Daudzas zinātniskas publikācijas un žurnāli Nesen publicē rakstus par sasniegumiem fizikā un mūsdienu zinātniekiem, publikācijas par pagātnes fiziķiem ir retums. Mēs vēlētos šo situāciju labot un atcerēties vienu no izcilākajiem pagājušā gadsimta fiziķiem Džeimsu Klerku Maksvelu. Šis ir slavens angļu fiziķis, klasiskās elektrodinamikas, statistiskās fizikas un daudzu citu teoriju tēvs, fiziskās formulas un izgudrojumi. Maksvels kļuva par Cavendish laboratorijas radītāju un pirmo direktoru.
Kā zināms, Maksvels cēlies no Edinburgas un dzimis 1831. gadā dižciltīgā ģimenē, kas bija saistīta ar skotu Penikuik Clerks uzvārdu. Maksvels bērnību pavadīja Glenlaras muižā. Džeimsa senči bija politiķiem, dzejnieki, mūziķi un zinātnieki. Droši vien no viņa tika mantota tieksme uz zinātni.
Džeimsu bez mātes (jo viņa nomira, kad viņam bija 8 gadi) audzināja tēvs, kurš rūpējās par zēnu. Tēvs gribēja, lai dēls mācās dabas zinātnes. Džeimss nekavējoties iemīlēja tehnoloģijas un ātri attīstīja praktiskās iemaņas. Mazais Maksvels savas pirmās nodarbības mājās aizvadīja ar neatlaidību, jo viņam nepatika skolotāja izmantotās skarbās audzināšanas metodes. Tālākā apmācība notika aristokrātu skolā, kur zēns parādīja lieliskas matemātiskās spējas. Maksvelam īpaši patika ģeometrija.
Daudziem izciliem cilvēkiem ģeometrija šķita pārsteidzoša zinātne, un pat 12 gadu vecumā viņš runāja par ģeometrijas mācību grāmatu tā, it kā tā būtu svēta grāmata. Maksvelam patika ģeometrija, kā arī citi zinātniskie spīdekļi, taču viņa attiecības ar skolas biedriem bija sliktas. Viņi pastāvīgi izdomāja viņam aizskarošus segvārdus, un viens no iemesliem bija viņa smieklīgās drēbes. Maksvela tēvs tika uzskatīts par ekscentriķi un nopirka dēlam drēbes, kas lika viņam pasmaidīt.
Maksvels jau bērnībā parādīja lielu solījumu zinātnes jomā. 1814. gadā viņu nosūtīja mācīties uz Edinburgas ģimnāziju, bet 1846. gadā viņam tika piešķirta medaļa par nopelniem matemātikas jomā. Viņa tēvs lepojās ar savu dēlu, un viņam tika dota iespēja prezentēt vienu no dēla zinātniskajiem darbiem Edinburgas Zinātņu akadēmijas valdē. Šis darbs attiecās uz elipsveida figūru matemātiskiem aprēķiniem. Tolaik šim darbam bija nosaukums “Par ovālu un ovālu zīmēšanu ar daudziem fokusiem”. Tas tika uzrakstīts 1846. gadā un plašākai sabiedrībai publicēts 1851. gadā.
Maksvels sāka intensīvi studēt fiziku pēc pārejas uz Edinburgas universitāti. Kallends, Forbss un citi kļuva par viņa skolotājiem. Viņi Džeimsā uzreiz saskatīja augstu intelektuālo potenciālu un nevaldāmu vēlmi studēt fiziku. Pirms šī perioda Maksvels saskārās ar noteiktām fizikas nozarēm un studēja optiku (viņš daudz laika veltīja gaismas un Ņūtona gredzenu polarizācijai). Šajā viņam palīdzēja slavenais fiziķis Viljams Nikols, kurš savulaik izgudroja prizmu.
Protams, Maksvelam nebija svešas citas dabaszinātnes, un viņam Īpaša uzmanība veltīta filozofijas, zinātnes vēstures un estētikas izpētei.
1850. gadā viņš iestājās Kembridžā, kur savulaik strādāja Ņūtons, un 1854. gadā saņēma akadēmisko grādu. Pēc tam viņa pētījumi attiecās uz elektrības un elektroinstalācijas jomu. Un 1855. gadā viņam tika piešķirta dalība Trīsvienības koledžas padomē.
Maksvela pirmais nozīmīgais zinātniskais darbs bija On Faraday's Lines of Force, kas parādījās 1855. gadā. Savulaik Bolcmans par Maksvela rakstu teica, ka šim darbam ir dziļa jēga un tas parāda, cik mērķtiecīgi jaunais zinātnieks pieiet zinātniskajam darbam. Bolcmans uzskatīja, ka Maksvels ne tikai izprot dabaszinātņu jautājumus, bet arī sniedza īpašu ieguldījumu teorētiskajā fizikā. Maksvels savā rakstā izklāstīja visas fizikas evolūcijas tendences turpmākajās desmitgadēs. Vēlāk Kirhhofs, Maks un citi nonāca pie tāda paša secinājuma.
Kā tika izveidota Cavendish laboratorija?
Pēc studiju pabeigšanas Kembridžā Džeimss Maksvels palika šeit par skolotāju un 1860. gadā kļuva par Londonas Karaliskās biedrības biedru. Tajā pašā laikā viņš pārcēlās uz Londonu, kur viņam tika piešķirts fizikas katedras vadītājs Londonas Universitātes King's College. Šajā amatā viņš strādāja 5 gadus.
1871. gadā Maksvels atgriezās Kembridžā un izveidoja Anglijā pirmo laboratoriju pētījumiem fizikas jomā, ko nosauca par Kavendiša laboratoriju (par godu Henrijam Kavendišam). Laboratorijas attīstība, kas kļuvusi par īstu centru zinātniskie pētījumi, Maksvels veltīja savu atlikušo mūžu.
Par Maksvela dzīvi ir maz zināms, jo viņš neveica ierakstus vai dienasgrāmatas. Viņš bija pieticīgs un kautrīgs cilvēks. Maksvels nomira 48 gadu vecumā no vēža.
Kāds ir Džeimsa Maksvela zinātniskais mantojums?
Maksvela zinātniskā darbība aptvēra daudzas fizikas jomas: teoriju elektromagnētiskās parādības, gāzu kinemātiskā teorija, optika, elastības teorija un citi. Pirmā lieta, kas ieinteresēja Džeimsu Maksvelu, bija pētīt un veikt pētījumus krāsu redzes fizioloģijā un fizikā.
Maksvels bija pirmais, kurš ieguva krāsu attēlu, kas tika iegūts, vienlaikus projicējot sarkano, zaļo un zilo diapazonu. Ar to Maksvels vēlreiz pierādīja pasaulei, ka redzes krāsainā attēla pamatā ir trīskomponentu teorija. Šis atklājums iezīmēja krāsu fotogrāfiju tapšanas sākumu. Laika posmā no 1857. līdz 1859. gadam Maksvels varēja izpētīt Saturna gredzenu stabilitāti. Viņa teorija liecina, ka Saturna gredzeni būs stabili tikai pie viena nosacījuma - daļiņu vai ķermeņu atvienošanas viens no otra.
