MAXWELL, JAMES CLERK(Maxwell, James Clerk) (1831–1879), anglų fizikas. Gimė 1831 m. birželio 13 d. Edinburge škotų bajoro šeimoje iš kilmingos Clerks šeimos. Iš pradžių studijavo Edinburgo (1847–1850), vėliau Kembridžo (1850–1854) universitetuose. 1855 m. tapo Trejybės koledžo tarybos nariu, 1856–1860 m. profesoriavo Aberdyno universiteto Marischal koledže, o nuo 1860 m. vadovavo Londono universiteto King's College fizikos ir astronomijos katedrai. 1865 m., dėl sunkios ligos, Maksvelas atsistatydino iš kėdės ir apsigyveno savo šeimos dvare Glenlare netoli Edinburgo. Jis toliau studijavo mokslą ir parašė keletą esė apie fiziką ir matematiką. 1871 m. jis užėmė eksperimentinės fizikos katedrą Kembridžo universitete. Jis organizavo tyrimų laboratoriją, kuri atidaryta 1874 m. birželio 16 d. ir pavadinta Cavendish – G. Cavendish garbei.

Maksvelas savo pirmąjį mokslinį darbą baigė dar mokykloje – išrado paprastą būdą piešti ovalias formas. Apie šį darbą buvo pranešta Karališkosios draugijos posėdyje ir netgi paskelbtas jos Proceedings. Būdamas Trejybės kolegijos tarybos narys, jis užsiėmė spalvų teorijos eksperimentais, veikdamas kaip Jungo teorijos ir Helmholtzo trijų pagrindinių spalvų teorijos tęsėjas. Eksperimentuose su spalvų maišymu Maxwellas naudojo specialų viršų, kurio diskas buvo padalintas į sektorius, nudažytas skirtingomis spalvomis (Maxwell diskas). Kai viršus greitai sukasi, spalvos susijungdavo: jei diskas buvo nudažytas taip pat, kaip ir spektro spalvos, jis pasirodė baltas; jei viena jo pusė buvo nudažyta raudonai, o kita pusė geltona, ji pasirodė oranžinė; maišant mėlyną ir geltoną, atsirado žalios spalvos įspūdis. 1860 m. Maxwellas buvo apdovanotas Rumfordo medaliu už darbą spalvų suvokimo ir optikos srityse.

1857 m. Kembridžo universitetas paskelbė konkursą dėl geriausio Saturno žiedų stabilumo darbo. Šiuos darinius XVII amžiaus pradžioje atrado Galilėjus. ir pateikė nuostabią gamtos paslaptį: atrodė, kad planetą supa trys ištisiniai koncentriniai žiedai, susidedantys iš nežinomos prigimties medžiagos. Laplasas įrodė, kad jie negali būti tvirti. Atlikęs matematinę analizę, Maksvelas įsitikino, kad jie negali būti skysti, ir priėjo prie išvados, kad tokia struktūra gali būti stabili tik tuomet, jei ją sudarytų spiečius nesusijusių meteoritų. Žiedų stabilumą užtikrina jų trauka Saturnui bei abipusis planetos ir meteoritų judėjimas. Už šį darbą Maxwellas gavo J. Adamso premiją.

Vienas pirmųjų Maxwello darbų buvo jo kinetinė dujų teorija. 1859 metais mokslininkas skaitė pranešimą Britų asociacijos susirinkime, kuriame pristatė molekulių pasiskirstymą pagal greitį (Maksvelo pasiskirstymas). Maxwellas išplėtojo savo pirmtako idėjas, plėtojant dujų kinetinę teoriją R. Clausius, įvedęs sąvoką „vidutinis laisvas kelias“. Maxwellas rėmėsi mintimi apie dujas kaip daugelio idealiai elastingų rutuliukų, chaotiškai judančių uždaroje erdvėje, ansamblį. Kamuoliukus (molekules) galima suskirstyti į grupes pagal greitį, o stacionarioje būsenoje molekulių skaičius kiekvienoje grupėje išlieka pastovus, nors gali išeiti ir patekti į grupes. Iš šio svarstymo išplaukė, kad „dalelės pasiskirsto pagal greitį pagal tą patį dėsnį, kaip mažiausiųjų kvadratų metodo teorijoje pasiskirsto stebėjimo paklaidos, t.y. pagal Gauso statistiką“. Kaip dalį savo teorijos Maxwellas paaiškino Avogadro dėsnį, difuziją, šilumos laidumą, vidinę trintį (perdavimo teoriją). 1867 m. jis parodė antrojo termodinamikos dėsnio („Maksvelo demono“) statistinį pobūdį.

1831 m., kai gimė Maksvelas, M. Faradėjus atliko klasikinius eksperimentus, kurie paskatino jį atrasti elektromagnetinę indukciją. Maxwellas pradėjo tyrinėti elektrą ir magnetizmą maždaug po 20 metų, kai buvo dvi nuomonės apie elektrinio ir magnetinio poveikio prigimtį. Tokie mokslininkai kaip A. M. Ampere'as ir F. Neumannas laikėsi tolimojo veikimo koncepcijos, vertindami elektromagnetines jėgas kaip analogiškas gravitacinei traukai tarp dviejų masių. Faradėjus propagavo jėgos linijų, jungiančių teigiamus ir neigiamus elektros krūvius arba magneto šiaurinį ir pietinį polius, idėją. Jėgos linijos užpildo visą aplinkinę erdvę (lauką, Faradėjaus terminologija) ir nustato elektrinę bei magnetinę sąveiką. Po Faradėjaus Maxwellas sukūrė hidrodinaminį jėgos linijų modelį ir išreiškė tuo metu žinomus elektrodinamikos ryšius matematine kalba, atitinkančia Faradėjaus mechaninius modelius. Pagrindiniai šio tyrimo rezultatai atsispindi darbe Faradėjaus jėgos linijos (Faradėjaus jėgos linijos, 1857). 1860–1865 metais Maksvelas sukūrė elektromagnetinio lauko teoriją, kurią suformulavo lygčių sistemos (Maksvelo lygčių) forma, apibūdinančios pagrindinius elektromagnetinių reiškinių dėsnius: 1-oji lygtis išreiškė Faradėjaus elektromagnetinę indukciją; 2-oji – magnetoelektrinė indukcija, atrasta Maxwello ir paremta idėjomis apie poslinkio sroves; 3 – elektros energijos tvermės dėsnis; 4-as – sūkurinis magnetinio lauko pobūdis.

