Muchas publicaciones y revistas científicas han publicado recientemente artículos sobre avances en física y científicos modernos, y rara vez son publicaciones sobre físicos del pasado. Nos gustaría corregir esta situación y recordar a uno de los físicos destacados del siglo pasado, James Clerk Maxwell. Este es un famoso físico inglés, padre de la electrodinámica clásica, la física estadística y muchas otras teorías, fórmulas físicas e invenciones. Maxwell se convirtió en el creador y primer director del Laboratorio Cavendish.
Como saben, Maxwell vino de Edimburgo y nació en 1831 en una familia noble, que tenía un parentesco con el apellido escocés Clerks of Penicwick. Maxwell pasó su infancia en la finca de Glenlair. Los antepasados de James fueron políticos, poetas, músicos y científicos. Probablemente, él heredó la inclinación por la ciencia.
James fue criado sin una madre (ya que ella murió cuando él tenía 8 años) por un padre que cuidaba al niño. El padre quería que su hijo estudiara ciencias naturales. James se enamoró inmediatamente de la tecnología y rápidamente desarrolló habilidades prácticas. El pequeño Maxwell tomó las primeras lecciones en casa con perseverancia, ya que no le gustaban los duros métodos de educación que usaba el maestro. La formación adicional se llevó a cabo en una escuela aristocrática, donde el niño mostró grandes habilidades matemáticas. A Maxwell le gustaba especialmente la geometría.
Para muchas grandes personas, la geometría parecía una ciencia asombrosa, e incluso a la edad de 12 años habló de un libro de texto de geometría como un libro sagrado. Maxwell amaba la geometría tanto como otras luminarias científicas, pero tenía una mala relación con sus compañeros de escuela. Constantemente se le ocurrían apodos ofensivos para él, y una de las razones era su ridícula ropa. El padre de Maxwell era considerado un excéntrico y le compró a su hijo ropa que lo hizo sonreír.
Maxwell mostró una gran promesa en el campo de la ciencia cuando era niño. En 1814 fue enviado a estudiar a la Escuela Secundaria de Edimburgo y en 1846 recibió la Medalla al Mérito en Matemáticas. Su padre estaba orgulloso de su hijo y tuvo la oportunidad de presentar uno de los trabajos científicos de su hijo ante la junta de la Academia de Ciencias de Edimburgo. Este trabajo se ocupó de cálculos matemáticos de figuras elípticas. Entonces este trabajo se llamó "Sobre el dibujo de óvalos y óvalos con muchos trucos". Fue escrito en 1846 y publicado para el público en general en 1851.
Maxwell comenzó a estudiar física de forma intensiva después de transferirse a la Universidad de Edimburgo. Calland, Forbes y otros se convirtieron en sus maestros. Inmediatamente vieron en James un alto potencial intelectual y un deseo incontenible de estudiar física. Antes de este período, Maxwell se enfrentó a ciertas ramas de la física y estudió óptica (dedicó mucho tiempo a la polarización de la luz y los anillos de Newton). En esto fue asistido por el famoso físico William Nicole, quien una vez inventó el prisma.
Por supuesto, Maxwell no era ajeno a otras ciencias naturales, y prestó especial atención al estudio de la filosofía, la historia de la ciencia y la estética.
En 1850 ingresó en Cambridge, donde Newton trabajó una vez, y en 1854 recibió un título académico. Después de eso, su investigación tocó el campo de la electricidad y las instalaciones eléctricas. Y en 1855 se le concedió la membresía en la junta del Trinity College.
El primer trabajo científico significativo de Maxwell es "Sobre las líneas de fuerza de Faraday", que apareció en 1855. En un momento, Boltzmann dijo sobre el artículo de Maxwell que este trabajo tiene un significado profundo y muestra con qué determinación el joven científico se acerca al trabajo científico. Boltzmann creía que Maxwell no solo entendía las cuestiones de las ciencias naturales, sino que también hacía una contribución especial a la física teórica. Maxwell esbozó en su artículo todas las tendencias en la evolución de la física para las próximas décadas. Posteriormente, Kirchhoff, Mach et al.llegaron a la misma conclusión.
¿Cómo se formó el Laboratorio Cavendish?
Después de completar sus estudios en Cambridge, James Maxwell permanece aquí como profesor y en 1860 se convierte en miembro de la Royal Society of London. Al mismo tiempo, se trasladó a Londres, donde ocupó el cargo de Jefe del Departamento de Física del King's College de la Universidad de Londres. Trabajó en este puesto durante 5 años.
En 1871, Maxwell regresó a Cambridge y creó el primer laboratorio en Inglaterra para la investigación en el campo de la física, que se llamó Laboratorio Cavendish (en honor a Henry Cavendish). Maxwell dedicó el resto de su vida al desarrollo del laboratorio, que se convirtió en un verdadero centro de investigación científica.
Poco se sabe sobre la vida de Maxwell, ya que no llevaba registros ni diarios. Era una persona modesta y tímida. Maxwell murió a los 48 años de cáncer.
¿Cuál es el legado científico de James Maxwell?
La actividad científica de Maxwell cubrió muchas áreas de la física: la teoría de los fenómenos electromagnéticos, la teoría cinemática de los gases, la óptica, la teoría de la elasticidad y otras. Lo primero que le interesó a James Maxwell fue el estudio y la realización de investigaciones en fisiología y física de la visión del color.
Por primera vez, Maxwell pudo obtener una imagen en color, que se obtuvo gracias a la proyección simultánea de las gamas rojo, verde y azul. Con esto, Maxwell demostró una vez más al mundo que la imagen en color de la visión se basa en la teoría de los tres componentes. Este descubrimiento marcó el inicio de la creación de fotografías en color. En el período de 1857 a 1859, Maxwell pudo investigar la estabilidad de los anillos de Saturno. Su teoría dice que los anillos de Saturno serán estables solo bajo una condición: la desconexión entre partículas o cuerpos.
Desde 1855, Maxwell prestó especial atención al trabajo en el campo de la electrodinámica. Hay varios trabajos científicos de este período "Sobre las líneas de fuerza de Faraday", "Sobre las líneas físicas de la fuerza", "Tratado sobre electricidad y magnetismo" y "Teoría dinámica del campo electromagnético".