Kopš 1855. gada Maksvels īpašu uzmanību pievērsa darbam elektrodinamikas jomā. Ir vairāki šī perioda zinātniskie darbi “Par Faradeja spēka līnijām”, “Par fiziskajām spēka līnijām”, “Traktāts par elektrību un magnētismu” un “Elektroenerģijas dinamiskā teorija. magnētiskais lauks».
Maksvels un elektromagnētiskā lauka teorija.
Kad Maksvels sāka pētīt elektriskās un magnētiskās parādības, daudzas no tām jau bija labi izpētītas. Tika izveidots Kulona likums, Ampera likums, ir arī pierādīts, ka magnētiskā mijiedarbība ir saistīta ar elektrisko lādiņu darbību. Daudzi tā laika zinātnieki bija liela attāluma darbības teorijas piekritēji, kas apgalvo, ka mijiedarbība notiek acumirklī un tukšā telpā.
Tuvdarbības teorijā galveno lomu spēlēja Maikla Faradeja (19. gs. 30. gadi) pētījumi. Faradejs apgalvoja, ka elektriskā lādiņa raksturs ir balstīts uz apkārtējo elektrisko lauku. Viena lādiņa lauks ir savienots ar blakus esošo divos virzienos. Strāvas mijiedarbojas, izmantojot magnētisko lauku. Magnētiskās un elektriskie lauki saskaņā ar Faraday ir aprakstījis viņu formā elektropārvades līnijas, kas ir elastīgas līnijas hipotētiskā vidē – ēterī.
Maksvels atbalstīja Faradeja teoriju par elektromagnētisko lauku esamību, tas ir, viņš atbalstīja jaunus procesus saistībā ar lādiņu un strāvu.
Maksvels Faradeja idejas izskaidroja matemātiskā formā, kas patiešām bija vajadzīgs fizikai. Ieviešot lauka jēdzienu, Kulona un Ampera likumi kļuva pārliecinošāki un dziļi nozīmīgāki. Elektromagnētiskās indukcijas koncepcijā Maksvels varēja ņemt vērā paša lauka īpašības. Mainīga magnētiskā lauka ietekmē a elektriskais lauks ar slēgtām elektropārvades līnijām. Šo parādību sauc par virpuļelektrisko lauku.
Nākamais Maksvela atklājums bija tāds, ka mainīgs elektriskais lauks var radīt magnētisko lauku, kas ir līdzīgs parastai elektriskajai strāvai. Šo teoriju sauca par pārvietošanas strāvas hipotēzi. Pēc tam Maksvels savos vienādojumos izteica elektromagnētisko lauku uzvedību.
Atsauce. Maksvela vienādojumi ir vienādojumi, kas apraksta elektromagnētiskās parādības dažādās vidēs un vakuuma telpā, kā arī attiecas uz klasisko makroskopisko elektrodinamiku. Tas ir loģisks secinājums, kas izdarīts eksperimentos, kuru pamatā ir elektrisko un magnētisko parādību likumi.
Maksvela vienādojumu galvenais secinājums ir elektriskās un magnētiskās mijiedarbības izplatīšanās galīgums, kas atšķīra tuvās darbības teoriju un liela attāluma darbības teoriju. Ātruma raksturlielumi tuvojās gaismas ātrumam 300 000 km/s. Tas deva Maksvelam iemeslu apgalvot, ka gaisma ir parādība, kas saistīta ar darbību elektromagnētiskie viļņi.
Maksvela gāzu molekulārā kinētiskā teorija.
Maksvels piedalījās molekulārās kinētiskās teorijas izpētē (tagad šo zinātni sauc statistikas mehānika). Maksvels bija pirmais, kurš nāca klajā ar ideju par dabas likumu statistisko raksturu. Viņš radīja likumu molekulu sadalījumam pēc ātruma, kā arī izdevās aprēķināt gāzu viskozitāti attiecībā pret ātruma rādītājiem un gāzes molekulu brīvo ceļu. Turklāt, pateicoties Maksvela darbam, mums ir vairākas termodinamiskās attiecības.
Atsauce. Maksvela sadalījums ir teorija par sistēmas molekulu ātruma sadalījumu termodinamiskā līdzsvara apstākļos. Termodinamiskais līdzsvars ir nosacījums molekulu translācijas kustībai, ko apraksta klasiskās dinamikas likumi.
Maksvelam bija daudz zinātniskie darbi, kas tika publicēti: “Siltuma teorija”, “Materiāls un kustība”, “Elektrība elementārajā prezentācijā” un citi. Maksvels šajā periodā ne tikai attīstīja zinātni, bet arī interesējās par tās vēsturi. Savulaik viņam izdevās izdot G. Kavendiša darbus, kurus viņš papildināja ar saviem komentāriem.
Ko pasaule atceras par Džeimsu Klerku Maksvelu?
Maksvels vadīja aktīvs darbs par elektromagnētisko lauku izpēti. Viņa teorija par to esamību saņēma pasaules atzinību tikai desmit gadus pēc viņa nāves.
Maksvels bija pirmais, kurš klasificēja matēriju un katram piešķīra savus likumus, kas nebija reducējami līdz Ņūtona mehānikas likumiem.
Par Maksvelu ir rakstījuši daudzi zinātnieki. Fiziķis R. Feinmans par viņu teica, ka Maksvels, kurš atklāja elektrodinamikas likumus, skatījās gadsimtiem ilgi nākotnē.
Epilogs. Džeimss Klerks Maksvels nomira 1879. gada 5. novembrī Kembridžā. Viņš tika apglabāts nelielā Skotijas ciematā netālu no savas iecienītākās baznīcas, kas atrodas netālu no viņa ģimenes īpašuma.
Džeimss Maksvels (1831-1879).
Džeimss Klerks Maksvels dzimis Edinburgā 1831. gada 13. jūnijā. Drīz pēc zēna piedzimšanas viņa vecāki aizveda viņu uz savu Glenlēras īpašumu. Kopš tā laika Maksvela dzīvē stingri nostiprinājās “midzeņa šaurā aizā”. Šeit dzīvoja un mira viņa vecāki, un viņš pats ilgu laiku dzīvoja un tika apglabāts.
Kad Džeimsam bija astoņi gadi, māju nonāca nelaime: viņa māte smagi saslima un drīz nomira. Tagad Džeimsa vienīgais audzinātājs bija viņa tēvs, pret kuru viņš visu mūžu saglabāja maigu pieķeršanos un draudzību. Džons Maksvels bija ne tikai viņa dēla tēvs un audzinātājs, bet arī viņa uzticīgākais draugs.
Drīz vien pienāca laiks, kad zēnam bija jāsāk mācīties. Vispirms skolotāji tika aicināti uz savām mājām. Taču skotu mājskolotāji bija tikpat rupji un nezinoši kā viņu angļu kolēģi, kurus Dikenss raksturoja ar tādu sarkasmu un naidu. Tāpēc tika nolemts sūtīt Džeimsu uz jaunu skolu, kas nesa skaļo nosaukumu Edinburgas akadēmija.
Zēns pamazām iesaistījās skolas dzīve. Viņš sāka apmeklēt nodarbības ar lielu interesi. Īpaši viņam patika ģeometrija. Viņa palika viens no Maksvela spēcīgākajiem hobijiem visu mūžu. Ģeometriskajiem attēliem un modeļiem bija milzīga loma viņa zinātniskajā darbā. Tas sākās ar viņu zinātniskais ceļš Maksvels.