Toliau plėtodamas šias idėjas, Maksvelas priėjo prie išvados, kad bet kokie elektrinio ir magnetinio lauko pokyčiai turėtų sukelti pokyčius jėgos linijose, kurios prasiskverbia į aplinkinę erdvę, t.y. terpėje turi sklisti impulsai (arba bangos). Šių bangų sklidimo greitis (elektromagnetiniai trikdžiai) priklauso nuo terpės dielektrinio ir magnetinio pralaidumo ir yra lygus elektromagnetinio mazgo ir elektrostatinio vieneto santykiui. Maksvelo ir kitų tyrinėtojų teigimu, šis santykis yra 3 x 10 10 cm/s – artimas šviesos greičiui, kurį prieš septynerius metus išmatavo prancūzų fizikas A. Fizeau. 1861 metų spalį Maksvelas informavo Faraday apie savo atradimą: šviesa – tai elektromagnetiniai trikdžiai, sklindantys nelaidžioje terpėje, t.y. elektromagnetinių bangų rūšis. Šis paskutinis tyrimo etapas aprašytas Maxwello darbe Dinaminė elektromagnetinio lauko teorija (Traktatas apie elektrą ir magnetizmą, 1864), o jo darbo elektrodinamikos srityje rezultatą apibendrino garsusis Traktatas apie elektrą ir magnetizmą (1873).

Paskutiniais savo gyvenimo metais Maksvelas ruošėsi spausdinti ir išleido Cavendisho rankraštinį paveldą. 1879 m. spalį buvo išleisti du dideli tomai. Maxwellas mirė Kembridže 1879 m. lapkričio 5 d.

Edinburgas. 1831–1850 m ……………………………………………………………..3

Vaikystė ir mokslo metai

Pirmas atradimas

Edinburgo universitetas …………………………………………………….4

Kembridžas. 1850-1856 m ……………………………………………………………5

Elektros klasės

Aberdynas. 1856-1860 m……………………………………………………………………………………7 Traktatas apie Saturno žiedus

Londonas – Glenleras. 1860-1871 m ………………………………………………….9

Pirma spalvota nuotrauka

Tikimybių teorija

Maksvelo mechaninis modelis

Elektromagnetinės bangos ir elektromagnetinė šviesos teorija

Kembridžas 1871–1879 m ……………………………………………………………11

Cavendish laboratorija

Pasaulio pripažinimas

Naudotos literatūros sąrašas ………………………………………..13

Edinburgas. 1831–1850 m

Vaikystė ir mokslo metai

1831 metų birželio 13 d Edinburge, adresu 14 Indian Street, Frances Kay, Edinburgo teisėjo dukra, po vedybų su ponia klerke Maxwell, pagimdė sūnų Jamesą. Šią dieną visame pasaulyje nieko reikšmingo neįvyko, pagrindinis 1831 m. įvykis dar neįvyko. Tačiau vienuolika metų genialusis Faradėjus bandė suvokti elektromagnetizmo paslaptis ir tik dabar, 1831 m. vasarą, pajuto nepagaunamos elektromagnetinės indukcijos pėdsaką, o Jamesui bus tik keturi mėnesiai, kai Faradėjus apibendrina. jo eksperimentas „išgauti elektrą iš magnetizmo“. Ir taip atsivers nauja era – elektros era. Era, kurią gyvens ir kurs mažasis Džeimsas, šlovingų Škotijos klerkų ir Maksvelų šeimų palikuonis.

Jameso tėvas Johnas Clerkas Maxwellas, pagal profesiją teisininkas, nekentė įstatymų ir, kaip pats sakė, nemėgo „nešvaraus advokato darbo“. Kai tik pasitaikydavo proga, Džonas nutraukdavo savo nesibaigiamą maišymąsi po marmurinius Edinburgo dvaro vestibiulius ir atsidėjo moksliniams eksperimentams, kuriuos darė atsainiai, mėgėjiškai. Jis buvo mėgėjas, žinojo apie tai ir sunkiai tai priėmė. Jonas buvo įsimylėjęs mokslą, mokslininkus, praktiškus žmones, savo išsilavinusį senelį Džordžą. Būtent kartu su broliu Frances Kay atlikti pučiamųjų dumplių konstravimo eksperimentai suartino jį su būsima žmona; vestuvės įvyko 1826 metų spalio 4 dieną. Silfonai niekada neveikė, bet gimė sūnus Jamesas.

Kai Jamesui buvo aštuoneri, jo motina mirė ir jis liko gyventi su tėvu. Jo vaikystė alsuoja gamta, bendravimu su tėvu, knygomis, pasakojimais apie gimines, „moksliniais žaislais“, pirmaisiais „atradimais“. Jameso šeima nerimavo, kad jis negauna sistemingo išsilavinimo: atsitiktinio visko, kas yra namuose, skaitymo, astronomijos pamokų namo prieangyje ir svetainėje, kur Jamesas ir jo tėvas pastatė „dangaus gaublį“. Po nesėkmingo bandymo mokytis pas privatų mokytoją, nuo kurio Jamesas dažnai bėgdavo į įdomesnę veiklą, buvo nuspręsta jį išsiųsti mokytis į Edinburgą.

Nepaisant to, kad Jamesas buvo išsilavinęs namuose, jis atitiko aukštus Edinburgo akademijos standartus ir 1841 m. lapkričio mėn. Jo pasirodymas klasėje toli gražu nebuvo puikus. Jis nesunkiai galėjo geriau atlikti užduotis, tačiau varžybų dvasia nemalonioje veikloje jam buvo labai svetima. Po pirmos dienos mokykloje jis nesugyveno su klasės draugais, todėl Jamesas labiau už viską mėgo būti vienas ir žiūrėti į jį supančius objektus. Vienas ryškiausių įvykių, neabejotinai praskaidrinusių niūrias mokyklos dienas, buvo mano tėvo apsilankymas Karališkojoje Edinburgo draugijoje, kur buvo eksponuojamos pirmosios „elektromagnetinės mašinos“.

Karališkoji Edinburgo draugija pakeitė Jameso gyvenimą: būtent ten jis gavo pirmąsias piramidės, kubo ir kitų taisyklingų daugiakampių koncepcijas. Simetrijos tobulumas ir natūralios geometrinių kūnų transformacijos pakeitė Jameso mokymosi sampratą – jis mokydamasis įžvelgė grožio ir tobulumo grūdelį. Atėjus egzaminų laikui, akademijos studentai nustebo - „Duraley“, kaip jie vadino Maxwellą, buvo vienas pirmųjų.

Pirmas atradimas

Jei anksčiau tėvas retkarčiais vesdavo Jamesą į mėgstamas pramogas – Edinburgo karališkosios draugijos susirinkimus, tai dabar vizitai į šią draugiją, taip pat Edinburgo menų draugiją kartu su Jamesu jam tapo reguliarūs ir privalomi. Dailės draugijos posėdžiuose garsiausias ir gausiausias dėstytojas buvo dekoratyvus dailininkas D. R. Hay. Būtent jo paskaitos paskatino Jamesą padaryti pirmąjį didelį atradimą – paprastą įrankį ovalams piešti. Jamesas rado originalų ir kartu labai paprastą metodą, o svarbiausia – visiškai naują. Savo metodo principą jis apibūdino trumpame „popieriuje“, kuris buvo perskaitytas Karališkojoje Edinburgo draugijoje – garbės, kurios siekė daugelis, bet kuri buvo suteikta keturiolikos metų moksleiviui.

Edinburgo universitetas

Optiniai-mechaniniai tyrimai

1847 metais baigėsi studijos Edinburgo akademijoje, Džeimsas buvo vienas pirmųjų, pirmųjų metų nuoskaudos ir rūpesčiai pasimiršo.