Maxwell y la teoría del campo electromagnético.
Cuando Maxwell comenzó a estudiar los fenómenos eléctricos y magnéticos, muchos de ellos ya estaban bien estudiados. Fue creado ley de Coulomb, Ley de amperio, también se ha comprobado que las interacciones magnéticas están relacionadas con la acción de las cargas eléctricas. Muchos científicos de esa época eran partidarios de la teoría de la acción a distancia, que afirma que la interacción ocurre instantáneamente y en el espacio vacío.
El papel principal en la teoría de la acción de corto alcance lo desempeñó la investigación de Michael Faraday (años 30 del siglo XIX). Faraday argumentó que la naturaleza de una carga eléctrica se basa en el campo eléctrico circundante. El campo de una carga está conectado con el vecino en dos direcciones. Las corrientes interactúan con un campo magnético. Según Faraday, los campos magnéticos y eléctricos son descritos por él en forma de líneas de fuerza, que son líneas elásticas en un medio hipotético: en el éter.
Maxwell apoyó la teoría de Faraday sobre la existencia de campos electromagnéticos, es decir, fue un partidario de los procesos emergentes en torno a la carga y la corriente.
Maxwell explicó las ideas de Faraday en una forma matemática, que era muy necesaria para la física. Con la introducción del concepto de campo, las leyes de Coulomb y Ampere se volvieron más convincentes y profundamente significativas. En el concepto de inducción electromagnética, Maxwell pudo considerar las propiedades del campo en sí. Bajo la acción de un campo magnético alterno, se genera un campo eléctrico con líneas de fuerza cerradas en el espacio vacío. Este fenómeno se llama campo eléctrico de vórtice.
El siguiente descubrimiento de Maxwell fue que un campo eléctrico alterno puede generar un campo magnético, similar a una corriente eléctrica ordinaria. Esta teoría se denominó hipótesis de la corriente de desplazamiento. Más tarde, Maxwell expresó el comportamiento de los campos electromagnéticos en sus ecuaciones.
Referencia. Las ecuaciones de Maxwell son ecuaciones que describen fenómenos electromagnéticos en varios medios y espacios de vacío, y también se refieren a la electrodinámica macroscópica clásica. Ésta es una conclusión lógica extraída de experimentos basados en las leyes de los fenómenos eléctricos y magnéticos.
La principal conclusión de las ecuaciones de Maxwell es la finitud de la propagación de las interacciones eléctricas y magnéticas, lo que delimitó la teoría de la acción de corto alcance y la teoría de la acción de largo alcance. Las características de velocidad se acercaron a la velocidad de la luz 300.000 km / s. Esto le dio a Maxwell una razón para afirmar que la luz es un fenómeno asociado con la acción de ondas electromagnéticas.
Teoría cinética molecular de Maxwell de los gases.
Maxwell contribuyó al estudio de la teoría cinética molecular (ahora esta ciencia se llama mecánica estadística). A Maxwell se le ocurrió por primera vez la idea de la naturaleza estadística de las leyes de la naturaleza. Creó la ley de la distribución de la velocidad molecular y también logró calcular la viscosidad de los gases en relación con los parámetros de velocidad y la trayectoria libre media de las moléculas de gas. Además, gracias al trabajo de Maxwell, tenemos una serie de relaciones de termodinámica.
Referencia. La distribución de Maxwell es una teoría de la distribución de velocidades de las moléculas en un sistema en condiciones de equilibrio termodinámico. El equilibrio termodinámico es una condición para el movimiento de traslación de moléculas descrito por las leyes de la dinámica clásica.
Maxwell tuvo muchos trabajos científicos que fueron publicados: "Teoría del calor", "Materia y movimiento", "Electricidad en una presentación elemental" y otros. Maxwell no solo movió la ciencia durante el período, sino que también se interesó por su historia. En un momento logró publicar las obras de G. Cavendish, que complementó con sus comentarios.
¿Cómo recuerda el mundo a James Clerk Maxwell?
Maxwell participó activamente en el estudio de los campos electromagnéticos. Su teoría de su existencia recibió reconocimiento mundial solo una década después de su muerte.
Maxwell fue el primero en clasificar la materia y asignar a cada una de ellas sus propias leyes, que no se redujeron a las leyes de la mecánica newtoniana.
Muchos científicos han escrito sobre Maxwell. El físico R. Feynman dijo sobre él que Maxwell, quien descubrió las leyes de la electrodinámica, miró a través de los siglos hacia el futuro.
Epílogo. James Clerk Maxwell murió el 5 de noviembre de 1879 en Cambridge. Fue enterrado en un pequeño pueblo escocés cerca de su amada iglesia, que no está lejos de la finca de su familia.
James Maxwell (1831-1879).
James Clerk Maxwell nació en Edimburgo el 13 de junio de 1831. Poco después del nacimiento del niño, sus padres lo llevaron a su finca Glenlair. Desde ese momento, "una guarida en un estrecho desfiladero" entró firmemente en la vida de Maxwell. Aquí sus padres vivieron y murieron, aquí vivió y fue enterrado durante mucho tiempo.
Cuando James tenía ocho años, la desgracia llegó a la casa: su madre cayó gravemente enferma y murió pronto. Ahora el único educador de James fue su padre, a quien conservó un sentimiento de tierno cariño y amistad por el resto de su vida. John Maxwell no solo fue padre y educador de su hijo, sino también su amigo más fiel.
Pronto llegó el momento en que el niño tuvo que empezar a aprender. Primero, se invitó a los profesores a la casa. Pero los maestros orientadores escoceses eran tan groseros e ignorantes como sus homólogos ingleses, tan sarcástica y odiosamente descritos por Dickens. Por lo tanto, se decidió enviar a James a una nueva escuela, que llevaba el fuerte nombre de la Academia de Edimburgo.
El niño se involucró gradualmente en la vida escolar. Se interesó mucho en las lecciones. Le gustaba especialmente la geometría. Ella siguió siendo uno de los pasatiempos más fuertes de Maxwell a lo largo de su vida. Las imágenes y modelos geométricos jugaron un papel muy importante en su trabajo científico. El camino científico de Maxwell comenzó con ella.