Maksvels absolvēja akadēmiju vienā no pirmajām absolvēšanas klasēm. Lai atvadītos no mīļotās skolas, viņš sacerēja Edinburgas akadēmijas himnu, kuru vienbalsīgi un ar entuziasmu dziedāja tās studenti. Tagad viņa priekšā ir atvērušās Edinburgas universitātes durvis.
Būdams students, Maksvels veica nopietnus elastības teorijas pētījumus, kurus speciālisti ļoti atzinīgi novērtēja. Un tagad viņš saskārās ar jautājumu par turpmākajām studijām Kembridžā.
Kembridžas vecākā koledža bija Sv. Pētera (Peterhouse), un slavenākā ir Sv. Trīsvienības koledža (Trinity College), dibināta 1546. gadā. Šīs koledžas slavu radīja tās slavenais students Īzaks Ņūtons. Pīterhausa un Trīsvienības koledža pēc kārtas bija jaunā Maksvela dzīvesvietas Kembridžā. Pēc neilgas uzturēšanās Pīterhausā Maksvels pārcēlās uz Trīsvienības koledžu.
Maksvela zināšanu apjoms, viņa intelekta spēks un neatkarīgā domāšana ļāva viņam iegūt augstu vietu absolvēšanas laikā. Viņš ieņēma otro vietu.
Jaunais bakalaurs tika paturēts Trīsvienības koledžā par skolotāju. Bet viņš bija noraizējies par zinātniskām problēmām. Papildus savai senajai aizraušanās ar ģeometriju un krāsu problēmu, ko viņš sāka pētīt jau 1852. gadā, Maksvels sāka interesēties par elektrību.
1854. gada 20. februārī Maksvels informēja Tomsonu par savu nodomu "uzbrukt elektrībai". "Uzbrukuma" rezultāts bija eseja "Par Faraday's Lines of Force" - pirmā no trim Maksvela galvenajiem darbiem, kas veltīti elektromagnētiskā lauka izpētei. Vārds "lauks" pirmo reizi parādījās tajā pašā vēstulē Tomsonam, bet ne šajā, ne turpmākajā esejā par lauka līnijām. Maksvels to neizmanto. Šī koncepcija atkal parādīsies tikai 1864. gadā darbā “Elektromagnētiskā lauka dinamiskā teorija”.
1856. gada rudenī Maksvels stājās dabas filozofijas profesora amatā Marišalas koledžā Aberdīnā. Dabas filozofijas katedra, tas ir, fizikas katedra Aberdīnā, būtībā nepastāvēja pirms Maksvela, un jaunajam profesoram bija jāorganizē izglītības un zinātniskais darbs fizikā.
Uzturēšanās Aberdīnā iezīmējās ar svarīgs notikums un Maksvela personīgajā dzīvē: viņš apprecējās ar Marišalas koledžas vadītāja Daniela Devara meitu Katrīnu Mariju Devaru. Šis notikums notika 1858. gadā. No tā brīža līdz mūža beigām Maksvelu pāris piedzīvoja savu dzīves ceļš roku rokā.
1857.-1859.gadā zinātnieks veica savus aprēķinus par Saturna gredzenu kustību. Viņš parādīja, ka šķidrais gredzens, griežoties, tiks iznīcināts tajā radušos viļņu ietekmē un sadalīsies atsevišķos satelītos. Maksvels apsvēra ierobežota skaita šādu satelītu kustību. Viņa grūtākie matemātiskie pētījumi viņam atnesa Adamsa balvu un pirmās klases matemātiķa slavu. Godalgoto darbu 1859. gadā publicēja Kembridžas Universitāte.
No Saturna gredzenu izpētes bija pilnīgi dabiski pāriet uz gāzes molekulu kustību apsvēršanu. Maksvela dzīves Aberdīnas periods beidzās ar viņa runu Britu asociācijas sanāksmē 1859. gadā ar ziņojumu “Par gāzu dinamisko teoriju”. Šis dokuments iezīmēja Maksvela daudzu gadu auglīgo pētījumu sākumu gāzu kinētiskās teorijas un statistiskās fizikas jomā.
Tā kā nodaļa, kurā strādāja Maksvels, bija slēgta, zinātniekam bija jāmeklē jauns darbs. 1860. gadā Maksvelu ievēlēja par dabas filozofijas profesoru King's College Londonā.
Londonas periods iezīmējās ar liela raksta “Explanations of the Dynamic Theory of Gases” publicēšanu, kas tika publicēts vadošajā angļu fizikas žurnālā The Philosophical Journal 1860. gadā. Ar šo rakstu Maksvels sniedza milzīgu ieguldījumu jaunā teorētiskās fizikas nozarē – statistiskajā fizikā. Par statistiskās fizikas pamatlicējiem tās klasiskajā formā uzskata Maksvelu, Bolcmanu un Gibsu.
Maksveli pavadīja 1860. gada vasaru pirms rudens semestra sākuma Londonā ģimenes īpašumā Glenlērā. Tomēr Maksvels nespēja atpūsties un iegūt spēku. Viņš smagi saslima ar bakām. Ārsti baidījās par viņa dzīvību. Bet viņam veltītās Ketrīnas ārkārtējā drosme un pacietība, kura darīja visu, lai rūpētos par savu slimo vīru, palīdzēja viņiem uzvarēt. briesmīga slimība. Viņa Londonas dzīve sākās ar tik smagu pārbaudījumu. Šajā dzīves periodā Maksvels publicēja lielu rakstu par krāsām, kā arī darbu “Gāzu dinamiskās teorijas skaidrojumi”. Bet viņa dzīves galvenais darbs bija veltīts elektrības teorijai.
Viņš publicēja divus galvenos darbus par viņa radītā elektromagnētiskā lauka teoriju: "Par fiziskajām spēka līnijām" (1861-1862) un "Elektromagnētiskā lauka dinamiskā teorija" (1864-1865). Desmit gadu laikā Maksvels izauga par nozīmīgu zinātnieku, elektromagnētisko parādību fundamentālās teorijas radītāju, kas kopā ar mehāniku, termodinamiku un statistisko fiziku kļuva par vienu no klasiskās teorētiskās fizikas pamatiem.
Tajā pašā dzīves periodā Maksvels sāka strādāt pie elektriskajiem mērījumiem. Viņu īpaši interesēja racionāla sistēma elektriskās vienības, jo viņa radītā gaismas elektromagnētiskā teorija balstījās tikai uz elektrības elektrostatisko un elektromagnētisko vienību attiecības sakritību ar gaismas ātrumu. Tas bija gluži dabiski, ka viņš kļuva par vienu no aktīviem Britu asociācijas "Vienību komisijas" dalībniekiem. Turklāt Maksvels dziļi izprata ciešo saikni starp zinātni un tehnoloģijām, šīs savienības nozīmi gan zinātnes progresam, gan tehnoloģiskajam progresam. Tāpēc no sešdesmitajiem gadiem līdz pat mūža beigām nenogurstoši strādāja elektrisko mērījumu jomā.