Baigęs akademiją, Jamesas įstoja į Edinburgo universitetą. Tuo pat metu jis pradėjo rimtai domėtis optiniais tyrimais. Brewsterio teiginiai paskatino Jamesą suprasti, kad spindulių kelio tyrimas gali būti naudojamas terpės elastingumui įvairiomis kryptimis nustatyti, skaidrių medžiagų įtempiams aptikti. Taigi,

1 pav. yra įtempių paveikslas steliniame trikampyje, gautas Jameso naudojant poliarizuotą šviesą.

mechaninių įtempių tyrimą galima redukuoti į optinius tyrimus. Dvi spinduliai, atskirti įtempta skaidria medžiaga, sąveikaus ir sukurs būdingus spalvingus paveikslus. Jamesas parodė, kad spalvoti paveikslai yra visiškai natūralūs ir gali būti naudojami skaičiavimams, anksčiau išvestoms formulėms tikrinti ir naujoms išvesti. Paaiškėjo, kad kai kurios formulės yra neteisingos, netikslios arba reikia pataisyti.

Be to, Jamesas sugebėjo atrasti modelius tais atvejais, kai anksčiau nieko nebuvo galima padaryti dėl matematinių sunkumų. Skaidrus ir apkrautas negrūdinto stiklo trikampis (1 pav.) Džeimsui suteikė galimybę šiuo atveju ištirti įtempius, kurių nebuvo galima apskaičiuoti.

Devyniolikmetis Jamesas Clerkas Maxwellas pirmą kartą stojo ant Edinburgo karališkosios draugijos pakylos. Jo pranešimas negalėjo likti nepastebėtas: jame buvo per daug naujo ir originalaus.

1850–1856 Kembridžas

Elektros klasės

Dabar niekas neabejojo ​​Jameso talentu. Jis aiškiai peraugo į Edinburgo universitetą ir todėl 1850 m. rudenį įstojo į Kembridžą. 1854 m. sausį Jamesas su pagyrimu baigė universitetą ir įgijo bakalauro laipsnį. Jis nusprendžia pasilikti Kembridže ir ruoštis profesūrai. Dabar, kai jam nebereikia ruoštis egzaminams, jis gauna ilgai lauktą galimybę visą laiką skirti eksperimentams ir tęsia tyrinėjimus optikos srityje. Jį ypač domina pirminių spalvų klausimas. Pirmasis Maxwello straipsnis vadinosi „Spalvų teorija ryšium su daltonizmu“ ir buvo net ne straipsnis, o laiškas. Maxwellas nusiuntė jį daktarui Wilsonui, kuriam šis laiškas pasirodė toks įdomus, kad pasirūpino jo paskelbimu: įdėjo jį visą į savo knygą apie daltonizmą. Ir vis dėlto Jamesą nesąmoningai traukia gilesnės paslaptys, daug neaiškesni dalykai nei spalvų maišymas. Būtent elektra dėl savo intriguojančio nesuvokimo anksčiau ar vėliau neišvengiamai turėjo pritraukti jo jauno proto energiją. Jamesas gana lengvai priėmė pagrindinius įtampos elektros principus. Išstudijavęs Ampere'o tolimojo veikimo teoriją, jis, nepaisant akivaizdaus jos nepaneigiamumo, leido sau ja suabejoti. Tolimojo veikimo teorija neabejotinai atrodė teisinga, nes buvo patvirtintas formalus dėsnių ir matematinių išraiškų panašumas iš pažiūros skirtingiems reiškiniams – gravitacinei ir elektrinei sąveikai. Tačiau ši teorija, labiau matematinė nei fizinė, Jameso neįtikino; jis vis labiau linko į Faradėjaus veiksmų suvokimą per magnetines jėgos linijas, užpildančias erdvę, į trumpojo nuotolio veiksmo teoriją.

Bandydamas sukurti teoriją, Maksvelas nusprendė tyrimams panaudoti fizikinių analogijų metodą. Visų pirma reikėjo rasti tinkamą analogiją. Maxwellas visada žavėjosi, o tada tik ką tik pastebėjo analogiją, egzistuojančią tarp elektra įkrautų kūnų pritraukimo ir pastovaus šilumos perdavimo klausimų. Jamesas pamažu tai, kaip ir Faradėjaus trumpojo nuotolio veikimo bei Ampero magnetinio uždarų laidininkų veikimo idėjas, sukūrė naują teoriją, netikėtą ir drąsią.

Kembridže Jamesas yra pavestas dėstyti sunkiausius hidrostatikos ir optikos kursų skyrius pajėgiausiems studentams. Be to, jį nuo elektros teorijų atitraukė darbas prie knygos apie optiką. Maxwellas greitai daro išvadą, kad optika jo nebedomina kaip anksčiau, o tik atitraukia nuo elektromagnetinių reiškinių tyrimo.

Toliau ieškodamas analogijos, Jamesas lygina jėgos linijas su kažkokio nesuspaudžiamo skysčio srautu. Hidrodinamikos vamzdžių teorija leido pakeisti jėgos linijas jėgos vamzdžiais, o tai lengvai paaiškino Faradėjaus eksperimentą. Atsparumo sąvokos, elektrostatikos, magnetostatikos ir elektros srovės reiškiniai lengvai ir paprastai patenka į Maksvelo teorijos rėmus. Tačiau ši teorija dar netilpo į Faradėjaus atrastą elektromagnetinės indukcijos reiškinį.

Jamesas turėjo kurį laiką atsisakyti savo teorijos dėl pablogėjusios tėvo būklės, dėl kurios reikėjo rūpintis. Kai po tėvo mirties Jamesas grįžo į Kembridžą, dėl religijos jam nepavyko įgyti aukštojo magistro laipsnio. Todėl 1856 m. spalį Jamesas Maxwellas užėmė kėdę Aberdyne.

1831 m. birželio 13 d. Edinburge aristokrato šeimoje iš senosios Clerkų šeimos gimė berniukas, vardu Jamesas. Jo tėvas, advokatų kontoros narys Johnas Clerkas Maxwellas, turėjo universitetinį išsilavinimą, tačiau savo profesijos nemėgo ir laisvomis valandomis domėjosi technologijomis ir mokslu. Jameso motina Frances Kay buvo teisėjo dukra. Gimus berniukui, šeima persikėlė į Middleby – Maksvelų šeimos dvarą Škotijos pietuose. Netrukus Jonas ten pastatė naują namą, pavadintą Glenlar.

Būsimo didžiojo fiziko vaikystę aptemdė tik per ankstyva motinos mirtis. Jamesas užaugo kaip smalsus berniukas ir dėl savo tėvo pomėgių nuo vaikystės buvo apsuptas „techninių“ žaislų, tokių kaip dangaus sferos modelis ir „stebuklingas diskas“, kino pirmtakas. Nepaisant to, jis taip pat domėjosi poezija ir net pats rašė poeziją, beje, nepalikdamas šios veiklos iki savo dienų pabaigos. Tėvas Jamesui suteikė pradinį išsilavinimą – pirmoji namų mokytoja buvo pasamdyta tik tada, kai Jamesui buvo dešimt metų. Tiesa, tėvas greitai suprato, kad tokie mokymai visai neveiksmingi, ir išsiuntė sūnų į Edinburgą, pas seserį Izabelę. Čia Jokūbas įstojo į Edinburgo akademiją, kur vaikams buvo suteiktas grynai klasikinis išsilavinimas – lotynų, graikų, antikinės literatūros, Šventojo Rašto ir šiek tiek matematikos. Berniukas ne iš karto pamėgo mokytis, bet palaipsniui jis tapo geriausiu klasės mokiniu ir pirmiausia susidomėjo geometrija. Tuo metu jis išrado savo ovalų piešimo metodą.

