фізики.

У цей період життя Максвелл почав роботи з електричним вимірам. Він був особливо зацікавлений у раціональній системі електричних одиниць, оскільки створена ним електромагнітна теорія світла ґрунтувалася лише на збігу відношення електростатичних та електромагнітних одиниць електрики зі швидкістю світла. Цілком природно, що він став одним із активних членів "Комісії одиниць" Британської асоціації. Крім того, Максвелл глибоко розумів тісний зв'язок науки та техніки, важливість цього союзу як для прогресу науки, так і для технічного прогресу. Тому з шістдесятих років і до кінця життя він невпинно працював у галузі електричних вимірів.

Напружене лондонське життя погано позначилося на здоров'ї Максвелла та його дружини, і вони вирішили пожити у своєму родовому маєтку Гленлері. Це рішення стало неминучим після важкого захворювання Максвелла наприкінці літнього відпочинку 1865 року, який він, як завжди, проводив у своєму маєтку. Максвелл залишив службу в Лондоні і п'ять років (з 1866 по 1871) прожив у Гленлері, виїжджаючи зрідка в Кембридж на іспити, і лише в 1867 за порадою лікарів здійснив подорож до Італії. Займаючись у Гленлері господарськими справами, Максвелл не залишав наукових занять. Він напружено працював над головною працею свого життя "Трактатом з електрики та магнетизму", написав книгу "Теорія теплоти", важливу роботу про регуляторів, ряд статей з кінетичної теорії газів, брав участь у зборах Британської асоціації. Творче життя Максвелла в селі тривало так само інтенсивно, як і в університетському місті.

1871 року Максвелл видав у Лондоні книгу "Теорія тепла". Цей підручник мав велику популярність. Вчений писав, що метою його книги "Теорія тепла" було виклад вчення про теплоту "в тій послідовності, в якій воно розвивалося".

Незабаром після виходу "Теорії тепла" Максвелл отримав пропозицію зайняти новостворену кафедру експериментальної фізики в Кембриджі. Він погодився і 8 березня 1871 року був призначений професором кавендіша Кембриджського університету.

У 1873 році виходять "Трактат з електрики та магнетизму" (у двох томах) і книга "Матерія і рух".

"Матерія та рух" - це невелика книжка, присвячена викладу основ механіки.

"Трактат з електрики та магнетизму" - головна праця Максвелла і вершина його наукової творчості. У ньому він підбив підсумки багаторічної роботи з електромагнетизму, що почалася ще на початку 1854 року. Передмова до "Трактату" датована 1 лютого 1873 року. Дев'ятнадцять років працював Максвелл над своєю основною працею!

Максвелл розглянув всю суму знань з електрики та магнетизму свого часу, починаючи з основних фактів електростатики і закінчуючи створеною ним електромагнітною теорією світла. Він підбив підсумки боротьби теорій дальнодії і близької дії, що почалася ще за життя Ньютона, присвятивши останній розділ своєї книги розгляду теорій дії на відстані. Максвелл не висловився відкрито проти теорій електрики, що існували до нього; він виклав фарадіївську концепцію як рівноправну з панівними теоріями, але весь дух його книги, його підхід до аналізу електромагнітних явищ були настільки новими і незвичайними, що сучасники відмовлялися зрозуміти книгу.

У знаменитій передмові до "Трактату" Максвелл так характеризує мету своєї праці: описати найважливіші з електромагнітних явищ, показати, як їх можна виміряти і "простежити математичні співвідношення між величинами, що вимірюються". Він вказує, що постарається "по можливості висвітлити зв'язок математичної форми цієї теорії та загальної динаміки, щоб певною мірою підготуватися до визначення тих динамічних законів, серед яких нам слід було б шукати ілюстрації або пояснення електромагнітних явищ".

Закони механіки Максвелл вважає основними законами природи. Не випадково тому як фундаментальну передумову до основних своїх рівнянь електромагнітної теорії він викладає основні положення динаміки. Але разом з тим Максвелл розуміє, що теорія електромагнітних явищ - це якісно нова теорія, що не зводиться до механіки, хоча механіка полегшує проникнення в цю нову область явищ природи.

Головні висновки Максвелла зводяться до наступного: змінне магнітне поле, що збуджується змінним струмом, створює в навколишньому просторі електричне поле, яке в свою чергу збуджує магнітне поле, і т. д. Електричні і магнітні поля, що змінюються, взаємно породжуючи один одного, утворюють єдине перемінне поле – електромагнітну хвилю.