Rosīgā Londonas dzīve ietekmēja Maksvela un viņa sievas veselību, un viņi nolēma dzīvot savā ģimenes īpašumā Glenlarā. Šis lēmums kļuva neizbēgams pēc Maksvela smagās slimības vasaras brīvdienu beigās 1865. gadā, ko viņš, kā parasti, pavadīja savā īpašumā. Maksvels pameta dienestu Londonā un piecus gadus (no 1866. līdz 1871. gadam) dzīvoja Glenlarā, ik pa laikam braucot uz Kembridžu, lai kārtotu eksāmenus, un tikai 1867. gadā pēc ārstu ieteikuma devās uz Itāliju. Nodarbojies ar ekonomiskajām lietām Glenlarā, Maksvels nepameta zinātniskās studijas. Viņš smagi strādāja pie sava dzīves galvenā darba “Traktāts par elektrību un magnētismu”, uzrakstīja grāmatu “Siltuma teorija”. svarīgs darbs par regulatoriem, vairāki raksti par gāzu kinētisko teoriju, piedalījās Britu asociācijas sanāksmēs. Radošā dzīve Maksvela darbs ciematā turpinājās tikpat intensīvi kā universitātes pilsētā.
1871. gadā Maksvels Londonā publicēja The Theory of Heat. Šī mācību grāmata bija ļoti populāra. Zinātnieks rakstīja, ka viņa grāmatas “Siltuma teorija” mērķis bija iepazīstināt ar doktrīnu par siltumu “secībā, kādā tā attīstījās”.
Drīz pēc The Theory of Heat publicēšanas Maksvels saņēma piedāvājumu ieņemt Kembridžas jaunizveidoto eksperimentālās fizikas nodaļu. Viņš piekrita un 1871. gada 8. martā tika iecelts par Kavendiša profesoru Kembridžas Universitātē.
1873. gadā tika izdots “Traktāts par elektrību un magnētismu” (divos sējumos) un grāmata “Matērija un kustība”.
"Matērija un kustība" ir neliela grāmata, kas veltīta mehānikas pamatu izklāstam.
"Traktāts par elektrību un magnētismu" ir Maksvela galvenais darbs un viņa zinātniskās jaunrades virsotne. Tajā viņš apkopoja daudzu gadu darba rezultātus elektromagnētismā, kas sākās 1854. gada sākumā. Trakta priekšvārds ir datēts ar 1873. gada 1. februāri. Maksvels pie sava pamatdarba strādāja deviņpadsmit gadus!
Maksvels pārskatīja visu sava laika zināšanu kopumu par elektrību un magnētismu, sākot ar elektrostatikas pamatfaktiem un beidzot ar viņa radīto gaismas elektromagnētisko teoriju. Viņš rezumēja Ņūtona dzīves laikā aizsākto cīņu starp tāldarbības teorijām un tuvās darbības teorijām, savas grāmatas pēdējo nodaļu veltot darbības teoriju izskatīšanai no attāluma. Maksvels atklāti neiebilda pret elektrības teorijām, kas pastāvēja pirms viņa; viņš iepazīstināja ar Faradeja koncepciju kā līdzvērtīgu dominējošajām teorijām, taču viss viņa grāmatas gars, viņa pieeja elektromagnētisko parādību analīzei bija tik jauna un neparasta, ka viņa laikabiedri atteicās saprast grāmatu.
Slavenajā Traktata priekšvārdā Maksvels sava darba mērķi raksturo šādi: aprakstīt svarīgākās elektromagnētiskās parādības, parādīt, kā tās var izmērīt, un “izsekot matemātiskajām sakarībām starp izmērītajiem lielumiem”. Viņš norāda, ka centīsies “ja iespējams izgaismot saikni starp šīs teorijas matemātisko formu un vispārējo dinamiku, lai zināmā mērā būtu gatavs to dinamisko likumu noteikšanai, starp kuriem jāmeklē ilustrācijas vai elektromagnētisko parādību skaidrojumi.
Maksvels uzskata mehānikas likumus par dabas pamatlikumiem. Tā nav nejaušība, ka tāpēc kā būtisks priekšnoteikums saviem elektromagnētiskās teorijas pamatvienādojumiem viņš izklāsta dinamikas pamatprincipus. Bet tajā pašā laikā Maksvels saprot, ka elektromagnētisko parādību teorija ir kvalitatīvi jauna teorija, kuru nevar reducēt līdz mehānikai, lai gan mehānika atvieglo iekļūšanu šajā jaunajā dabas parādību jomā.
Maksvela galvenie secinājumi ir sekojoši: mainīgs magnētiskais lauks, ko ierosina mainīga strāva, apkārtējā telpā rada elektrisko lauku, kas savukārt ierosina magnētisko lauku utt. Mainīgie elektriskie un magnētiskie lauki, savstarpēji ģenerējot viens otru , veido vienotu mainīgu elektromagnētiskā lauka lauku - elektromagnētisko vilni.
Viņš atvasināja vienādojumus, kas parāda, ka strāvas avota radītais magnētiskais lauks no tā izplatās ar nemainīgs ātrums. Pēc rašanās elektromagnētiskais lauks izplatās telpā ar gaismas ātrumu 300 000 km/s, aizņemot arvien lielāku tilpumu. D. Maksvels apgalvoja, ka gaismas viļņiem ir tāds pats raksturs kā viļņiem, kas rodas ap vadu, kurā ir pārmaiņus elektrība. Tie atšķiras viens no otra tikai garumā. Ļoti īsi viļņi ir redzama gaisma.
1874. gadā viņš sāka lielu vēsturisku darbu: pētīja 18. gadsimta zinātnieka Henrija Kavendiša zinātnisko mantojumu un sagatavoja to publicēšanai. Pēc Maksvela pētījumiem kļuva skaidrs, ka Kavendišs ilgi pirms Faradeja atklāja dielektriķa ietekmi uz elektriskās kapacitātes vērtību un 15 gadus pirms Kulons atklāja elektriskās mijiedarbības likumu.
Kavendiša darbs par elektrību ar eksperimentu aprakstiem aizņēma lielu apjomu, un tas tika publicēts 1879. gadā ar nosaukumu "Godājamā Henrija Kavendiša raksti par elektrību". Šī bija pēdējā Maksvela grāmata, kas publicēta viņa dzīves laikā. 1879. gada 5. novembrī viņš nomira Kembridžā.
(1831-1879) Angļu fiziķis, elektromagnētiskā lauka teorijas radītājs
Džeimss Klerks Maksvels dzimis 1831. gadā turīgā dižciltīgā ģimenē, kas piederēja dižciltīgajai un senajai skotu kllerku ģimenei. Viņa tēvs Džons Klerks, kurš uzņēma uzvārdu Maksvels, bija jurists. Viņš parādīja liela interese dabas vēsturei, bija cilvēks ar daudzveidīgām kultūras interesēm, ceļotājs, izgudrotājs un zinātnieks. Džeimss bērnību pavadīja Glenlarā, gleznainā vietā, kas atrodas dažu jūdžu attālumā no Īrijas jūras.
Džeimsam patika pārtaisīt lietas, uzlabot to dizainu, lāpīt, zīmēt un prata adīt un izšūt. Viņa dabisko zinātkāri un tieksmi uz vientuļām pārdomām pilnībā saprata viņa ģimene un jo īpaši tēvs. Džeimss visu mūžu nesa draudzību ar tēvu, un, būdams pieaugušais, viņš teiks, ka lielākā veiksme dzīvē ir būt laipniem un gudriem vecākiem. Zēns agri zaudēja māti: 1839. gadā viņa nomira, neveicot lielu operāciju.