Maxwell se graduó de la academia en uno de los primeros graduados. Al separarse de su amada escuela, compuso el himno de la Academia de Edimburgo, que sus alumnos cantaron con entusiasmo. Ahora las puertas de la Universidad de Edimburgo se abrieron ante él.
Como estudiante, Maxwell llevó a cabo una investigación seria sobre la teoría de la elasticidad, que fue muy elogiada por los especialistas. Y ahora se enfrentaba a la cuestión de la perspectiva de sus estudios posteriores en Cambridge.
La universidad más antigua de Cambridge fue St. Peter (Peterhouse), y el más famoso es St. Trinity (Trinity College), fundado en 1546. La gloria de esta universidad fue creada por su famosa mascota Isaac Newton. Peterhouse y Trinity College y fueron sucesivamente la residencia de Cambridge del joven Maxwell. Después de una corta estancia en Peterhouse, Maxwell se trasladó al Trinity College.
La cantidad de conocimientos de Maxwell, el poder de su intelecto y la independencia de pensamiento le permitieron alcanzar un lugar destacado en su graduación. Terminó segundo.
El joven soltero se quedó en Trinity College como profesor. Pero estaba preocupado por los problemas científicos. Además de su antigua pasión por la geometría y el problema de los colores, que comenzó a estudiar ya en 1852, Maxwell se interesó por la electricidad.
El 20 de febrero de 1854, Maxwell informa a Thomson de su intención de "atacar la electricidad". El resultado del "ataque" fue el ensayo "Sobre las líneas de fuerza de Faraday", la primera de las tres obras principales de Maxwell, dedicada al estudio del campo electromagnético. La palabra "campo" apareció por primera vez en esa misma carta a Thomson, pero ni en éste ni en un ensayo posterior sobre líneas de fuerza. Maxwell no lo usa. Este concepto volverá a aparecer recién en 1864 en la obra "Teoría dinámica del campo electromagnético".
En el otoño de 1856, Maxwell asumió el cargo de profesor de filosofía natural en el Marischal College de Aberdeen. El Departamento de Filosofía Natural, es decir, el Departamento de Física de Aberdeen, no existía antes de Maxwell, y el joven profesor tuvo que organizar el trabajo educativo y científico en física.
La estancia en Aberdeen estuvo marcada por un acontecimiento importante en la vida personal de Maxwell: se casó con la hija del director del Marischal College, Daniel Dewar, Catherine Mary Dewar. Este evento tuvo lugar en 1858. Desde ese momento hasta el final de sus vidas, la pareja Maxwell recorrió el camino de su vida de la mano.
En los años 1857-1859, el científico realizó sus cálculos del movimiento de los anillos de Saturno. Mostró que el anillo líquido colapsará durante la rotación por las ondas que surgen en él y se romperán en satélites separados. Maxwell consideró el movimiento de un número finito de tales satélites. La investigación matemática más difícil le valió el Premio Adams y la fama como matemático de primera clase. El ensayo premiado fue publicado en 1859 por la Universidad de Cambridge.
La transición de estudiar los anillos de Saturno fue completamente natural a considerar los movimientos de las moléculas de gas. El período de Aberdeen en la vida de Maxwell terminó con su discurso en la reunión de la Asociación Británica en 1859 con un informe "Sobre la teoría dinámica de los gases". Este documento sentó las bases de muchos años de fructífera investigación de Maxwell en el campo de la teoría cinética de los gases y la física estadística.
Dado que el departamento donde trabajaba Maxwell estaba cerrado, el científico tuvo que buscar un nuevo trabajo. En 1860, Maxwell fue elegido profesor de filosofía natural en el King's College de Londres.
El período de Londres estuvo marcado por la publicación de un gran artículo "Explicaciones de la teoría dinámica de los gases", que se publicó en 1860 en la principal revista de física inglesa "Philosophical Journal". Con este artículo, Maxwell hizo una enorme contribución a una nueva rama de la física teórica: la física estadística. Se considera que los fundadores de la física estadística en su forma clásica son Maxwell, Boltzmann y Gibbs.
En el verano de 1860, antes del comienzo del semestre de otoño en Londres, la pareja Maxwell pasó en la finca de la familia Glenlair. Sin embargo, Maxwell no logró descansar y ganar fuerza. Se enfermó de viruela grave. Los médicos temían por su vida. Pero el extraordinario coraje y la paciencia de Catalina, dedicada a él, que hizo todo lo posible para salir de su marido enfermo, les ayudó a triunfar sobre una terrible enfermedad. Su vida en Londres comenzó con tal terrible experiencia. Durante este período de su vida, Maxwell publicó un extenso artículo sobre colores, así como la obra "Explicaciones sobre la teoría dinámica de los gases". Pero la obra principal de su vida estuvo dedicada a la teoría de la electricidad.
Publica dos obras principales sobre la teoría del campo electromagnético creada por él: "Sobre líneas físicas de fuerza" (1861-1862) y "Teoría dinámica del campo electromagnético" (1864-1865). Durante diez años, Maxwell se convirtió en un destacado científico, creador de la teoría fundamental de los fenómenos electromagnéticos, que, junto con la mecánica, la termodinámica y la física estadística, se convirtió en uno de los fundamentos de la física teórica clásica.
Durante el mismo período de su vida, Maxwell comenzó a trabajar en mediciones eléctricas. Estaba especialmente interesado en un sistema racional de unidades eléctricas, ya que la teoría electromagnética de la luz que creó se basaba únicamente en la coincidencia de la relación de las unidades electrostáticas y electromagnéticas de la electricidad con la velocidad de la luz. Era natural que se convirtiera en uno de los miembros activos de la "Comisión de Unidades" de la Asociación Británica. Además, Maxwell comprendió profundamente la estrecha conexión entre ciencia y tecnología, la importancia de esta unión tanto para el progreso de la ciencia como para el progreso técnico. Por ello, desde los años sesenta hasta el final de su vida, trabajó incansablemente en el campo de las mediciones eléctricas.