Він вивів рівняння, що свідчать, що магнітне поле, створюване джерелом струму, поширюється від нього з постійною швидкістю. Виникнувши, електромагнітне поле поширюється у просторі зі швидкістю світла 300 000 км/с, займаючи все більший та більший обсяг. Д. Максвелл стверджував, що хвилі світла мають таку ж природу, як і хвилі, що виникають навколо дроту, у якому є змінний електричний струм. Вони відрізняються один від одного лише довжиною. Дуже короткі хвилі є видиме світло.

У 1874 році він розпочинає велику історичну роботу: вивчення наукової спадщини вченого XVIII століття Генрі Кавендіша і готує її до друку. Після досліджень Максвелла стало ясно, що Кавендіш задовго до Фарадея відкрив вплив діелектрика на величину електроємності і за 15 років до Кулон відкрив закон електричних взаємодій.

Роботи Кавендіша з електрики з описом експериментів зайняли великий том, що вийшов в 1879 під назвою "Статті з електрики високоповажного Генрі Кавендіша". Це була остання книга Максвелла, випущена за його життя. 5 листопада 1879 року у Кембриджі він помер.

(13.06.1831 - 05.11.1879)

((1831-1879), англійський фізик, творець класичної електродинаміки, один із основоположників статистичної фізики. Народився 13 червня 1831 року в Единбурзі в родині шотландського дворянина із знатного роду Клерків. Навчався спочатку в Единбурзькому (1847-1850), потім у Кембриджському (1850-1854) університеті. У 1855 став членом ради Трініті-коледжу, в 1856-1860 був професором натурфілософії Марішал-коледжу Абердинського університету, з 1860 очолював кафедру фізики та астрономії в Кінгз-коледжі Лондонського університету. У 1865 через серйозну хворобу Максвелл відмовився від кафедри і оселився у своєму родовому маєтку Гленлер поблизу Единбурга. Тут він продовжував займатися наукою, написав кілька творів з фізики та математики.

У 1871 році в Кембриджському університеті була заснована кафедра експериментальної фізики, яку Максвелл погодився зайняти. Тут він узяв на себе тягар організації при кафедрі науково-дослідної лабораторії, першої фізичної лабораторії в Англії. Кошти на її створення були пожертвовані герцогом Девонширським, лордом-канцлером Університету, але всі організаційні роботи велися під наглядом і за вказівками Максвелла (крім того, він вклав у неї чимало власних коштів). Лабораторія відкрилася 16 червня 1874 року і була названа Кавендишською – на честь чудового англійського вченого кінця 18 ст. Г.Кавендіша, якому герцог доводився онучним племінником. Лабораторія була пристосована як наукової роботи, так лекційних демонстрацій. Згодом вона стала однією з найзнаменитіших фізичних лабораторій світу.

Останні роки життя Максвелл багато займався підготовкою до друку та виданням величезної рукописної спадщини Кавендіша - його теоретичних та експериментальних робіт з електрики. Два великі томи вийшли в жовтні 1879 року. Помер Максвелл у Кембриджі 5 листопада 1879 року. Після відспівування в каплиці Трініті-коледжу він був похований на фамільному цвинтарі в Шотландії.

Свою першу наукову роботу Максвелл виконав ще у школі: у віці 15 років він вигадав простий спосіб викреслення овальних фігур. Ця робота була доповідана на засіданні Королівського товариства і навіть опублікована у його "Працях". Під час перебування членом Трініті-коледжу він займався експериментами з теорії квітів, виступаючи як продовжувач теорії Юнга та теорії трьох основних кольорів Гельмгольця. У своїх експериментах зі змішування кольорів Максвелл застосував особливий дзига, диск якого був розділений на сектори, пофарбовані в різні кольори ("диск Максвелла"). При швидкому обертанні дзиги кольору зливалися: якщо диск був зафарбований так, як розташовані кольори спектру, він здавався білим; якщо одну половину його зафарбовували червоним, а іншу - жовтим, він здавався помаранчевим; змішування синього та жовтого створювало враження зеленого. Різні комбінації кольорів давали різні відтінки. Дещо пізніше Максвелл з успіхом демонстрував цей прилад на своїх лекціях у Королівському товаристві. У 1860 році за роботи зі сприйняття кольору та оптики він був нагороджений медаллю Румфорда.