1841. gadā 10 gadu vecumā Džeimss iestājās Edinburgas akadēmijā - sekundārajā izglītības iestāde klasiskās ģimnāzijas veids. Līdz piektajai klasei viņš mācījās bez īpašas intereses un daudz slimoja. Piektajā klasē zēns sāka interesēties par ģeometriju, sāka veidot ģeometrisko ķermeņu modeļus un izdomāja savas problēmas risināšanas metodes. 1846. gadā, kad viņam nebija pat 15 gadu, viņš uzrakstīja savu pirmo zinātnisko darbu - “Par ovālu zīmējumu un ovāliem ar daudziem perēkļiem”, kas vēlāk tika publicēts Edinburgas Karaliskās biedrības izdevumos. Šis jaunības darbs atklāj Maksvela zinātnisko rakstu divu sējumu krājumu.
1847. gadā, nepabeidzot vidusskolu, iestājās Edinburgas Universitātē. Līdz tam laikam Džeimss sāka interesēties par eksperimentiem optikā, ķīmijā, magnētismā un daudz nodarbojās ar fiziku un matemātiku. 1850. gadā viņš iesniedza Karaliskās biedrības biedriem rakstu “Par elastīgo ķermeņu līdzsvaru”, kurā viņš pierādīja labi zināmo teorēmu, ko sauc par “Maksvela teorēmu”.
1850. gadā Džeimss pārgāja uz Kembridžas Universitāti, slaveno Trīsvienības koledžu, kur savulaik mācījās Īzaks Ņūtons. Nozīmīga loma zinātniskā pasaules uzskata veidošanā jauns vīrietis savu lomu spēlēja viņa komunikācija ar koledžas zinātniekiem, galvenokārt Džordžu Stoksu un Viljamu Tomsonu (Kelvins). Rūpīgs pētījums par Maikla Faradeja darbu elektrības jomā norādīja ceļu viņa turpmākajiem pētījumiem.
1854. gadā Maksvels absolvēja Kembridžas universitāti, saņemot savu otro apbalvojumu – Smita balvu, ko piešķir par uzvarot grūtākajā matemātikas eksāmenā. Viņš zaudēja pirmo balvu Routam, topošajam slavenajam mehāniķim un matemātiķim. Tūlīt pēc absolvēšanas viņš sāka skolotāja karjeru Trīsvienības koledžā. Maksvels lasa lekcijas par hidrauliku un optiku un veic pētījumus par krāsu teoriju. 1855. gadā viņš Edinburgas Karaliskajai biedrībai nosūtīja ziņojumu “Krāsu eksperimenti” un izstrādāja krāsu redzes teoriju. Kā liecināja laikabiedri, Džeimss Maksvels nebija izcils skolotājs, taču viņš ļoti apzinīgi izturējās pret saviem mācīšanas pienākumiem. Viņa patiesā aizraušanās bija zinātniskā izpēte.
Līdz tam laikam viņa interese par elektrības un magnētisma problēmām bija pamodusies, un 1855.–1856. gadā viņš pabeidza savu pirmo darbu šajā jomā - “Par Faradeja spēka līnijām”. Tas jau iezīmē viņa turpmākā lielā darba galvenās iezīmes. Kopš 1855. gada zinātnieks ir Edinburgas Karaliskās biedrības biedrs.
1856. gadā profesors J. Maksvels devās strādāt uz Dabas filozofijas katedru Aberdīnas Universitātē Skotijā, kur palika līdz 1860. gadam. 1857. gadā viņš nosūtīja Maiklam Faradejam savu rakstu par elektromagnētismu, kas viņu ļoti aizkustināja. Faradejs bija pārsteigts par jaunā zinātnieka talanta spēku. Šajā periodā Maksvels paralēli elektromagnētisma problēmām nodarbojās ar zinātnisku jautājumu risināšanu citās jomās. Viņš piedalās Kembridžas universitātes konkursā par Saturna gredzenu stabilitāti un konkursam iesniedz darbu “Par Saturna gredzenu stabilitāti”, kurā parāda, ka gredzeni nav cieti vai šķidri, bet gan ir. meteorītu bars. Šo darbu sauca par vienu no ievērojamākajiem matemātikas pielietojumiem, un zinātnieks saņēma goda Adamsa balvu.
Džeimss Maksvels ir viens no gāzu kinētiskās teorijas radītājiem. 1859. gadā viņš izveidoja statistikas likumu gāzes molekulu sadalījumam termiskā līdzsvara stāvoklī pēc ātruma, ko sauc par Maksvela sadalījumu.
No 1860. līdz 1865. gadam Maksvels bija fizikas profesors Londonas Universitātes King's College. Šeit viņš pirmo reizi satika savu elku Maiklu Faradeju, kurš jau bija vecs un slims.
Dž.Maksvela ievēlēšana par Londonas Karaliskās biedrības biedru 1861. gadā atzina viņa zinātnisko darbu nozīmīgumu, starp kuriem jāatzīmē divi svarīgi raksti par elektromagnētismu: “Par fiziskajām spēka līnijām” (1861-1862) un “ Elektromagnētiskā lauka dinamiskā teorija” (1864-1865). IN pēdējais darbs izklāstīja elektromagnētiskā lauka teoriju, kuru viņš formulēja vairāku vienādojumu sistēmas veidā – Maksvela vienādojumus, izsakot visus elektromagnētisko parādību pamatlikumus. Tas arī sniedz priekšstatu par gaismu kā elektromagnētiskiem viļņiem.
1 Elektromagnētiskā lauka teorija ir Džeimsa Maksvela lielākais zinātniskais sasniegums, tas iezīmēja jauna posma sākumu fizikā. Lielākā daļa zinātnieku augstu novērtēja Maksvela teoriju, kurš kļuva par vienu no vadošajiem fiziķiem pasaulē.
1865. gadā viņš cieta negadījumu, jājot uz zirga. Pārskaitot nopietna slimība, viņš pameta nodaļu Londonas Universitātē un pārcēlās uz dzimto Glenlaru, uz savu īpašumu, kur sešus gadus (līdz 1871. gadam) turpināja pētīt elektromagnētisma un siltuma teoriju. Viņa darba rezultāti tika publicēti 1871. gadā darbā “Siltuma teorija”.
1871. gadā uz slavenā 18. gadsimta angļu zinātnieka Henrija Kavendiša pēcteča - Kavendiša hercoga - rēķina Kembridžas Universitātē tika izveidota Eksperimentālās fizikas katedra, kuras pirmais profesors bija Maksvels. Kopā ar nodaļu viņš pārņēma arī laboratoriju, kuras celtniecība viņa uzraudzībā un vadībā tikko bija sākusies. Šī bija nākotnes slavenā Cavendish laboratorija - zinātnes un pētniecības centrs, kas vēlāk kļuva slavens visā pasaulē. 1874. gada 16. jūnijā notika Cavendish laboratorijas svinīgā atklāšana, kuru Maksvels vadīja līdz savas dzīves beigām. Pēc tam to vadīja J. Rayleigh, D. D. Gomson, E. Ratherford, W. Bragg.