Būdamas šešiolikos metų Jamesas Maxwellas baigė akademiją ir įstojo į Edinburgo universitetą. Čia jis pagaliau susidomėjo tiksliaisiais mokslais, o jau 1850 metais Edinburgo karališkoji draugija pripažino jo darbą apie elastingumo teoriją rimtu. Tais pačiais metais Jameso tėvas sutiko, kad jo sūnui reikia prestižiškesnio išsilavinimo, ir Jamesas išvyko į Kembridžą, kur iš pradžių studijavo Peterhouse koledže, o antrajame semestre perėjo į Trejybės koledžą. Po dvejų metų Maxwell gavo universiteto stipendiją už savo sėkmę. Tačiau Kembridže jis darė labai mažai mokslų – daugiau skaitė, užmezgė naujas pažintis ir aktyviai judėjo tarp universiteto intelektualų. Tuo metu formavosi ir jo religinės pažiūros – besąlygiškas tikėjimas Dievu ir skepticizmas teologijos atžvilgiu, kurį Jamesas Maxwellas iškėlė į paskutinę vietą tarp kitų mokslų. Studijų metais jis taip pat tapo vadinamojo „krikščioniškojo socializmo“ šalininku, dalyvavo „Darbininkų kolegijos“ veikloje, skaitė ten populiarias paskaitas.

Būdamas dvidešimt trejų Jamesas išlaikė baigiamąjį matematikos egzaminą ir užėmė antrąją vietą studentų sąraše. Gavęs bakalauro diplomą, jis nusprendė likti universitete ir ruoštis profesoriaus laipsniui. Jis dėstė, toliau bendradarbiavo su Darbininkų kolegija ir pradėjo leisti knygą apie optiką, kurios taip ir nebaigė. Tuo pačiu metu Maxwellas sukūrė eksperimentinį komiksų tyrimą, kuris tapo Kembridžo folkloro dalimi. Šio tyrimo tikslas buvo „katės ridenimas“ – Maksvelas nustatė minimalų aukštį, nuo kurio krisdama katė stovi ant letenų. Tačiau tuo metu Jameso pagrindinis susidomėjimas buvo spalvų teorija, kilusi iš Niutono idėjos apie septynių pagrindinių spalvų egzistavimą. Tuo pačiu laiku jis domėjosi elektra. Iš karto po bakalauro laipsnio Maksvelas pradėjo tyrinėti elektros ir magnetizmą. Magnetinio ir elektrinio poveikio prigimties klausimu jis priėmė Michaelo Faradėjaus poziciją, pagal kurią jėgos linijos jungia neigiamus ir teigiamus krūvius ir užpildo supančią erdvę. Tačiau teisingus rezultatus gavo jau nusistovėjęs ir griežtas elektrodinamikos mokslas, todėl Maxwellas uždavė sau klausimą, kaip sukurti teoriją, apimančią ir Faradėjaus idėjas, ir elektrodinamikos rezultatus. Maxwellas sukūrė hidrodinaminį jėgos linijų modelį, be to, jam pirmą kartą pavyko matematikos kalba išreikšti Faradėjaus atrastus dėsnius – diferencialinių lygčių pavidalu.

1855 metų rudenį Jamesas Maxwellas, sėkmingai išlaikęs reikiamą egzaminą, tapo universiteto tarybos nariu, o tai, beje, tuo metu reiškė celibato įžadą. Prasidėjus naujam semestrui, kolegijoje pradėjo skaityti paskaitas apie optiką ir hidrostatiką. Tačiau žiemą jam teko vykti į gimtąjį dvarą, kad parvežtų sunkiai sergantį tėvą į Edinburgą. Grįžęs į Angliją Jamesas sužinojo, kad Aberdyno Marischal koledže yra laisva gamtos filosofijos dėstytojo vieta. Ši vieta suteikė jam galimybę būti arčiau tėvo, o Maksvelas Kembridže nematė sau perspektyvų. 1856 m. pavasario viduryje jis tapo Aberdyno profesoriumi, tačiau Johnas Clerkas Maxwellas mirė prieš paskiriant sūnų. Jamesas vasarą praleido šeimos dvare ir spalį išvyko į Aberdyną.

Aberdynas buvo pagrindinis Škotijos uostas, tačiau daugelis jo universiteto katedrų, deja, buvo apleisti. Jau pirmosiomis savo profesoriaus dienomis Jamesas Maxwellas pradėjo taisyti šią situaciją, bent jau savo katedroje. Jis kūrė naujus mokymo metodus ir bandė sudominti studentus moksliniu darbu, tačiau tai nepasisekė. Naujojo profesoriaus paskaitos, kupinos humoro ir žodžių žaismo, nagrinėjo labai sudėtingus dalykus, o šis faktas išgąsdino daugumą studentų, pripratusių prie pristatymo populiarumo, demonstracijų trūkumo ir matematikos aplaidumo. Iš aštuonių dešimčių studentų Maksvelas sugebėjo išmokyti tik kelis žmones, kurie tikrai norėjo mokytis.

Aberdyne Maxwellas sutvarkė ir asmeninį gyvenimą – 1858 metų vasarą vedė jauniausią kolegijos direktoriaus Marischal dukrą Catherine Dewar. Iškart po vestuvių Jamesas buvo pašalintas iš Trejybės koledžo tarybos, nes pažeidė celibato įžadą.

1855 m. Kembridžas pasiūlė Saturno žiedų tyrinėjimą prestižinei Adamso premijai gauti, o 1857 m. apdovanojimą laimėjo Jamesas Maxwellas. Tačiau jis nebuvo patenkintas premija ir toliau plėtojo temą, galiausiai 1859 m. paskelbdamas traktatą „Apie Saturno žiedų judėjimo stabilumą“, kuris akimirksniu sulaukė mokslininkų pripažinimo. Teigiama, kad traktatas yra ryškiausias egzistuojantis matematikos pritaikymas fizikoje. Profesūruodamas Aberdyno koledže, Maxwellas taip pat dirbo su šviesos lūžio, geometrinės optikos ir, svarbiausia, dujų kinetinės teorijos temomis. 1860 metais jis sukūrė pirmąjį statistinį mikroprocesų modelį, kuris tapo statistinės mechanikos raidos pagrindu.