La estresante vida de Londres tuvo un efecto negativo en la salud de Maxwell y su esposa, y decidieron vivir en su propiedad familiar, Glenlare. Esta decisión se hizo inevitable después de la grave enfermedad de Maxwell al final de las vacaciones de verano de 1865, que, como de costumbre, gastó en su propiedad. Maxwell dejó el servicio en Londres y vivió en Glenlair durante cinco años (de 1866 a 1871), partiendo ocasionalmente hacia Cambridge para los exámenes, y solo en 1867, por consejo de los médicos, hizo un viaje a Italia. Al estar involucrado en asuntos económicos en Glenlare, Maxwell no abandonó sus estudios científicos. Trabajó duro en la obra principal de su vida "Tratado sobre electricidad y magnetismo", escribió el libro "Teoría del calor", un importante trabajo sobre reguladores, varios artículos sobre la teoría cinética de los gases, participó en reuniones de los británicos Asociación. La vida creativa de Maxwell en el campo continuó tan intensamente como en la ciudad universitaria.
En 1871, Maxwell publicó el libro The Theory of Heat en Londres. Este tutorial fue muy popular. El científico escribió que el propósito de su libro "Teoría del calor" era presentar la doctrina del calor "en la secuencia en que se desarrolló".
Poco después de la publicación de The Theory of Heat, Maxwell recibió una oferta para asumir el recién organizado Departamento de Física Experimental en Cambridge. Aceptó y el 8 de marzo de 1871 fue nombrado profesor Cavendish en la Universidad de Cambridge.
En 1873 se publicaron el "Tratado sobre electricidad y magnetismo" (en dos volúmenes) y el libro "Materia y movimiento".
"Matter and Motion" es un pequeño libro dedicado a la presentación de los fundamentos de la mecánica.
"Tratado sobre electricidad y magnetismo" es la obra principal de Maxwell y el pináculo de su trabajo científico. En él, resumió los resultados de muchos años de trabajo sobre electromagnetismo, que comenzó a principios de 1854. El prefacio del Tratado está fechado el 1 de febrero de 1873. ¡Maxwell trabajó durante diecinueve años en su trabajo fundador!
Maxwell examinó todo el conocimiento sobre la electricidad y el magnetismo de su tiempo, comenzando con los hechos básicos de la electrostática y terminando con la teoría electromagnética de la luz que creó. Resumió los resultados de la lucha entre las teorías de la acción de largo alcance y de corto alcance, que comenzó durante la vida de Newton, dedicando el último capítulo de su libro a la consideración de las teorías de la acción a distancia. Maxwell no se opuso abiertamente a las teorías de la electricidad preexistentes; presentó el concepto de Faraday como equivalente a las teorías predominantes, pero todo el espíritu de su libro, su enfoque del análisis de los fenómenos electromagnéticos era tan nuevo e inusual que sus contemporáneos se negaron a entender el libro.
En el famoso prefacio del "Tratado", Maxwell caracteriza el propósito de su trabajo: describir el más importante de los fenómenos electromagnéticos, mostrar cómo se pueden medir y "rastrear las relaciones matemáticas entre las cantidades medidas". Señala que intentará "en la medida de lo posible iluminar la conexión entre la forma matemática de esta teoría y la dinámica general para preparar en cierta medida la definición de esas leyes dinámicas, entre las cuales debemos buscar ilustraciones o explicaciones de los fenómenos electromagnéticos ".
Maxwell considera que las leyes de la mecánica son las leyes básicas de la naturaleza. No es por casualidad, por tanto, que establezca los principios básicos de la dinámica como un requisito previo fundamental para sus ecuaciones básicas de la teoría electromagnética. Pero al mismo tiempo, Maxwell entiende que la teoría de los fenómenos electromagnéticos es una teoría cualitativamente nueva, no reducible a la mecánica, aunque la mecánica facilita la penetración en esta nueva área de los fenómenos naturales.
Las principales conclusiones de Maxwell son las siguientes: un campo magnético alterno, excitado por una corriente cambiante, crea un campo eléctrico en el espacio circundante, que a su vez excita un campo magnético, etc. Los campos eléctricos y magnéticos cambiantes, que se generan mutuamente, forman un solo campo electromagnético alterno: una onda electromagnética.
Derivó ecuaciones que muestran que el campo magnético creado por una fuente de corriente se propaga lejos de ella a una velocidad constante. Habiendo surgido, el campo electromagnético se propaga por el espacio a la velocidad de la luz 300.000 km / s, ocupando cada vez más volumen. D. Maxwell argumentó que las ondas de luz son de la misma naturaleza que las ondas que surgen alrededor de un cable en el que hay una corriente eléctrica alterna. Se diferencian entre sí solo en longitud. Las longitudes de onda muy cortas son luz visible.
En 1874 inició una gran obra histórica: estudiar la herencia científica del científico del siglo XVIII Henry Cavendish y prepararla para su publicación. Después de la investigación de Maxwell, quedó claro que Cavendish, mucho antes que Faraday, descubrió la influencia de un dieléctrico en la magnitud de la capacidad eléctrica y, 15 años antes que Coulomb, descubrió la ley de las interacciones eléctricas.
El trabajo de Cavendish sobre electricidad, que describe experimentos, ocupó un gran volumen, publicado en 1879, titulado Artículos sobre electricidad del Honorable Henry Cavendish. Este fue el último libro de Maxwell publicado durante su vida. Murió en Cambridge el 5 de noviembre de 1879.
(1831-1879) Físico inglés, creador de la teoría del campo electromagnético
James Clerk Maxwell nació en 1831 en una rica familia noble que pertenecía a la noble y antigua familia escocesa de Clerks. Su padre, John Clerk, que tomó el apellido Maxwell, era abogado. Mostró un gran interés por las ciencias naturales, fue un hombre con diversos intereses culturales, viajero, inventor y científico. La infancia de James transcurrió en Glenlare, una zona pintoresca ubicada a pocos kilómetros del golfo del mar de Irlanda.
A James le gustaba mucho alterar las cosas, mejorar su diseño, retocar, dibujar, tejer y bordar. Su natural curiosidad y afición por los reflejos solitarios fueron plenamente comprendidos por su familia y especialmente por su padre. James llevó su amistad con su padre a lo largo de su vida y, como adulto, dirá que el mayor éxito en la vida es tener padres amables y sabios. El niño perdió a su madre temprano: en 1839 murió sin ser sometida a una operación grave.