Džeimss Maksvels bija lielisks laboratorijas vadītājs, un personāla vidū viņam bija neapšaubāma autoritāte. Viņš izcēlās ar lielu vienkāršību, maigumu un sirsnību saziņā ar cilvēkiem, vienmēr bija principiāls un aktīvs, novērtēja un mīlēja humoru.
Kavendišā Maksvels veica plašu zinātnisko un pedagoģisko darbu. 1873. gadā tika publicēts viņa "Traktāts par elektrību un magnētismu", kas apkopoja viņa pētījumus šajā jomā un kļuva par viņa zinātniskās jaunrades virsotni. Traktātam viņš veltīja astoņus gadus, bet pēdējos piecus dzīves gadus veltīja Henrija Kavendiša, kura vārdā tika nosaukta laboratorija, nepublicēto darbu apstrādei un publicēšanai. Maksvels 1879. gadā publicēja divus lielus Kavendiša darbu sējumus ar saviem komentāriem.
Viņš nekad neizrādīja egoismu vai aizkustinājumu, netiecās pēc slavas un vienmēr mierīgi pieņēma viņam adresētu kritiku. Savaldība un paškontrole vienmēr bija viņa pavadoņi. Pat tad, kad viņš smagi saslima un piedzīvoja mokošas sāpes, viņš palika līdzsvarots un mierīgs. Zinātnieks drosmīgi stājās pretī ārsta vārdiem, ka viņam atlicis dzīvot ne vairāk kā mēnesi.
Džeimss Klerks Maksvels nomira 1879. gada 5. novembrī četrdesmit astoņu gadu vecumā no vēža. Ārsts, kurš viņu ārstēja, savos memuāros raksta, ka Džeimss šo slimību drosmīgi pārcieta. Viņam bija neticamas sāpes, bet neviens no apkārtējiem par to pat nezināja. Līdz pat savai nāvei viņš domāja skaidri un skaidri, pilnībā apzinoties savu nenovēršamo nāvi un saglabājot pilnīgu mieru.
MAXWELL (Maksvels) Džeimss Klerks ( Ierēdnis) (1831-79), angļu fiziķis, klasiskās elektrodinamikas radītājs, viens no statistiskās fizikas pamatlicējiem, Cavendish laboratorijas organizators un pirmais direktors (no 1871). Attīstot M. Faradeja idejas, viņš radīja elektromagnētiskā lauka teoriju (Maksvela vienādojumi); ieviesa pārvietošanās strāvas jēdzienu, paredzēja elektromagnētisko viļņu esamību un izvirzīja domu par gaismas elektromagnētisko raksturu. Izveidoja viņa vārdā nosaukto statistisko sadalījumu. Viņš pētīja gāzu viskozitāti, difūziju un siltumvadītspēju. Parādīja, ka Saturna gredzeni sastāv no atsevišķiem ķermeņiem. Darbojas pie krāsu redzes un kolorimetrijas (Maksvela disks), optikas (Maksvela efekts), elastības teorijas (Maksvela teorēma, Maksvela-Kremonas diagramma), termodinamikas, fizikas vēstures u.c.
MAXWELL (Maksvels) Džeimss Klerks (1831. gada 13. jūnijā Edinburgā, — 1879. gada 5. novembrī Kembridžā), angļu fiziķis, klasiskās elektrodinamikas radītājs, viens no statistiskās fizikas pamatlicējiem, viena no pasaulē lielākajām. zinātniskie centri 19. beigas - agri 20. gadsimti - Cavendish laboratorija; radīja elektromagnētiskā lauka teoriju, paredzēja elektromagnētisko viļņu esamību, izvirzīja domu par gaismas elektromagnētisko dabu, izveidoja pirmo statistikas likumu - viņa vārdā nosaukto molekulu sadalījuma likumu pēc ātruma.
Ģimene. Studiju gadi
Maksvels bija vienīgais skotu muižnieka un advokāta Džona Klerka dēls, kurš, mantojis radinieka sievas, dzimušas Maksvelas, īpašumu, pievienoja savam uzvārdam šo vārdu. Pēc dēla piedzimšanas ģimene pārcēlās uz Skotijas dienvidiem, uz savu īpašumu Glenlēru (“Patvērums ielejā”), kur zēns pavadīja savu bērnību. 1841. gadā Džeimsa tēvs viņu nosūtīja uz skolu ar nosaukumu Edinburgas akadēmija. Šeit, 15 gadu vecumā, Maksvels uzrakstīja savu pirmo zinātnisko rakstu “Par ovālu zīmēšanu”. 1847. gadā viņš iestājās Edinburgas Universitātē, kur studēja trīs gadus, un 1850. gadā pārcēlās uz Kembridžas universitāti, kuru absolvēja 1854. gadā. Līdz tam laikam Maksvels bija pirmās klases matemātiķis ar izciliem. attīstīta intuīcija fizika.
Cavendish laboratorijas izveide. Mācību darbs
Pēc universitātes beigšanas Maksvels tika atstāts Kembridžā, lai strādātu pedagoģijā. 1856. gadā viņš ieguva profesora amatu Marišalas koledžā Aberdīnas Universitātē (Skotija). 1860. gadā viņu ievēlēja par Londonas Karaliskās biedrības locekli. Tajā pašā gadā viņš pārcēlās uz Londonu, pieņemot piedāvājumu ieņemt fizikas katedras vadītāja amatu Londonas Universitātes King's College, kur viņš strādāja līdz 1865. gadam.
Atgriezies Kembridžas universitātē 1871. gadā, Maksvels organizēja un vadīja Apvienotās Karalistes pirmo īpaši aprīkoto laboratoriju fiziski eksperimenti, kas pazīstama kā Kavendiša laboratorija (nosaukta angļu zinātnieka G. Kavendiša vārdā). Šīs laboratorijas veidošanās, kas 19.-20.gs.mijā. ir kļuvis par vienu no lielākajiem pasaules zinātnes centriem, sacīja Maksvels pēdējie gadi pašu dzīvi.
Ir zināmi daži fakti no Maksvela dzīves. Kautrīgs, pieticīgs, viņš centās dzīvot viens; Es neturēju dienasgrāmatas. Maksvels apprecējās 1858. gadā, bet ģimenes dzīve, acīmredzot, izrādījās neveiksmīgi, saasināja viņa nesabiedriskumu un atsvešinājās no bijušajiem draugiem. Pastāv pieņēmumi, ka liela daļa svarīgo materiālu par Maksvela dzīvi tika zaudēta 1929. gada ugunsgrēkā viņa mājā Glenlarā, 50 gadus pēc viņa nāves. Viņš nomira no vēža 48 gadu vecumā.
Zinātniskā darbība
Maksvela neparasti plašā zinātnisko interešu sfēra aptvēra elektromagnētisko parādību teoriju, gāzu kinētisko teoriju, optiku, elastības teoriju un daudz ko citu. Viens no viņa pirmajiem darbiem bija pētījumi par krāsu redzes un kolorimetrijas fizioloģiju un fiziku, ko sāka 1852. gadā. 1861. gadā Maksvels pirmo reizi ieguva krāsainu attēlu, vienlaikus projicējot uz ekrāna sarkanus, zaļus un zilus slaidus. Tas pierādīja trīskomponentu redzes teorijas pamatotību un iezīmēja veidus, kā radīt krāsu fotogrāfiju. Savos darbos 1857-59 Maksvels teorētiski pētīja Saturna gredzenu stabilitāti un parādīja, ka Saturna gredzeni var būt stabili tikai tad, ja tie sastāv no daļiņām (ķermeņiem), kas nav savienoti savā starpā.