Profesoriaus pareigos Aberdyno universitete Maksvelui visai neblogai tiko – kolegija jo buvimo reikalavo tik nuo spalio iki gegužės, o likusį laiką mokslininkas buvo visiškai laisvas. Kolegijoje vyravo laisvės atmosfera, profesoriai neturėjo griežtų pareigų, be to, kiekvieną savaitę Maxwellas skaitė mokamas paskaitas Aberdyno mokslinėje mokykloje mechanikams ir amatininkams, kurių mokymu jis visada domėjosi. Ši nepaprasta padėtis pasikeitė 1859 m., kai buvo nuspręsta sujungti dvi universiteto kolegijas, o Gamtos filosofijos katedroje buvo panaikintos profesoriaus pareigos. Maxwellas bandė užimti tokias pačias pareigas Edinburgo universitete, tačiau šias pareigas konkuravo jo senas draugas Peteris Tatas. 1860 m. birželį Jamesui buvo pasiūlyta profesoriaus vieta King's College sostinėje gamtos filosofijos katedroje. Tą patį mėnesį jis skaitė pranešimą apie spalvų teorijos tyrimus ir netrukus buvo apdovanotas Rumfordo medaliu už darbą optikos ir spalvų maišymo srityje. Tačiau visą likusį laiką iki semestro pradžios jis praleido Glenlare, šeimos dvare – ir ne mokslinėse studijose, o sunkiai sirgo raupais.

Būti profesoriumi Londone pasirodė daug mažiau malonu nei Aberdyne. Karaliaus koledže buvo puikiai įrengtos fizikos laboratorijos ir buvo gerbiamas eksperimentinis mokslas, tačiau jame taip pat buvo mokoma daug daugiau studentų. Darbas Maksvelui paliko tik laiko eksperimentams namuose. Tačiau 1861 m. jis buvo įtrauktas į Standartų komitetą, kuriam buvo pavesta apibrėžti pagrindinius elektros energijos vienetus. Po dvejų metų buvo paskelbti kruopštaus matavimo rezultatai, kurie 1881 m. buvo pagrindas voltų, amperų ir omų nustatymui. Maksvelas tęsė savo darbą ties elastingumo teorija, sukūrė Maksvelo teoremą, kuri grafostatiniais metodais nagrinėja santvarų įtempimą, išanalizavo sferinių apvalkalų pusiausvyros sąlygas. Už šiuos ir kitus reikšmingos praktinės reikšmės darbus jis gavo Keitho premiją iš Edinburgo karališkosios draugijos. 1861 m. gegužę skaitydamas paskaitą apie spalvų teoriją Maxwellas pateikė labai įtikinamų įrodymų, kad jis buvo teisus. Tai buvo pirmoji pasaulyje spalvota nuotrauka.

Tačiau didžiausias Jameso Maxwello indėlis į fiziką buvo srovės atradimas. Padaręs išvadą, kad elektros srovė turi transliacinį pobūdį, o magnetizmas – sūkurinį pobūdį, Maxwellas sukūrė naują modelį – grynai mechaninį, pagal kurį „molekuliniai sūkuriai sukuria“ besisukantį magnetinį lauką ir „laisvosios eigos perdavimo ratus“. užtikrinti jų vienpusį sukimąsi. Elektros srovės susidarymą užtikrino transmisijos ratų transliacinis judėjimas (pagal Maksvelą - „elektros dalelės“), o magnetinis laukas, nukreiptas išilgai sūkurio sukimosi ašies, pasirodė statmenas jo krypčiai. Dabartinis. Tai buvo išreikšta „gimleto taisykle“, kurią Maxwellas pagrindė. Savo modelio dėka jis sugebėjo ne tik aiškiai iliustruoti elektromagnetinės indukcijos reiškinį ir lauko, generuojančio srovę, sūkurinį pobūdį, bet ir įrodyti, kad elektrinio lauko pokyčiai, vadinami poslinkio srove, sukelia magnetinis laukas. Na, poslinkio srovė suteikė idėją apie atvirų srovių egzistavimą. Savo straipsnyje „Apie fizines jėgos linijas“ (1861–1862) Maxwellas apibūdino šiuos rezultatus, taip pat atkreipė dėmesį į sūkurinės terpės savybių panašumą su šviečiančio eterio savybėmis – ir tai buvo rimtas žingsnis link atsiradimo. elektromagnetinės šviesos teorijos.

Maxwello straipsnis apie dinaminę elektromagnetinio lauko teoriją buvo paskelbtas 1864 m., jame mechaninį modelį pakeitė „Maksvelo lygtys“ – matematinė lauko lygčių formuluotė, o pats laukas pirmą kartą buvo traktuojamas kaip tikras. fizinė sistema su tam tikra energija. Šiame straipsnyje jis numatė ne tik magnetinių, bet ir elektromagnetinių bangų egzistavimą. Lygiagrečiai su elektromagnetizmo tyrimu Maxwellas atliko keletą eksperimentų, išbandydamas savo rezultatus kinetinės teorijos srityje. Sukonstravęs prietaisą, nustatantį oro klampumą, jis įsitikino, kad vidinės trinties koeficientas tikrai nepriklauso nuo tankio.

1865 m. Maksvelas pagaliau pavargo nuo mokytojo veiklos. Nenuostabu – jo paskaitos buvo per sunkios, kad jose būtų išlaikyta disciplina, o mokslinis darbas, skirtingai nei dėstymas, užėmė visas mintis. Sprendimas buvo priimtas, ir mokslininkas persikėlė į savo gimtąjį Glenlarą. Beveik iš karto po persikraustymo jis susižalojo jodamas ant žirgo ir susirgo erysipela. Atsigavęs Jamesas aktyviai ėmėsi ūkininkavimo, atstatė ir plečia savo dvarą. Tačiau jis nepamiršo ir studentų – nuolat keliaudavo į Londoną ir Kembridžą laikyti egzaminų. Būtent jis pasiekė, kad į egzaminus būtų įtraukti taikomojo pobūdžio klausimai ir problemos. 1867 m. pradžioje gydytojas patarė dažnai sergančiai Maksvelo žmonai gydytis Italijoje, o Maksvelai visą pavasarį praleido Florencijoje ir Romoje. Čia mokslininkas susitiko su italų fiziku profesoriumi Matteuci ir praktikavo užsienio kalbas. Beje, Maxwellas gerai mokėjo lotynų, italų, graikų, vokiečių ir prancūzų kalbas. Maksvelai į tėvynę grįžo per Vokietiją, Olandiją ir Prancūziją.

Tais pačiais metais Maxwellas sukūrė eilėraštį, skirtą Peteriui Taitui. Komiška odė buvo pavadinta „Vyriausiajam Nablos muzikantui“ ir buvo tokia sėkminga, kad moksle įtvirtino naują terminą „nabla“, kilusį iš senovės asirų muzikos instrumento pavadinimo ir žymintį vektorinio diferencialo operatoriaus simbolį. Atkreipkite dėmesį, kad Maxwellas skolingas savo draugui Taitui, kuris kartu su Thomsonu pristatė antrąjį termodinamikos dėsnį JCM = dp/dt, savo paties pseudonimą, kuriuo pasirašinėjo savo eilėraščius ir laiškus. Kairioji formulės pusė sutapo su Jameso inicialais, todėl jis nusprendė kaip parašą naudoti dešinę pusę – dp/dt.