У 1857 році Кембриджський університет оголосив конкурс на кращу роботу про стійкість кілець Сатурна, в якому Максвелл вирішив взяти участь. Ці освіти були відкриті Галілеєм на початку 17 ст. і представляли дивовижну загадку природи: планета здавалася оточеною трьома суцільними концентричними кільцями, що складаються з речовини невідомої природи. Лаплас довів, що вони можуть бути твердими. Провівши математичний аналіз, Максвелл переконався, що вони не можуть бути рідкими, і прийшов до висновку, що подібна структура є стійкою тільки в тому випадку, якщо вона складається з рою не пов'язаних між собою метеоритів. Стійкість кілець забезпечується їх тяжінням до Сатурну та взаємним рухом планети та метеоритів. За цю роботу Максвелл отримав премію Дж. Адамса і відразу став лідером математичної фізики.

Однією з перших робіт Максвелла, які зробили найбільш вагомий внесок у науку, стала його кінетична теорія газів. У 1859 році він виступив на засіданні Британської асоціації з доповіддю, в якій дав висновок розподілу молекул за швидкостями (максвеллівський розподіл). Максвелл розвинув уявлення свого попередника у розробці кінетичної теорії газів Р.Клаузіуса, який запровадив поняття "середньої довжини вільного пробігу" (середньої відстані, що проходить молекула газу між її зіткненням з іншою молекулою). Максвелл виходив з уявлення про газ як про ансамбль безлічі ідеально пружних кульок, що хаотично рухаються в замкнутому просторі і зазнають лише пружних зіткнень. Кульки (молекули) можна розділити на групи за швидкостями, причому у стаціонарному стані число молекул у кожній групі залишається постійним, хоча вони можуть виходити з груп і входити до них. З такого розгляду випливало, що "частки розподіляються за швидкостями за таким самим законом, за яким розподіляються помилки спостережень у теорії методу найменших квадратів, тобто відповідно до статистики Гауса". Так уперше до опису фізичних явищ увійшла статистика. У межах своєї теорії Максвелл пояснив закон Авогадро, дифузію, теплопровідність, внутрішнє тертя (теорія перенесення).

У 1867 р. показав статистичну природу другого початку термодинаміки ("демон Максвелла"). У 1831, у рік народження Максвелла, М.Фарадей проводив класичні експерименти, які призвели до відкриття електромагнітної індукції. Максвелл приступив до дослідження електрики та магнетизму приблизно через 20 років, коли існували два погляди на природу електричних та магнітних ефектів. Такі вчені, як А.М.Ампер та Ф.Нейман, дотримувалися концепції далекодії, розглядаючи електромагнітні сили як аналог гравітаційного тяжіння між двома масами. Фарадей був прихильником ідеї силових ліній, які з'єднують позитивний та негативний електричні заряди або північний та південний полюси магніту. Вони заповнюють весь навколишній простір (поле, за термінологією Фарадея) та зумовлюють електричні та магнітні взаємодії. Максвелл найретельніше вивчив роботи Фарадея і майже все своє творче життя розвивав ідеї поля.

Наслідуючи Фарадею, він розробив гідродинамічну модель силових ліній і висловив відомі тоді співвідношення електродинаміки математичною мовою, що відповідає механічним моделям Фарадея. Основні результати цього дослідження відображені в роботі Фарадєєва силові лінії (Faraday's Lines of Force), спрямованої Фарадею в 1857. У 1860-1865 Максвелл створив теорію електромагнітного поля, яку він сформулював у вигляді системи рівнянь (рівняння Максвелла), що описують електромагнітних явищ: 1-е рівняння виражало електромагнітну індукцію Фарадея, 2-е - магнітоелектричну індукцію, відкриту Максвеллом і засновану на уявленнях про струми зміщення; Ідеї ​​Максвелл дійшов висновку, що будь-які зміни електричного і магнітного полів повинні викликати зміни в силових лініях, що пронизують навколишній простір, тобто повинні існувати імпульси (або хвилі), що розповсюджуються в середовищі. від діелектричної та магнітної проникності середовища та дорівнює відношенню електромагнітної одиниці електрики до електростатичної. За даними Максвелла та інших дослідників, це ставлення становить 3Ч1010 см/с, що дуже близько до швидкості світла, виміряної сім років раніше французьким фізиком А.Фізо.