1855. gadā Maksvels uzsāka virkni savu galveno darbu elektrodinamikas jomā. Tika publicēti raksti “Par Faradeja spēka līnijām” (1855-56), “Par fiziskajām spēka līnijām” (1861-62) un “Elektromagnētiskā lauka dinamiskā teorija” (1869). Pētījums tika pabeigts ar divu sējumu monogrāfijas “Traktāts par elektrību un magnētismu” (1873) izdošanu.
Elektromagnētiskā lauka teorijas izveide
Kad Maksvels 1855. gadā sāka pētīt elektriskās un magnētiskās parādības, daudzas no tām jau bija labi izpētītas: jo īpaši bija izveidoti stacionāro elektrisko lādiņu (Kulona likums) un strāvu (Ampera likums) mijiedarbības likumi; Ir pierādīts, ka magnētiskā mijiedarbība ir kustīgu elektrisko lādiņu mijiedarbība. Lielākā daļa tā laika zinātnieku uzskatīja, ka mijiedarbība tika pārraidīta uzreiz, tieši caur tukšumu (tālas darbības teorija).
Izšķirošu pavērsienu tuvās darbības teorijai veica M. Faradejs 30. gados. 19. gadsimts Saskaņā ar Faradeja idejām, elektriskais lādiņš rada elektrisko lauku apkārtējā telpā. Viena lādiņa lauks iedarbojas uz otru, un otrādi. Strāvu mijiedarbība tiek veikta caur magnētisko lauku. Faradejs aprakstīja elektrisko un magnētisko lauku sadalījumu telpā, izmantojot spēka līnijas, kas, pēc viņa domām, atgādina parastās elastīgās līnijas hipotētiskā vidē - pasaules ēterā.
Maksvels pilnībā pieņēma Faradeja idejas par elektromagnētiskā lauka esamību, tas ir, par procesu realitāti kosmosā lādiņu un strāvu tuvumā. Viņš uzskatīja, ka ķermenis nevar darboties tur, kur tā nav.
Pirmā lieta, ko Maksvels izdarīja, bija Faradeja idejām piešķirt stingrību matemātiskā forma, tik nepieciešams fizikā. Izrādījās, ka līdz ar lauka jēdziena ieviešanu Kulona un Ampera likumi sāka izpausties vispilnīgāk, dziļāk un elegantāk. Elektromagnētiskās indukcijas fenomenā Maksvels saskatīja jaunu lauku īpašību: mainīgs magnētiskais lauks tukšā telpā rada elektrisko lauku ar slēgtām spēka līnijām (tā saukto virpuļelektrisko lauku).
Nākamo un pēdējo soli elektromagnētiskā lauka pamatīpašību atklāšanā veica Maksvels, nepaļaujoties uz eksperimentu. Viņš izteica izcilu minējumu, ka mainīgs elektriskais lauks rada magnētisko lauku, tāpat kā parastā elektriskā strāva (nobīdes strāvas hipotēze). Līdz 1869. gadam visi elektromagnētiskā lauka uzvedības pamatlikumi tika izveidoti un formulēti četru vienādojumu sistēmas veidā, ko sauc par Maksvela vienādojumiem.
No Maksvela vienādojumiem izriet fundamentāls secinājums: elektromagnētiskās mijiedarbības izplatīšanās ātruma galīgums. Tas ir galvenais, kas atšķir maza attāluma darbības teoriju no liela attāluma darbības teorijas. Ātrums izrādījās vienāds ar gaismas ātrumu vakuumā: 300 000 km/s. No tā Maksvels secināja, ka gaisma ir elektromagnētisko viļņu forma.
Strādā pie gāzu molekulāri kinētiskās teorijas
Maksvela loma molekulārās kinētiskās teorijas (mūsdienu nosaukums ir statistiskā mehānika) izstrādē un iedibināšanā ir ārkārtīgi svarīga. Maksvels bija pirmais, kurš izteica paziņojumu par dabas likumu statistisko raksturu. 1866. gadā viņš atklāja pirmo statistikas likumu – likumu par molekulu sadalījumu pēc ātruma (Maxwell distribution). Turklāt viņš aprēķināja gāzu viskozitāti atkarībā no molekulu ātruma un vidējā brīvā ceļa, kā arī atvasināja vairākas termodinamiskās attiecības.
Maksvels bija izcils zinātnes popularizētājs. Viņš uzrakstīja vairākus rakstus enciklopēdijai Britannica un populāras grāmatas: “Siltuma teorija” (1870), “Materija un kustība” (1873), “Elektrība elementārajā ekspozīcijā” (1881), kas tika tulkotas krievu valodā; sniedza lekcijas un referātus par fiziskajām tēmām plašai auditorijai. Maksvels izrādīja lielu interesi arī par zinātnes vēsturi. 1879. gadā viņš publicēja G. Kavendiša darbus par elektrību, sniedzot tiem plašus komentārus.
Maksvela darba novērtējums
Zinātnieka darbus viņa laikabiedri nenovērtēja. Idejas par elektromagnētiskā lauka esamību šķita patvaļīgas un neauglīgas. Tikai pēc tam, kad G. Hercs 1886.-89.gadā eksperimentāli pierādīja Maksvela prognozēto elektromagnētisko viļņu esamību, viņa teorija saņēma vispārēju atzinību. Tas notika desmit gadus pēc Maksvela nāves.
Pēc elektromagnētiskā lauka realitātes eksperimentāla apstiprināšanas tika veikts fundamentāls zinātnisks atklājums: ir Dažādi matērija, un katram no tiem ir savi likumi, kurus nevar reducēt līdz Ņūtona mehānikas likumiem. Tomēr pats Maksvels to diez vai skaidri apzinājās un sākumā mēģināja izveidot elektromagnētisko parādību mehāniskos modeļus.
Par Maksvela lomu zinātnes attīstībā lieliski izteicās amerikāņu fiziķis R. Feinmens: “Cilvēces vēsturē (ja paskatās, teiksim, desmit tūkstošus gadu vēlāk) nozīmīgākais 19. gadsimta notikums neapšaubāmi būs Maksvela notikums. elektrodinamikas likumu atklāšana.Uz šī svarīgā fona zinātniskais atklājums Pilsoņu karš Amerikā tajā pašā desmitgadē izskatīsies kā provinciāls incidents."
Maksvels ir apbedīts nevis Anglijas dižciltīgo kapā – Vestminsteras abatijā, bet gan pieticīgā kapā blakus savai mīļotajai baznīcai Skotijas ciematā, netālu no ģimenes īpašuma.
