Джеймс Кларк Максуел

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене
Джеймс Кларк Максуел
английски учен
James Clerk Maxwell.png
Роден 13 юни 1831
Единбург, Шотландия
Починал 5 ноември 1879
Кеймбридж, Англия
Гражданство Великобритания
Професия физика и математика
Алма матер Единбургски университет, Кеймбриджки университет
Известен с Демон на Максуел, уравнения на Максуел, разпределение на Максуел
Джеймс Кларк Максуел в Общомедия

Джеймс Кларк Максуел (на английски: James Clerk Maxwell) е шотландски[1] физик и математик, член на Единбургското кралско дружество (от 1855) и на Лондонското кралско дружество ( от 1861). Неговите най-големи заслуги са в класическата електромагнитна теория, в която той синтезира необвързаните дотогава наблюдения, уравнения и експерименти в областта на електричеството, магнетизма и даже оптиката.[2] Уравнеията, известни като уравнения на Максуел показват че електричеството, магнетизма и светлината са прояви на едно и също явление: електромагнитното поле.[3]

Максуел показва, че електричното и магнитното полета се разпространяват в пространството под формата на вълни с постоянна скорост, тази на светлината. Той пръв предполага, че светлината има същата природа като електрическите и магнитните явления.[4] Неговият обединяващ модел на електромагнетизма е едно от най-големите достижения на физиката. Той също развива разпределението на Максуел известно още като разпределение на Максуел-Болцман, което е статистически способ за описание на молекулярно-кинетичната теория на газовете. Той прави и първата цветна снимка през 1861 година.

Джеймс Кларк Максуел е физикът на XIX-ти век, който оказва най-голямото влияние върху физиците от XX-ти век. Неговите постижения са сравнявани с тези на Нютон и Айнщайн.[5] В проучване от края на хилядолетието за определяне на стоте най-известни физици, Максуел бе избран за третия най-велик физик на всички времена, след Нютон и Айнщайн.[6][7] Айнщайн има снимки на стената си на Майкъл Фарадей, Исак Нютон и Джеймс Кларк Максуел.[8]

Биография[редактиране | edit source]

Ранни години[редактиране | edit source]

Джеймс Кларк Максуел е роден в Единбург в семейството на шотландски дворянин от знатния род Клерк. Следва в Единбургския и в Кеймбриджкия университет. След това преподава за кратко време в Тринити колидж. Между 1856 и 1860 Максуел преподава в Абърдийн и през 1860 става професор по естествени науки и астрономия в Кингс Колидж Лондон, където остава до 1865. През 1865 г. поради сериозно заболяване Максуел се премества в родното си място близо до Единбург. Тук продължава да се занимава с наука и написва няколко съчинения по физика и математика. От 1871 е професор по експериментална физика в Кеймбридж. Под негово ръководство е създадена прочутата научноизследователска Кавендишка лаборатория в Кеймбридж, която оглавява до края на живота си.

Научно творчество[редактиране | edit source]

Първата си научна статия Максуел написва на 14 години. Тя е посветена на овалните криви и е публикувана през 1846 г. в „Трудове на Единбургско кралско дружество“. Като преподавател в Тринити колидж Максуел прави експерименти по теория на цветовете и изобретява „диска на Максуел“. За работата си по възприемането на цветовете и оптиката получава през 1860 г. медала на Румфорд.

През 1857 г. Кеймбриджкият университет обявява конкурс за най-добра работа относно устойчивостта на пръстените на Сатурн, открити от Галилей в началото на XVII l. Лаплас доказва, че пръстените не могат да са твърди. Максуел се убеждава, че те не могат да бъдат и течни. Неговото откритие е, че пръстените представляват рой несвързани помежду си метеорити, чиято устойчивост се дължи на привличането на Сатурн. За тази си работа Максуел получава наградата на Дж. Адамс.

Максуел е един от създателите на кинетичната теория на газовете, като през 1860 г. извежда закон, описващ статистическото разпределение на газовите молекули в зависимост от скоростта им. В рамките на своята теория обяснява закона на Авогадро, дифузията, топлопроводността, вътрешното триене. През 1867 г. показва статистическия характер на втория закон на термодинамиката — закон на Максуел.

През 1861 г. Максуел започва изследвания в областта на електричеството и магнетизма. Следвайки Фарадей, той разработва хидродинамичен модел на силовите линии и изразява известните тогава съотношения на електродинамиката на математически език. Основните резултати от това изследване са публикувани в труда „Фарадееви силови линии“ (Faraday’s Lines of Force, 1857).