У жовтні 1861 Максвелл повідомив Фарадею про своє відкриття: світло - це електромагнітне обурення, що розповсюджується в середовищі, що не провадить, тобто. різновид електромагнітних хвиль. Цей завершальний етап був відбитий у роботі Максвелла Динамічна теорія електромагнітного поля (Treatise on Electricity and Magnetism, 1864), а підсумок його робіт з електродинаміки підбив знаменитий Трактат про електрику та магнетизм (1873). Експериментальне і технічне завдання отримання та використання електромагнітних хвиль у широкому спектральному діапазоні, в якому на частку видимого світла припадає лише мала частина, була успішно вирішена наступними поколіннями вчених та інженерів. Застосування теорії Максвелла дали світові всі види радіозв'язку, включаючи радіомовлення та телебачення, радіолокацію та навігаційні засоби, а також засоби для управління ракетами та супутниками. 1831-1879), англійський фізик, творець класичної електродинаміки, один із основоположників статистичної фізики.

(1831-1879) англійський фізик, творець теорії електромагнітного поля

Джеймс Клерк Максвелл народився в 1831 році в заможній дворянській родині, що належала до знатного та старовинного шотландського роду Клерків. Його батько Джон Клерк, котрий прийняв прізвище Максвелл, був юристом. Він виявляв великий інтерес до природознавства, був людиною з різнобічними культурними інтересами, мандрівником, винахідником та вченим. Дитинство Джеймса пройшло в Гленлері - мальовничому куточку, розташованому за кілька миль від затоки Ірландського моря.

Джеймс дуже любив переробляти речі, покращуючи їх конструкцію, майструвати, малювати, умів в'язати та вишивати. Його природна допитливість і схильність до самотніх роздумів знаходили повне розуміння в його рідних і особливо в батька. Дружбу з батьком Джеймс проніс через все життя, і, ставши дорослим, він скаже, що найбільша удача в житті мати добрих і мудрих батьків. Хлопчик рано втратив матір: 1839 року вона померла, не перенісши важкої операції.

У 1841 році у віці 10 років Джеймс вступає до Единбурзької академії - середнього навчального закладу типу класичної гімназії. До п'ятого класу він навчався без особливих інтересів, багато хворів. У п'ятому класі хлопчик захопився геометрією, почав робити моделі геометричних тіл і вигадувати свої способи вирішення завдань. У 1846 році, коли йому не було і 15 років, він написав свою першу наукову роботу - «Про креслення овалів та про овали з багатьма фокусами», надруковану згодом у працях Единбурзького королівського товариства. Цією юнацькою роботою відкриваються двотомні збори наукових статей Максвелла.

У 1847 році, не закінчивши гімназії, він вступив до Единбурзького університету. До цього часу Джеймс захопився досвідом з оптики, хімії, магнетизму, багато займався фізикою та математикою. В 1850 він виступив перед членами Королівського товариства з доповіддю «Про рівновагу пружних тіл», в якому довів відому теорему, названу «теоремою Максвелла».

У 1850 році Джеймс перевівся в Кембриджський університет, у знаменитий Трініті-коледж, де свого часу навчався Ісаак Ньютон. Важливу роль формуванні наукового світогляду юнака зіграло його спілкування з вченими коледжу, насамперед із Джорджем Сто-ксом і Вільямом Томсоном (Кельвіном). Ретельне вивчення робіт Майкла Фарадея з електрики вказало шлях його власним подальшим дослідженням.

В 1854 Максвелл закінчив Кембриджський університет, отримавши другу нагороду - премію Сміта, що присуджувалася за перемогу на найважчому математичному іспиті. Першу нагороду він поступився Раусу - майбутньому відомому механіку та математику. Відразу після закінчення університету розпочалася його викладацька діяльність у Трініті-коледжі. Максвелл читає лекції з гідравліки та оптики, займається дослідженнями з теорії кольору. В 1855 він посилає в Единбурзьке королівське товариство доповідь «Досліди за кольором», розробляє теорію кольорового зору. Як свідчили сучасники, Джеймс Максвелл був блискучим викладачем, але ставився до своїх педагогічним обов'язків дуже сумлінно. Його справжньою пристрастю були наукові дослідження.

До цього часу у нього прокинувся інтерес до проблем електрики та магнетизму, і в 1855-1856 роках він закінчив свою першу роботу в цій галузі – «Про фарадеєві силові лінії». У ньому вже намічаються основні риси його майбутнього великої праці. З 1855 року вчений перебуває в Единбурзькому королівському товаристві.