En 1841, a la edad de 10 años, James ingresó en la Academia de Edimburgo, una institución de educación secundaria como una escuela primaria clásica. Hasta el quinto grado estudió sin mucho interés, estuvo mucho enfermo. En quinto grado, el niño se interesó por la geometría, comenzó a jugar con modelos de cuerpos geométricos y a idear sus propios métodos para resolver problemas. En 1846, cuando ni siquiera tenía 15 años, escribió su primer trabajo científico: "Sobre el dibujo de óvalos y óvalos con muchos enfoques", publicado posteriormente en las actas de la Royal Society de Edimburgo. Este trabajo juvenil abre una colección de dos volúmenes de artículos científicos de Maxwell.
En 1847, sin terminar el bachillerato, ingresó en la Universidad de Edimburgo. En ese momento, James se dejó llevar por los experimentos en óptica, química, magnetismo, estaba haciendo mucha física y matemáticas. En 1850, habló a los miembros de la Royal Society con una conferencia "Sobre el equilibrio de los cuerpos elásticos", en la que demostró un famoso teorema llamado "Teorema de Maxwell".
En 1850, James se trasladó a la Universidad de Cambridge, al famoso Trinity College, donde Isaac Newton estudiaba en ese momento. Su comunicación con científicos universitarios, principalmente con George Stokes y William Thomson (Kelvin), jugó un papel importante en la formación de la perspectiva científica del joven. Un minucioso estudio del trabajo de Michael Faraday sobre la electricidad señaló el camino para su propia investigación adicional.
En 1854, Maxwell se graduó de la Universidad de Cambridge y recibió un segundo premio, el Premio Smith, otorgado por ganar el examen de matemáticas más difícil. Perdió el primer premio ante Routh, el futuro famoso mecánico y matemático. Inmediatamente después de graduarse, comenzó a enseñar en Trinity College. Maxwell imparte conferencias sobre hidráulica y óptica y realiza investigaciones sobre la teoría del color. En 1855 envió un informe "Experimentos sobre el color" a la Royal Society de Edimburgo y desarrolló una teoría de la visión del color. Como testificaron sus contemporáneos, James Maxwell no fue un maestro brillante, pero trató sus deberes docentes con mucha conciencia. La investigación científica fue su verdadera pasión.
Para entonces, había despertado interés en los problemas de la electricidad y el magnetismo, y en 1855-1856 completó su primer trabajo en esta área: "Sobre las líneas de fuerza de Faraday". Ya describe las principales características de su futuro gran trabajo. Desde 1855, el científico es miembro de la Royal Society de Edimburgo.
En 1856, el profesor J. Maxwell entró a trabajar en el Departamento de Filosofía Natural de la Universidad de Aberdeen en Escocia, donde permaneció hasta 1860. En 1857, envió su artículo sobre electromagnetismo a Michael Faraday, que quedó muy conmovido por él. Faraday se maravilló de la fuerza del talento del joven científico. Durante este período, Maxwell, en paralelo con los problemas del electromagnetismo, se dedicó a resolver problemas científicos en otras áreas. Participa en el concurso de la Universidad de Cambridge sobre la estabilidad de los anillos de Saturno, y presenta para el concurso el trabajo "Sobre la estabilidad de los anillos de Saturno", en el que muestra que los anillos no son sólidos ni líquidos, sino un enjambre de meteoritos. . Este trabajo fue nombrado una de las aplicaciones notables de las matemáticas, y el científico recibió un premio Adams honorario.
James Maxwell es uno de los fundadores de la teoría cinética de los gases. En 1859, estableció la ley estadística de la distribución de velocidades de las moléculas de gas en un estado de equilibrio térmico, llamada distribución de Maxwell.
De 1860 a 1865, Maxwell fue profesor de física en el Kinge College de la Universidad de Londres. Aquí conoció por primera vez a su ídolo, Michael Faraday, que ya era viejo y estaba enfermo.
La elección de J. Maxwell en 1861 como miembro de la Royal Society de Londres reconoció la importancia de sus trabajos científicos, entre los que cabe destacar dos importantes artículos sobre electromagnetismo: "Sobre líneas físicas de fuerza" (1861-1862) y " Teoría dinámica del campo electromagnético "(1864-1865). En el último trabajo, se presenta la teoría del campo electromagnético, que formuló en forma de un sistema de varias ecuaciones: las ecuaciones de Maxwell, que expresan todas las leyes básicas de los fenómenos electromagnéticos. También da una idea de la luz como ondas electromagnéticas.
1 La teoría del campo electromagnético es el mayor logro científico de James Maxwell, marcó el inicio de una nueva etapa en la física. La mayoría de los científicos apreciaron mucho la teoría de Maxwell, quien se convirtió en uno de los principales físicos del mundo.
En 1865 tuvo un accidente mientras montaba. Habiendo padecido una grave enfermedad, abandonó el departamento de la Universidad de Londres y se trasladó a su Glenlair natal, a su finca, donde durante seis años (hasta 1871) continuó su investigación sobre la teoría del electromagnetismo y el calor. Los resultados de su trabajo fueron publicados en 1871 en la obra "Teoría del calor".
En 1871, a expensas de un descendiente del famoso científico inglés del siglo XVIII Henry Cavendish, el duque de Cavendish, se estableció el Departamento de Física Experimental de la Universidad de Cambridge, cuyo primer profesor fue invitado por Maxwell. Junto con el departamento, también se hizo cargo del laboratorio, cuya construcción acababa de comenzar bajo su supervisión y dirección. Era el futuro famoso Laboratorio Cavendish, un centro científico y de investigación, que luego se hizo famoso en todo el mundo. El 16 de junio de 1874 tuvo lugar la gran inauguración del Laboratorio Cavendish, que Maxwell presidió hasta el final de su vida. Posteriormente estuvo encabezada por J. Rayleigh, D. D. Gomson, E. Rutherford, W. Bragg.