MAKSVELS, Džeimss Klerks
Angļu fiziķis Džeimss Klerks Maksvels dzimis Edinburgā skotu muižnieka ģimenē no dižciltīgās klerku ģimenes. Vispirms viņš studēja Edinburgas (1847–1850), pēc tam Kembridžas (1850–1854) universitātēs. 1855. gadā Maksvels kļuva par Trīsvienības koledžas padomes locekli, 1856.–1860. bija profesors Aberdīnas Universitātes Marišalas koledžā un no 1860. gada vadīja fizikas un astronomijas nodaļu Londonas Universitātes King's College. 1865. gadā smagas slimības dēļ Maksvels atkāpās no departamenta un apmetās uz dzīvi savā ģimenes īpašumā Glenlarā netālu no Edinburgas. Tur viņš turpināja studēt zinātni un uzrakstīja vairākas esejas par fiziku un matemātiku. 1871. gadā viņš ieņēma eksperimentālās fizikas katedru Kembridžas Universitātē. Maksvels organizēja pētniecības laboratoriju, kas tika atvērta 1874. gada 16. jūnijā un tika nosaukta par Kavendišu par godu Henrijam Kavendišam.
Maksvels savu pirmo zinātnisko darbu pabeidza vēl skolas laikā, izgudrojot vienkāršu veidu, kā zīmēt ovālas formas. Par šo darbu tika ziņots Karaliskās biedrības sanāksmē un pat publicēts tās Proceedings. Būdams Trīsvienības koledžas padomes loceklis, viņš nodarbojās ar krāsu teorijas eksperimentiem, darbojās kā Junga teorijas un Helmholca trīs pamatkrāsu teorijas turpinātājs. Eksperimentos ar krāsu sajaukšanu Maksvels izmantoja īpašu virsu, kuras disks bija sadalīts sektoros, iekrāsots dažādas krāsas(Maksvela disks). Kad augšdaļa ātri pagriezās, krāsas saplūda: ja disks tika nokrāsots tāpat kā spektra krāsas, tas parādījās balts; ja viena puse no tā bija nokrāsota sarkanā krāsā, bet otra puse dzeltena, tā izrādījās oranža; sajaucot zilo un dzelteno krāsu, radās zaļās krāsas iespaids. 1860. gadā Maksvelam tika piešķirta Rumfordas medaļa par darbu krāsu uztveres un optikas jomā.
1857. gadā Kembridžas universitāte izsludināja konkursu par labāks darbs par Saturna gredzenu stabilitāti. Šos veidojumus 17. gadsimta sākumā atklāja Galilejs. un iepazīstināja ar pārsteidzošu dabas noslēpumu: planētu šķita ieskauj trīs nepārtraukti koncentriski gredzeni, kas sastāv no nezināmas dabas vielas. Laplass pierādīja, ka tie nevar būt cieti. Pēc tērēšanas matemātiskā analīze, Maksvels pārliecinājās, ka tie nevar būt šķidri, un nonāca pie secinājuma, ka šāda struktūra var būt stabila tikai tad, ja tā sastāv no nesaistītu meteorītu bara. Gredzenu stabilitāti nodrošina to pievilkšanās Saturnam un planētas un meteorītu savstarpējā kustība. Par šo darbu Maksvels saņēma Dž.Adamsa balvu.
Viens no Maksvela pirmajiem darbiem bija viņa gāzu kinētiskā teorija. 1859. gadā zinātnieks sniedza ziņojumu Britu asociācijas sanāksmē, kurā viņš iepazīstināja ar molekulu sadalījumu pēc ātruma (Maksvela sadalījums). Maksvels attīstīja sava priekšgājēja idejas gāzu kinētiskās teorijas izstrādē Rūdolfam Klausiusam, kurš ieviesa jēdzienu "vidējais brīvais ceļš". Maksvels vadījās no idejas par gāzi kā daudzu ideāli elastīgu bumbiņu ansambli, kas haotiski kustas slēgtā telpā. Bumbiņas (molekulas) var iedalīt grupās pēc ātruma, savukārt stacionārā stāvoklī molekulu skaits katrā grupā paliek nemainīgs, lai gan tās var iziet un iekļūt grupās. No šī apsvēruma izrietēja, ka “daļiņas tiek sadalītas pēc ātruma saskaņā ar to pašu likumu, kā novērojumu kļūdas tiek sadalītas mazāko kvadrātu metodes teorijā, t.i. saskaņā ar Gausa statistiku." Savas teorijas ietvaros Maksvels izskaidroja Avogadro likumu, difūziju, siltumvadītspēju, iekšējo berzi (pārneses teorija). 1867. gadā viņš parādīja otrā termodinamikas likuma statistisko raksturu.
1831. gadā, Maksvela dzimšanas gadā, Maikls Faradejs veica klasiskos eksperimentus, kuru rezultātā viņš atklāja elektromagnētisko induciju. Maksvels sāka pētīt elektrību un magnētismu apmēram 20 gadus vēlāk, kad pastāvēja divi viedokļi par elektrisko un magnētisko efektu būtību. Tādi zinātnieki kā A. M. Ampere un F. Neimans pieturējās pie liela attāluma darbības jēdziena, ņemot vērā elektromagnētiskie spēki kā gravitācijas pievilcības analogs starp divām masām. Faradejs piekrita idejai par spēka līnijām, kas savieno pozitīvos un negatīvos elektriskos lādiņus vai ziemeļus un dienvidu polus magnēts. Spēka līnijas aizpilda visu apkārtējo telpu (lauku, Faradeja terminoloģijā) un nosaka elektrisko un magnētisko mijiedarbību. Sekojot Faradejam, Maksvels izstrādāja spēka līniju hidrodinamisko modeli un izteica toreiz zināmās elektrodinamikas attiecības matemātiskā valodā, kas atbilst Faradeja mehāniskajiem modeļiem. Galvenie šī pētījuma rezultāti ir atspoguļoti darbā “Faraday's Lines of Force” (1857). 1860.–1865 Maksvels izveidoja elektromagnētiskā lauka teoriju, kuru formulēja vienādojumu sistēmas veidā (Maksvela vienādojumi), kas apraksta elektromagnētisko parādību pamatlikumus: 1. vienādojums izteica Faradeja elektromagnētisko indukciju; 2. – Magnetoelektriskā indukcija, ko atklāja Maksvels un balstās uz idejām par nobīdes strāvām; 3. – elektroenerģijas nezūdamības likums; 4. – magnētiskā lauka virpuļdaba.
Turpinot attīstīt šīs idejas, Maksvels nonāca pie secinājuma, ka jebkurām izmaiņām elektriskajā un magnētiskajā laukā ir jāizraisa izmaiņas spēka līnijās, kas iekļūst apkārtējā telpā, t.i. barotnē ir jābūt impulsiem (vai viļņiem). Šo viļņu izplatīšanās ātrums (elektromagnētiskie traucējumi) ir atkarīgs no vides dielektriskās un magnētiskās caurlaidības un ir vienāds ar elektromagnētiskās vienības attiecību pret elektrostatisko. Pēc Maksvela un citu pētnieku domām, šī attiecība ir 3·10 10 cm/s, kas ir tuvu gaismas ātrumam, ko septiņus gadus iepriekš mērīja franču fiziķis A. Fizo. 1861. gada oktobrī Maksvels informēja Faradeju par savu atklājumu: gaisma ir elektromagnētiski traucējumi, kas izplatās nevadošā vidē, t.i. elektromagnētiskā viļņa veids. Šis pētījuma pēdējais posms ir izklāstīts Maksvela darbā "Elektromagnētiskā lauka dinamiskā teorija" (1864), un viņa darba rezultāti par elektrodinamiku tika apkopoti slavenajā "Traktātā par elektrību un magnētismu" (1873).