1868 metais Maksvelui buvo pasiūlytas Sent Andrews universiteto rektoriaus postas, tačiau mokslininkas atsisakė, nenorėdamas keisti savo nuošalaus gyvenimo būdo Glenlare. Tik po trejų metų po ilgų svarstymų jis vadovavo ką tik Kembridže atsidariusiai fizikos laboratorijai ir atitinkamai tapo eksperimentinės fizikos profesoriumi. Sutikęs eiti šias pareigas, Maxwellas nedelsdamas pradėjo organizuoti statybos darbus ir įrengti laboratoriją (pirmiausia savo instrumentais). Kembridže jis pradėjo dėstyti elektros, šilumos ir magnetizmo kursus.

Taip pat 1871 m. buvo išleistas Maxwello vadovėlis „Šilumos teorija“, kuris vėliau buvo kelis kartus perspausdintas. Paskutiniame knygos skyriuje buvo pateikti pagrindiniai molekulinės kinetinės teorijos postulatai ir Maksvelo statistinės idėjos. Čia jis paneigė Clausiaus ir Tomsono suformuluotą antrąjį termodinamikos dėsnį. Ši formuluotė numatė „Visatos karščio mirtį“ – grynai mechaninį požiūrį. Maxwellas tvirtino statistinį liūdnai pagarsėjusio „antrojo dėsnio“, kurį, jo įsitikinimu, gali pažeisti tik atskiros molekulės, o jis galioja didelių agregatų atveju. Šią poziciją jis iliustravo paradoksu, pavadintu „Maksvelo demonu“. Paradoksas slypi „demono“ (valdymo sistemos) gebėjime sumažinti šios sistemos entropiją neišleidžiant darbo. Šis paradoksas buvo išspręstas XX amžiuje, nurodant svyravimų vaidmenį valdymo elemente ir įrodžius, kad kai „demonas“ gauna informaciją apie molekules, jis padidina entropiją, todėl antrojo termodinamikos dėsnio pažeidimo nėra.

Po dvejų metų buvo išleistas Maxwello dviejų tomų darbas „Traktatas apie magnetizmą ir elektrą“. Jame buvo Maksvelo lygtys, dėl kurių Hertzas atrado elektromagnetines bangas (1887). Traktatas taip pat įrodė šviesos elektromagnetinę prigimtį ir numatė šviesos slėgio poveikį. Remdamasis šia teorija, Maksvelas paaiškino magnetinio lauko įtaką šviesos sklidimui. Tačiau šį fundamentalų kūrinį labai šaltai sutiko mokslo šviesuoliai – Stoksas, Tomsonas, Airis, Taitas. Liūdnai pagarsėjusios poslinkio srovės samprata, kuri, pasak Maxwello, egzistuoja net eteryje, tai yra, nesant materijos, pasirodė ypač sunkiai suprantama. Be to, Maksvelo stilius, kuris kartais buvo labai chaotiškas pateikimas, labai trukdė suvokti.

Laboratorija Kembridže, pavadinta Henry Cavendish vardu, atidaryta 1874 m. birželį, o Devonšyro hercogas iškilmingai perdavė Cavendish rankraščius Jamesui Maxwellui. Penkerius metus Maksvelas tyrinėjo šio mokslininko palikimą, atkartojo jo eksperimentus laboratorijoje ir 1879 m., jam redaguodamas, išleido surinktus Cavendish darbus, kuriuos sudarė du tomai.

Maždaug paskutinius dešimt savo gyvenimo metų Maksvelas užsiėmė mokslo populiarinimu. Savo knygose, parašytose būtent šiam tikslui, jis laisviau reiškė savo idėjas ir pažiūras, dalijosi su skaitytoju abejonėmis, kalbėjo apie tuo metu dar neišsprendžiamas problemas. Cavendish laboratorijoje jis toliau kūrė labai specifinius klausimus apie molekulinę fiziką. Paskutiniai du jo darbai buvo paskelbti 1879 m. – apie retų nehomogeninių dujų teoriją ir apie dujų pasiskirstymą veikiant išcentrinėms jėgoms. Jis taip pat atliko daugybę pareigų universitete - buvo universiteto senato taryboje, matematikos egzamino reformavimo komisijoje, ėjo filosofinės draugijos prezidento pareigas. Aštuntajame dešimtmetyje jis turėjo mokinių, tarp kurių buvo būsimi garsūs mokslininkai George'as Crystalas, Arthuras Shusteris, Richardas Glazeburgas, Johnas Poyntingas, Ambrose'as Flemingas. Tiek Maxwello mokiniai, tiek bendradarbiai atkreipė dėmesį į jo susitelkimą, lengvą bendravimą, įžvalgumą, subtilų sarkazmą ir visišką ambicijų stoką.

1877 m. žiemą Maksvelui pasireiškė pirmieji ligos, kurios jį nužudys, simptomai, o po dvejų metų gydytojai jam diagnozavo vėžį. Didysis mokslininkas mirė Kembridže 1879 m. lapkričio 5 d., būdamas keturiasdešimt aštuonerių. Maksvelo kūnas buvo nugabentas į Glenlarą ir palaidotas netoli nuo dvaro, kukliose kapinėse Partono kaime.

Jameso Clerko Maxwello vaidmuo moksle nebuvo visiškai įvertintas jo amžininkų, tačiau jo darbo svarba buvo neabejotina kitam šimtmečiui. Amerikiečių fizikas Richardas Feymanas teigė, kad elektrodinamikos dėsnių atradimas yra reikšmingiausias XIX amžiaus įvykis, su kuriuo lyginant tuo pat metu JAV įvykęs pilietinis karas nublanksta prieš...

Tarptautinis gamtos, visuomenės ir žmogaus universitetas „Dubna“
Darnios inovacinės plėtros departamentas
TIRIAMASIS DARBAS

tema:

Užbaigė: Pleškova A.V., gr. 5103

Patikrintas: Bolšakovas B. E.

Dubna, 2007 m

J.C. Maxwellas

Biografija 5

J. C. Maxwello atradimai 8

Edinburgas. 1831-1850 8

Vaikystė ir mokslo metai 8

Pirmasis atidarymas 9

Edinburgo universitetas 9

Optiniai-mechaniniai tyrimai 9

1850–1856 Kembridžas 10

Elektros pamokos 10

Aberdynas 1856–1860 12

Traktatas apie Saturno žiedus 12

Londonas – Glenleras 1860–1871 13

Pirmoji spalvota nuotrauka 13

Tikimybių teorija 14

Mechaninis Maxwell modelis 14

Elektromagnetinės bangos ir elektromagnetinė šviesos teorija 15

Kembridžas 1871–1879 16

Cavendish laboratorija 16

Pasaulinis pripažinimas 17

18 matmuo

Galios išsaugojimo įstatymas 22

Naudotos literatūros sąrašas 23

Įvadas

Biografija

Gimė škotų didiko šeimoje iš kilmingos Clerks šeimos. Iš pradžių studijavo Edinburgo (1847-1850), vėliau Kembridžo (1850-1854) universitetuose. 1855 m. tapo Trejybės koledžo tarybos nariu, 1856-1860 m. buvo Aberdyno universiteto Marischal koledžo profesorius, o nuo 1860 m. vadovavo Londono universiteto King's College fizikos ir astronomijos katedrai. 1865 m., dėl sunkios ligos, Maksvelas atsistatydino iš kėdės ir apsigyveno savo šeimos dvare Glenlare netoli Edinburgo. Jis toliau studijavo mokslą ir parašė keletą esė apie fiziką ir matematiką. 1871 m. jis užėmė eksperimentinės fizikos katedrą Kembridžo universitete. Jis organizavo tyrimų laboratoriją, kuri buvo atidaryta 1874 m. birželio 16 d. ir buvo pavadinta Cavendish G. Cavendish garbei.