James Maxwell era un excelente director de laboratorio y tenía una autoridad innegable entre el personal. Se distinguió por su gran sencillez, gentileza y sinceridad en el trato con las personas, siempre fue activo y con principios, apreciaba y amaba el humor.
En el Cavendish, Maxwell realizó una gran cantidad de trabajo científico y pedagógico. En 1873 se publicó su "Tratado de Electricidad y Magnetismo", que resume su investigación en esta área y se convierte en la cúspide de su trabajo científico. Dedicó ocho años a The Treatise, y los últimos cinco años de su vida los dedicó a procesar y publicar las obras inéditas de Henry Cavendish, que dio nombre al laboratorio. Maxwell publicó dos grandes volúmenes de las obras de Cavendish con sus comentarios en 1879.
Nunca mostró egoísmo y resentimiento, no luchó por la fama y siempre aceptó con calma las críticas en su discurso. El autocontrol y el autocontrol siempre han sido sus compañeros. Incluso cuando estaba gravemente enfermo y con un dolor insoportable, permanecía equilibrado y tranquilo. El científico respondió valientemente a las palabras del médico de que no le quedaba más de un mes de vida.
James Clerk Maxwell murió el 5 de noviembre de 1879 de cáncer a la edad de cuarenta y ocho años. El médico que lo trató escribe en sus memorias que James soportó valientemente la enfermedad. Experimentó un dolor increíble, pero nadie a su alrededor lo sabía. Hasta su muerte, pensó con claridad y claridad, perfectamente consciente de la muerte inminente y manteniendo una completa calma.
MAXWELL (Maxwell) James Clerk ( Empleado) (1831-79), físico inglés, creador de la electrodinámica clásica, uno de los fundadores de la física estadística, organizador y primer director (desde 1871) del Laboratorio Cavendish. Desarrollando las ideas de M. Faraday, creó la teoría del campo electromagnético (ecuaciones de Maxwell); introdujo el concepto de corriente de desplazamiento, predijo la existencia de ondas electromagnéticas, propuso la idea de la naturaleza electromagnética de la luz. Estableció una distribución estadística que lleva su nombre. Investigó la viscosidad, difusión y conductividad térmica de gases. Demostró que los anillos de Saturno están compuestos por cuerpos separados. Trabaja en visión del color y colorimetría (disco de Maxwell), óptica (efecto Maxwell), teoría de la elasticidad (teorema de Maxwell, diagrama de Maxwell-Cremona), termodinámica, historia de la física, etc.
MAXWELL (Maxwell) James Clerk (13 de junio de 1831, Edimburgo, 5 de noviembre de 1879, Cambridge), físico inglés, creador de la electrodinámica clásica, uno de los fundadores de la física estadística, fundador de uno de los centros científicos más grandes del mundo a finales del siglo XIX. temprano. siglo 20 - Laboratorio Cavendish; creó la teoría del campo electromagnético, predijo la existencia de ondas electromagnéticas, propuso la idea de la naturaleza electromagnética de la luz, estableció la primera ley estadística: la ley de distribución de la velocidad molecular, que lleva su nombre.
Una familia. Años de estudio
Maxwell era el único hijo de un noble y abogado escocés, John Clerk, quien, después de haber heredado la propiedad de la esposa de un pariente, de soltera Maxwell, agregó ese nombre a su apellido. Después del nacimiento de su hijo, la familia se mudó al sur de Escocia, a su propia finca Glenlair ("Refugio en el Valle"), donde el niño pasó su infancia. En 1841, su padre envió a James a una escuela llamada Academia de Edimburgo. Aquí, a la edad de 15 años, Maxwell escribió su primer artículo científico "Sobre el dibujo de óvalos". En 1847 ingresó en la Universidad de Edimburgo, donde estudió durante tres años, y en 1850 se trasladó a la Universidad de Cambridge, de la que se graduó en 1854. Para entonces, Maxwell era un matemático de primera clase con una física magníficamente intuitiva.
Creación del Laboratorio Cavendish. Trabajo docente
Después de graduarse de la Universidad, Maxwell se quedó en Cambridge para trabajar como profesor. En 1856 fue ascendido a profesor en el Marishal College de la Universidad de Aberdeen (Escocia). En 1860 fue elegido miembro de la Royal Society de Londres. En el mismo año se trasladó a Londres, aceptando una oferta para ocupar el puesto de director del Departamento de Física del King's College de la Universidad de Londres, donde trabajó hasta 1865.
Al regresar en 1871 a la Universidad de Cambridge, Maxwell organizó y dirigió el primer laboratorio especialmente equipado en Gran Bretaña para experimentos físicos, conocido como Laboratorio Cavendish (llamado así por el científico inglés G. Cavendish). El establecimiento de este laboratorio, que a finales del siglo XIX y XX. convertido en uno de los mayores centros de la ciencia mundial, Maxwell dedicó los últimos años de su vida.
Poco se sabe sobre la vida de Maxwell. Tímido, modesto, se esforzó por vivir en soledad; No llevé diarios. En 1858 Maxwell se casó, pero la vida familiar, al parecer, no tuvo éxito, exacerbó su insociabilidad, alienado de sus antiguos amigos. Se especula que muchos materiales importantes sobre la vida de Maxwell se perdieron en el incendio de 1929 en su casa de Glenlair, 50 años después de su muerte. Murió de cáncer a los 48 años.
Actividad científica
El alcance inusualmente amplio de intereses científicos de Maxwell cubría la teoría de los fenómenos electromagnéticos, la teoría cinética de los gases, la óptica, la teoría de la elasticidad y mucho más. Uno de sus primeros trabajos fue la investigación en fisiología y física de la visión del color y la colorimetría, iniciada en 1852. En 1861, Maxwell obtuvo por primera vez una imagen en color proyectando simultáneamente transparencias rojas, verdes y azules en una pantalla. Esto demostró la validez de la teoría de la visión de tres componentes y describió las formas de crear fotografías en color. En los trabajos de 1857-59, Maxwell investigó teóricamente la estabilidad de los anillos de Saturno y mostró que los anillos de Saturno pueden ser estables solo si consisten en partículas (cuerpos) no conectadas.