В 1856 професор Дж. Максвелл їде працювати на кафедру натурфілософії Абердинського університету в Шотландії, де залишається до 1860 року. У 1857 році він посилає свою статтю з електромагнетизму Майклу Фарадею, яка дуже торкнулася того. Фарадей вразився силою таланту молодого вченого. У цей час Максвелл паралельно з проблемами електромагнетизму займається вирішенням наукових питань та інших областях. Він бере участь у конкурсі Кембриджського університету, присвяченому стійкості кілець Сатурна, та представляє на конкурс роботу «Про стійкість кілець Сатурна», в якій показує, що кільця не є твердими або рідкими, а є рій метеоритів. Ця робота була названа одним із чудових додатків математики, а вчений отримав почесну премію Адамса.

Джеймс Максвелл є одним із творців кінетичної теорії газів. У 1859 році він встановив статистичний закон розподілу молекул газу, що перебуває у стані теплової рівноваги, за швидкостями, що отримав назву розподілу Максвелла.

З 1860 по 1865 Максвелл є професором фізики Кінге-Колледжа в Лондонському університеті. Тут він уперше зустрівся зі своїм кумиром - Майклом Фарадеєм, який був уже старий і хворий.

Обрання Дж. Максвелла в 1861 році членом Королівського товариства в Лондоні стало визнанням важливості його наукових праць, серед яких слід відзначити дві важливі статті з електромагнетизму: "Про фізичні силові лінії" (1861-1862) і "Динамічна теорія електромагнітного поля" (1864- 1865). В останній роботі викладено теорію електромагнітного поля, яку він сформулював у вигляді системи кількох рівнянь - рівнянь Максвелла, що виражають усі основні закономірності електромагнітних явищ. Також у ній дається уявлення про світло як електромагнітні хвилі.

1 еорія електромагнітного поля є найбільшим науковим досягненням Джеймса Максвелла, вона ознаменувала собою початок нового етапу у фізиці. Більшість вчених винятково високо оцінили теорію Максвелла, який став одним із провідних фізиків світу.

1865 року під час верхової їзди з ним стався нещасний випадок. Перенісши важке захворювання, він залишив кафедру в Лондонському університеті і переїхав до рідного Гленлера, у свій маєток, де протягом шести років (до 1871 року) продовжував дослідження з теорії електромагнетизму та теплоти. Результати його були опубліковані в 1871 року у праці «Теорія теплоти».

У 1871 році коштом нащадка відомого англійського вченого XVIII століття Генрі Кавендіша - герцога Кавенді-ша - була заснована кафедра експериментальної фізики в Кембриджському університеті, першим професором якої був запрошений Максвелл. Разом з кафедрою він прийняв і лабораторію, будівництво якої щойно почалося під його наглядом та керівництвом. Це була майбутня знаменита Кавендіська лабораторія - науковий та дослідницький центр, який згодом прославився на весь світ. 16 червня 1874 року відбулося урочисте відкриття Кавендіської лабораторії, яку Максвелл очолював до кінця свого життя. Згодом її очолювали Дж. Релей, Д. Д. Гомсон, Еге. Резерфорд, У. Брегг.

Джеймс Максвелл був чудовим керівником лабораторії і мав незаперечний авторитет серед співробітників. Він відрізнявся великою простотою, м'якістю та щирістю у спілкуванні з людьми, завжди був принциповий та активний, цінував та любив гумор.

У Кавендіші Максвелл вів велику наукову та педагогічну роботу. У 1873 році виходить у світ його «Трактат про електрику і магнетизм», що підбиває підсумок його дослідженням у цій галузі і став вершиною його наукової творчості. Вісім років він віддав «Трактату», а останні п'ять років життя присвятив обробці та виданню неопублікованих праць Генрі Кавендіша, на честь якого було названо лабораторію. Два великі томи робіт Кавендіша зі своїми коментарями Максвел опублікував у 1879 році.

Він ніколи не проявляв себелюбності та образливості, не прагнув слави і завжди спокійно приймав критику на свою адресу. Його супутниками завжди були самовладання та витримка. Навіть коли він важко захворів і відчував болісний біль, він залишався врівноваженим і спокійним. Вчений мужньо зустрів слова лікаря про те, що йому лишилося жити не більше місяця.

Джеймс Клерк Максвелл помер 5 листопада 1879 року від раку у віці сорока восьми років. Лікар, який лікував його, пише у своїх спогадах, що Джеймс мужньо переносив хворобу. Він відчував неймовірний біль, але ніхто з оточуючих навіть не здогадувався про це. До самої смерті він мислив чітко і ясно, чудово усвідомлюючи близьку кончину та зберігаючи повний спокій.