Maksvelas savo pirmąjį mokslinį darbą baigė dar mokykloje – išrado paprastą būdą piešti ovalias formas. Apie šį darbą buvo pranešta Karališkosios draugijos posėdyje ir netgi paskelbtas jos Proceedings. Būdamas Trejybės kolegijos tarybos narys, jis dalyvavo spalvų teorijos eksperimentuose, veikė kaip Jungo teorijos ir Helmholtzo trijų pagrindinių spalvų teorijos tęsėjas. Eksperimentuose su spalvų maišymu Maxwellas naudojo specialų viršų, kurio diskas buvo padalintas į sektorius, nudažytas skirtingomis spalvomis (Maxwell diskas). Kai viršus greitai sukasi, spalvos susijungdavo: jei diskas buvo nudažytas taip pat, kaip ir spektro spalvos, jis pasirodė baltas; jei viena jo pusė buvo nudažyta raudonai, o kita pusė geltona, ji pasirodė oranžinė; maišant mėlyną ir geltoną, atsirado žalios spalvos įspūdis. 1860 m. Maxwellas buvo apdovanotas Rumfordo medaliu už darbą spalvų suvokimo ir optikos srityse.

1857 m. Kembridžo universitetas paskelbė konkursą dėl geriausio Saturno žiedų stabilumo darbo. Šiuos darinius XVII amžiaus pradžioje atrado Galilėjus. ir pateikė nuostabią gamtos paslaptį: atrodė, kad planetą supa trys ištisiniai koncentriniai žiedai, susidedantys iš nežinomos prigimties medžiagos. Laplasas įrodė, kad jie negali būti tvirti. Atlikęs matematinę analizę, Maksvelas įsitikino, kad jie negali būti skysti, ir priėjo prie išvados, kad tokia struktūra gali būti stabili tik tuomet, jei ją sudarytų spiečius nesusijusių meteoritų. Žiedų stabilumą užtikrina jų trauka Saturnui bei abipusis planetos ir meteoritų judėjimas. Už šį darbą Maxwellas gavo J. Adamso premiją.

Vienas pirmųjų Maxwello darbų buvo jo kinetinė dujų teorija. 1859 metais mokslininkas skaitė pranešimą Britų asociacijos susirinkime, kuriame pristatė molekulių pasiskirstymą pagal greitį (Maksvelo pasiskirstymas). Maxwellas išplėtojo savo pirmtako idėjas, plėtojant dujų kinetinę teoriją R. Clausius, įvedęs sąvoką „vidutinis laisvas kelias“. Maxwellas rėmėsi mintimi apie dujas kaip daugelio idealiai elastingų rutuliukų, chaotiškai judančių uždaroje erdvėje, ansamblį. Kamuoliukus (molekules) galima suskirstyti į grupes pagal greitį, o stacionarioje būsenoje molekulių skaičius kiekvienoje grupėje išlieka pastovus, nors gali išeiti ir patekti į grupes. Iš to išplaukia, kad „dalelės pasiskirsto pagal greitį pagal tą patį dėsnį, pagal kurį stebėjimo paklaidos pasiskirsto mažiausiųjų kvadratų metodo teorijoje, t. y. pagal Gauso statistiką“. Kaip dalį savo teorijos Maxwellas paaiškino Avogadro dėsnį, difuziją, šilumos laidumą, vidinę trintį (perdavimo teoriją). 1867 m. jis parodė antrojo termodinamikos dėsnio („Maksvelo demono“) statistinį pobūdį.

1831 m., kai gimė Maksvelas, M. Faradėjus atliko klasikinius eksperimentus, kurie paskatino jį atrasti elektromagnetinę indukciją. Maxwellas pradėjo tyrinėti elektrą ir magnetizmą maždaug po 20 metų, kai buvo dvi nuomonės apie elektrinio ir magnetinio poveikio prigimtį. Tokie mokslininkai kaip A. M. Ampere'as ir F. Neumannas laikėsi tolimojo veikimo koncepcijos, vertindami elektromagnetines jėgas kaip analogiškas gravitacinei traukai tarp dviejų masių. Faradėjus propagavo jėgos linijų, jungiančių teigiamus ir neigiamus elektros krūvius arba magneto šiaurinį ir pietinį polius, idėją. Jėgos linijos užpildo visą aplinkinę erdvę (lauką, Faradėjaus terminologija) ir nustato elektrinę bei magnetinę sąveiką. Po Faradėjaus Maxwellas sukūrė hidrodinaminį jėgos linijų modelį ir išreiškė tuo metu žinomus elektrodinamikos ryšius matematine kalba, atitinkančia Faradėjaus mechaninius modelius. Pagrindiniai šio tyrimo rezultatai atsispindi darbe „Faraday’s Lines of Force“ (Faraday’s Lines of Force, 1857). 1860-1865 metais Maksvelas sukūrė elektromagnetinio lauko teoriją, kurią suformulavo lygčių sistemos pavidalu (Maksvelo lygtys), aprašančios pagrindinius elektromagnetinių reiškinių dėsnius: 1-oji lygtis išreiškė Faradėjaus elektromagnetinę indukciją; 2-oji - magnetoelektrinė indukcija, atrasta Maxwello ir pagrįsta idėjomis apie poslinkio sroves; 3-as – elektros energijos tvermės dėsnis; 4-asis - sūkurinis magnetinio lauko pobūdis.

Toliau plėtodamas šias idėjas, Maxwellas priėjo prie išvados, kad bet kokie elektrinio ir magnetinio lauko pokyčiai turi sukelti jėgų linijų, kurios prasiskverbia į aplinkinę erdvę, pokyčius, tai yra, terpėje turi sklisti impulsai (arba bangos). Šių bangų sklidimo greitis (elektromagnetiniai trikdžiai) priklauso nuo terpės dielektrinio ir magnetinio pralaidumo ir yra lygus elektromagnetinio mazgo ir elektrostatinio vieneto santykiui. Maksvelo ir kitų tyrinėtojų teigimu, šis santykis yra 3x1010 cm/s, o tai artimas septyneriais metais anksčiau prancūzų fiziko A. Fizeau išmatuotam šviesos greičiui. 1861 m. spalį Maksvelas informavo Faraday apie savo atradimą: šviesa yra elektromagnetiniai trikdžiai, sklindantys nelaidžioje terpėje, tai yra elektromagnetinių bangų rūšis. Šis paskutinis tyrimo etapas aprašytas Maxwello darbe „Elektromagnetinio lauko dinaminė teorija“ (Traktatas apie elektrą ir magnetizmą, 1864), o jo elektrodinamikos darbo rezultatas buvo apibendrintas garsiajame „Traktate apie elektrą ir magnetizmą“. . (1873 m.)