En 1855 Maxwell inició un ciclo de sus principales trabajos sobre electrodinámica. Se publicaron los artículos "Sobre las líneas de fuerza de Faraday" (1855-56), "Sobre las líneas físicas de fuerza" (1861-62), "La teoría dinámica del campo electromagnético" (1869). La investigación se completó con la publicación de una monografía en dos volúmenes "Tratado sobre electricidad y magnetismo" (1873).
Creación de la teoría del campo electromagnético.
Cuando Maxwell comenzó a investigar los fenómenos eléctricos y magnéticos en 1855, muchos de ellos ya habían sido bien estudiados: en particular, se establecieron las leyes de interacción de cargas eléctricas estacionarias (ley de Coulomb) y corrientes (ley de Ampere); está probado que las interacciones magnéticas son interacciones de cargas eléctricas en movimiento. La mayoría de los científicos de esa época creían que la interacción se transmite instantáneamente, directamente a través del vacío (la teoría de la acción a distancia).
M. Faraday dio un giro decisivo a la teoría de la acción de corto alcance en los años 30. Siglo 19 Según las ideas de Faraday, una carga eléctrica crea un campo eléctrico en el espacio circundante. El campo de un cargo actúa sobre otro y viceversa. La interacción de corrientes se realiza mediante un campo magnético. Faraday describió la distribución de campos eléctricos y magnéticos en el espacio con la ayuda de líneas de fuerza que, en su opinión, se asemejan a líneas elásticas ordinarias en un medio hipotético: el éter mundial.
Maxwell abrazó completamente las ideas de Faraday sobre la existencia de un campo electromagnético, es decir, sobre la realidad de los procesos en el espacio cerca de cargas y corrientes. Creía que el cuerpo no puede actuar donde no está.
Lo primero que hizo Maxwell fue dar a las ideas de Faraday una forma matemática rigurosa, tan necesaria en física. Resultó que con la introducción del concepto de campo, las leyes de Coulomb y Ampere comenzaron a expresarse de manera más completa, profunda y elegante. En el fenómeno de la inducción electromagnética, Maxwell vio una nueva propiedad de los campos: un campo magnético alterno genera en el espacio vacío un campo eléctrico con líneas de fuerza cerradas (el llamado campo eléctrico de vórtice).
Maxwell dio el siguiente y último paso en el descubrimiento de las propiedades básicas del campo electromagnético sin ningún apoyo experimental. Hizo una brillante suposición de que un campo eléctrico alterno genera un campo magnético, como una corriente eléctrica ordinaria (la hipótesis de una corriente de desplazamiento). En 1869, todas las leyes básicas que gobiernan el comportamiento del campo electromagnético se habían establecido y formulado en forma de un sistema de cuatro ecuaciones, llamadas ecuaciones de Maxwell.
De las ecuaciones de Maxwell se siguió una conclusión fundamental: la velocidad finita de propagación de las interacciones electromagnéticas. Esto es lo principal que distingue la teoría de la acción de corto alcance de la teoría de la acción de largo alcance. La velocidad resultó ser igual a la velocidad de la luz en el vacío: 300.000 km / s. A partir de esto, Maxwell concluyó que la luz es una forma de ondas electromagnéticas.
Trabaja en la teoría cinética molecular de los gases.
El papel de Maxwell en el desarrollo y formación de la teoría cinética molecular (el nombre moderno es mecánica estadística) es extremadamente importante. Maxwell fue el primero en establecer la naturaleza estadística de las leyes de la naturaleza. En 1866 descubrió la primera ley estadística: la ley de la distribución de la velocidad molecular (distribución de Maxwell). Además, calculó los valores de la viscosidad de los gases en función de las velocidades y del camino libre medio de las moléculas, derivó una serie de relaciones de la termodinámica.
Maxwell fue un brillante divulgador de la ciencia. Escribió varios artículos para la Enciclopedia Británica y libros populares: La teoría del calor (1870), Materia y movimiento (1873), Electricidad elemental (1881), que fueron traducidos al ruso; dio conferencias e informes sobre temas de física para una amplia audiencia. Maxwell también se interesó mucho por la historia de la ciencia. En 1879 publicó los trabajos de G. Cavendish sobre electricidad, proporcionándoles extensos comentarios.
Evaluación del trabajo de Maxwell
Los trabajos del científico no fueron apreciados por sus contemporáneos. Las ideas sobre la existencia de un campo electromagnético parecían arbitrarias e infructuosas. Sólo después de que G. Hertz en 1886-89 probara experimentalmente la existencia de ondas electromagnéticas predichas por Maxwell, su teoría ganó aceptación universal. Ocurrió diez años después de la muerte de Maxwell.
Tras la confirmación experimental de la realidad del campo electromagnético, se realizó un descubrimiento científico fundamental: existen varios tipos de materia, y cada uno de ellos tiene sus propias leyes que no son reducibles a las leyes de la mecánica newtoniana. Sin embargo, el propio Maxwell apenas era consciente de esto y al principio trató de construir modelos mecánicos de fenómenos electromagnéticos.
El físico estadounidense R. Feynman habló de manera excelente sobre el papel de Maxwell en el desarrollo de la ciencia: “En la historia de la humanidad (si se mira, digamos, diez mil años después), el evento más significativo del siglo XIX será sin duda el de Maxwell. descubrimiento de las leyes de la electrodinámica. La apertura de la guerra civil estadounidense en la misma década parecerá un incidente provincial ".
Maxwell no fue enterrado en la tumba de los grandes hombres de Inglaterra, la Abadía de Westminster, sino en una modesta tumba junto a su amada iglesia en un pueblo escocés, no lejos de la finca familiar.
Maxwell, James Clerk
El físico inglés James Clerk Maxwell nació en Edimburgo en la familia de un noble escocés de una noble familia de Clerks. Estudió primero en las universidades de Edimburgo (1847-1850) y luego en Cambridge (1850-1854). En 1855, Maxwell se convirtió en miembro del consejo del Trinity College, en 1856-1860. Fue profesor en Marishal College, Universidad de Aberdeen, desde 1860 dirigió el Departamento de Física y Astronomía en King's College, Universidad de Londres. En 1865, debido a una grave enfermedad, Maxwell renunció al púlpito y se instaló en su propiedad familiar, Glenlair, cerca de Edimburgo. Allí continuó estudiando ciencias, escribió varios ensayos sobre física y matemáticas. En 1871, se incorporó al Departamento de Física Experimental de la Universidad de Cambridge. Maxwell organizó un laboratorio de investigación, que se inauguró el 16 de junio de 1874 y recibió el nombre de Cavendish, en honor a Henry Cavendish.