Най-голямото научно постижение на Максуел е създаването на теорията на електромагнитното поле ("Трактат за електричеството и магнетизма", 1873), формулирана от него във вид на система уравнения (Уравнения на Максуел), които изразяват основните закономерности на електромагнитните явления и днес заемат централно място във физиката — в основата са на електро- и радиотехниката. В теорията си той въвежда новото понятие ток на електрическа индукция. Предсказва и съществуването на електромагнитно лъчение (електромагнитни вълни) в празното пространство, където това лъчение се разпространява със скоростта на светлината. Така Максуел стига до идеята за електромагнитния характер на светлината и разкрива връзката между оптичните и електромагнитните явления. Пресмята теоретично светлинното налягане. Доказва теоремата на Максуел в теорията на еластичността, определя термодинамичните съотношения на Максуел, развива теорията на цветното зрение. Конструира и редица уреди.

Първата цветна фотография, направена от Максуел през 1861.

Може би не толкова популярни са приносите му към фотографията и по-специално откритието, че цветна снимка може да се получи чрез разделяне на светлината с филтри на червена, зелена и синя. През 1861 г. той представя концепцията за цветната фотография на лекция в Кралската институция. Образът е на панделка от тартан (характерен шотландски мотив) и процедурата по получаването му включва фотографиране през съответния филтър, проявяване на образа в негатив върху прозрачна фотографска плака и след това едновременно прожектиране на трите плаки с три прожектора през съответния цветен филтър върху екран. При добро фокусиране се получава пълноцветен образ. Днес трите плаки се намират в малкия музей в родната къща на Максуел в Единбург (14 India Street, Edinburgh). Строго погледнато, тази демонстрация само илюстрира концепцията за цветност по принципа на адитивно смесване на цветовете, без да води до истинска цветна снимка, но въпреки това Максуел се счита за изобретил цветната фотография.

Младият Максуел с цветен диск

От 1855 до 1872, той продължава изследванията си, свързани с възприемането на цветовете и цветната слепота, като за първото е награден с медала Ръмфорд от Кралското дружество. Той измисля прости и удобни инструменти, наречени „дискове на Максуел“ чрез които се изследва ефекта от смесването на три първични цвята като се върти т.нар. "цветен пумпал". Така поставя началото на широко използваните днес цветови модели (напр. RGB) и хроматични диаграми.

През последните години от живота си подготвя за печат ръкописното наследство на Кавендиш. Два големи тома излизат от печат през октомври 1879 г.

Научни работи[редактиране | edit source]

  • On the Description of Oval Curves, and those having a plurality of Foci. Proceedings of the Royal Society of Edinburgh, Vol. ii, 1846.
  • Illustrations of the Dynamical Theory of Gases, 1860.
  • On Physical Lines of Force. 1861.
  • A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field. 1865.
  • On Governors. Proceedings of the Royal Society, Vol. 16 (1867-1868), pp. 270-283.
  • Theory of Heat. 1871.
  • On the Focal Lines of a Refracted Pencil. Proceedings of the London Mathematical Society s1-4(1):337-343, 1871.
  • A Treatise on Electricity and Magnetism. Clarendon Press, Oxford, 1873.
  • Molecules. Nature, September, 1873.
  • On Hamilton's Characteristic Function for a Narrow Beam of Light. Proceedings of the London Mathematical Society s1-6(1):182-190, 1874.
  • Matter and Motion, 1876.
  • On the Results of Bernoulli's Theory of Gases as Applied to their Internal Friction, their Diffusion, and their Conductivity for Heat.
  • "Ether", Encyclopaedia Britannica, Ninth Edition (1875-1889).

Вижте също[редактиране | edit source]

Източници[редактиране | edit source]

  1. "Scottish mathematician and physicist". // Encyclopædia Britannica. Посетен на 24 February 2010.
  2. Electromagnetism, Maxwell’s Equations, and Microwaves. // IEEE Virtual Museum, 2008. Посетен на 2008-06-02.
  3. Nahin, P.J., Spectrum, IEEE, Volume 29, Issue 3, March 1992 Page(s):45–
  4. Maxwell, James Clerk. A dynamical theory of the electromagnetic field (pdf). // 1865. с. 459–512. (This article accompanied a December 8, 1864 presentation by Maxwell to the Royal Society.)
  5. Tolstoy, p.12
  6. Einstein the greatest. // BBC News. 29 November 1999. Посетен на 2 April 2010.
  7. McFall, Patrick "Brainy young James wasn't so daft after all" The Sunday Post, 23 April 2006
  8. "Einstein's Heroes: Imagining the World through the Language of Mathematics", by Robyn Arianrhod UQP, reviewed by Jane Gleeson-White, 10 November 2003, The Sydney Morning Herald.
  • Ю. А. Храмов — Физици (Биографична енциклопедия), изд. "Наука и изкуство", С.,1980.