Maxwell completó su primer trabajo científico mientras aún estaba en la escuela, habiendo encontrado una forma sencilla de dibujar figuras ovaladas. Este trabajo se informó en una reunión de la Royal Society e incluso se publicó en sus Proceedings. Durante su mandato como miembro de la junta del Trinity College, experimentó con la teoría del color, sirviendo como sucesor de la teoría de Jung y la teoría de los tres colores primarios de Helmholtz. En experimentos de mezcla de colores, Maxwell utilizó una tapa especial, cuyo disco se dividió en sectores pintados en diferentes colores (disco de Maxwell). Con la rápida rotación de la tapa, los colores se fusionaron: si el disco estaba pintado de la misma manera que los colores del espectro, aparecía blanco; si la mitad estaba pintada de rojo y la otra mitad de amarillo, parecía naranja; mezclar azul y amarillo daba la impresión de verde. En 1860, Maxwell recibió la medalla Rumford por su trabajo sobre percepción del color y óptica.
En 1857, la Universidad de Cambridge anunció un concurso para el mejor trabajo sobre la estabilidad de los anillos de Saturno. Estas formaciones fueron descubiertas por Galileo a principios del siglo XVII. y representaba un asombroso misterio de la naturaleza: el planeta parecía estar rodeado por tres anillos concéntricos continuos, que consistían en una sustancia de naturaleza desconocida. Laplace demostró que no pueden ser sólidos. Después de realizar un análisis matemático, Maxwell se convenció de que no podían ser líquidos y llegó a la conclusión de que una estructura de este tipo solo puede ser estable si consiste en un enjambre de meteoritos desconectados. La estabilidad de los anillos está garantizada por su atracción por Saturno y el movimiento mutuo del planeta y los meteoritos. Por este trabajo, Maxwell recibió el premio J. Adams.
Uno de los primeros trabajos de Maxwell fue su teoría cinética de los gases. En 1859, el científico habló en una reunión de la Asociación Británica con un informe en el que daba la distribución de moléculas por velocidades (distribución maxwelliana). Maxwell desarrolló las ideas de su predecesor en el desarrollo de la teoría cinética de los gases, Rudolf Clausius, quien introdujo el concepto de "camino libre medio". Maxwell partió de la idea de un gas como un conjunto de muchas bolas idealmente elásticas, moviéndose caóticamente en un espacio cerrado. Las bolas (moléculas) se pueden dividir en grupos según sus velocidades, mientras que en estado estacionario el número de moléculas de cada grupo permanece constante, aunque pueden salir de los grupos y entrar en ellos. De esta consideración se deduce que “las partículas se distribuyen en velocidades según la misma ley según la cual se distribuyen los errores de observación en la teoría del método de mínimos cuadrados, es decir, según las estadísticas de Gauss ". En el marco de su teoría, Maxwell explicó la ley de Avogadro, difusión, conductividad térmica, fricción interna (teoría de la transferencia). En 1867 mostró la naturaleza estadística de la segunda ley de la termodinámica.
En 1831, año de nacimiento de Maxwell, Michael Faraday realizó los experimentos clásicos que lo llevaron al descubrimiento de la inducción electromagnética. Maxwell comenzó a estudiar la electricidad y el magnetismo unos 20 años después, cuando había dos puntos de vista sobre la naturaleza de los efectos eléctricos y magnéticos. Científicos como A. M. Ampere y F. Neumann se adhirieron al concepto de acción de largo alcance, considerando las fuerzas electromagnéticas como un análogo de la atracción gravitacional entre dos masas. Faraday era partidario de la idea de líneas de fuerza que conectan cargas eléctricas positivas y negativas, o los polos norte y sur de un imán. Las líneas de fuerza llenan todo el espacio circundante (campo, en la terminología de Faraday) y provocan interacciones eléctricas y magnéticas. Siguiendo a Faraday, Maxwell desarrolló un modelo hidrodinámico de líneas de fuerza y expresó las entonces conocidas relaciones de la electrodinámica en un lenguaje matemático correspondiente a los modelos mecánicos de Faraday. Los principales resultados de esta investigación se reflejan en la obra "Líneas de fuerza de Faraday" (1857). En 1860-1865. Maxwell creó la teoría del campo electromagnético, que formuló en forma de un sistema de ecuaciones (ecuaciones de Maxwell) que describen las leyes básicas de los fenómenos electromagnéticos: la 1ª ecuación expresa la inducción electromagnética de Faraday; 2º - inducción magnetoeléctrica, descubierta por Maxwell y basada en el concepto de corrientes de desplazamiento; 3º - la ley de conservación de la cantidad de electricidad; 4º - la naturaleza de vórtice del campo magnético.
Continuando con el desarrollo de estas ideas, Maxwell llegó a la conclusión de que cualquier cambio en los campos eléctrico y magnético debe provocar cambios en las líneas de fuerza que penetran en el espacio circundante, es decir, debe haber impulsos (u ondas) propagándose en el medio. La velocidad de propagación de estas ondas (perturbación electromagnética) depende de la permeabilidad dieléctrica y magnética del medio y es igual a la relación entre la unidad electromagnética y la electrostática. Según Maxwell y otros investigadores, esta relación es de 3 · 10 10 cm / s, que se acerca a la velocidad de la luz medida siete años antes por el físico francés A. Fizeau. En octubre de 1861, Maxwell informó a Faraday sobre su descubrimiento: la luz es una perturbación electromagnética que se propaga en un medio no conductor, es decir, una especie de ondas electromagnéticas. Esta última etapa de la investigación se describe en el trabajo de Maxwell "La teoría dinámica del campo electromagnético" (1864), y el resultado de su trabajo sobre electrodinámica se resume en el famoso "Tratado sobre electricidad y magnetismo" (1873).