Paskutiniais savo gyvenimo metais Maksvelas ruošėsi spausdinti ir išleido Cavendisho rankraštinį paveldą. 1879 m. spalį buvo išleisti du dideli tomai.

J. C. Maxwello atradimai

Edinburgas. 1831–1850 m

Vaikystė ir mokslo metai

Jameso tėvas Johnas Clerkas Maxwellas, pagal profesiją teisininkas, nekentė įstatymų ir, kaip pats sakė, nemėgo „nešvaraus advokato darbo“. Kai tik pasitaikydavo proga, Džonas nutraukdavo savo nesibaigiamą maišymąsi po marmurinius Edinburgo dvaro vestibiulius ir atsidėjo moksliniams eksperimentams, kuriuos darė atsainiai, mėgėjiškai. Jis buvo mėgėjas, žinojo apie tai ir sunkiai tai priėmė. Jonas buvo įsimylėjęs mokslą, mokslininkus, praktiškus žmones, savo išsilavinusį senelį Džordžą. Būtent bandymai konstruoti dumples, atlikti kartu su broliu Frances Kay, suartino jį su būsima žmona; vestuvės įvyko 1826 metų spalio 4 dieną. Silfonai niekada neveikė, bet gimė sūnus Jamesas.

Kai Jamesui buvo aštuoneri, jo motina mirė ir jis liko gyventi su tėvu. Jo vaikystė alsuoja gamta, bendravimu su tėvu, knygomis, pasakojimais apie gimines, „moksliniais žaislais“, pirmaisiais „atradimais“. Jameso šeima nerimavo, kad jis negauna sistemingo išsilavinimo: atsitiktinio visko, kas yra namuose, skaitymo, astronomijos pamokų namo prieangyje ir svetainėje, kur Jamesas ir jo tėvas pastatė „dangaus gaublį“. Po nesėkmingo bandymo mokytis pas privatų mokytoją, nuo kurio Jamesas dažnai bėgdavo į įdomesnę veiklą, buvo nuspręsta jį išsiųsti mokytis į Edinburgą.

Nepaisant to, kad Jamesas buvo išsilavinęs namuose, jis atitiko aukštus Edinburgo akademijos standartus ir 1841 m. lapkričio mėn. Jo pasirodymas klasėje toli gražu nebuvo puikus. Jis nesunkiai galėjo geriau atlikti užduotis, tačiau varžybų dvasia nemalonioje veikloje jam buvo labai svetima. Po pirmos dienos mokykloje jis nesugyveno su klasės draugais, todėl Jamesas labiau už viską mėgo būti vienas ir žiūrėti į jį supančius objektus. Vienas ryškiausių įvykių, neabejotinai praskaidrinusių niūrias mokyklos dienas, buvo mano tėvo apsilankymas Karališkojoje Edinburgo draugijoje, kur buvo eksponuojamos pirmosios „elektromagnetinės mašinos“.

Karališkoji Edinburgo draugija pakeitė Jameso gyvenimą: būtent ten jis gavo pirmąsias piramidės, kubo ir kitų taisyklingų daugiakampių koncepcijas. Simetrijos tobulumas ir natūralios geometrinių kūnų transformacijos pakeitė Jameso mokymosi sampratą – jis mokydamasis įžvelgė grožio ir tobulumo grūdelį. Atėjus egzaminų laikui, akademijos studentai buvo nustebinti - „kvailiai“, kaip jie vadino Maksvelą, tapo vieni pirmųjų.

Pirmas atradimas

Edinburgo universitetas

Optiniai-mechaniniai tyrimai

Baigęs akademiją, Jamesas įstoja į Edinburgo universitetą. Tuo pat metu jis pradėjo rimtai domėtis optiniais tyrimais. Brewsterio teiginiai paskatino Jamesą suprasti, kad spindulių kelio tyrimas gali būti naudojamas terpės elastingumui įvairiomis kryptimis nustatyti, skaidrių medžiagų įtempiams aptikti. Taigi mechaninių įtempių tyrimas gali būti sumažintas iki optinio tyrimo. Dvi spinduliai, atskirti įtempta skaidria medžiaga, sąveikaus ir sukurs būdingus spalvingus paveikslus. Jamesas parodė, kad spalvoti paveikslai yra visiškai natūralūs ir gali būti naudojami skaičiavimams, anksčiau išvestoms formulėms tikrinti ir naujoms išvesti. Paaiškėjo, kad kai kurios formulės yra neteisingos, netikslios arba reikia pataisyti.

1 pav. yra įtempių paveikslas steliniame trikampyje, gautas Jameso naudojant poliarizuotą šviesą.

Be to, Jamesas sugebėjo atrasti modelius tais atvejais, kai anksčiau nieko nebuvo galima padaryti dėl matematinių sunkumų. Skaidrus ir apkrautas negrūdinto stiklo trikampis (1 pav.) suteikė Jamesui galimybę ištirti įtempius šiuo skaičiuojamu atveju.

Devyniolikmetis Jamesas Clerkas Maxwellas pirmą kartą stojo ant Edinburgo karališkosios draugijos pakylos. Jo pranešimas negalėjo likti nepastebėtas: jame buvo per daug naujo ir originalaus.

1850–1856 Kembridžas

Elektros klasės

Bandydamas sukurti teoriją, Maksvelas nusprendė tyrimams panaudoti fizikinių analogijų metodą. Visų pirma reikėjo rasti tinkamą analogiją. Maxwellas visada žavėjosi analogija, kuri tuo metu egzistavo, tik ką pastebėjo, tarp elektra įkrautų kūnų pritraukimo ir pastovaus šilumos perdavimo klausimų. Jamesas pamažu tai, kaip ir Faradėjaus trumpojo nuotolio veikimo bei Ampero magnetinio uždarų laidininkų veikimo idėjas, sukūrė naują teoriją, netikėtą ir drąsią.

Kembridže Jamesas yra pavestas dėstyti sunkiausius hidrostatikos ir optikos kursų skyrius pajėgiausiems studentams. Be to, jį nuo elektros teorijų atitraukė darbas prie knygos apie optiką. Maxwellas greitai daro išvadą, kad optika jo nebedomina kaip anksčiau, o tik atitraukia nuo elektromagnetinių reiškinių tyrimo.

Toliau ieškodamas analogijos, Jamesas lygina jėgos linijas su kažkokio nesuspaudžiamo skysčio srautu. Hidrodinamikos vamzdžių teorija leido pakeisti jėgos linijas jėgos vamzdžiais, o tai lengvai paaiškino Faradėjaus eksperimentą. Atsparumo sąvokos, elektrostatikos, magnetostatikos ir elektros srovės reiškiniai lengvai ir paprastai patenka į Maksvelo teorijos rėmus. Tačiau ši teorija dar netilpo į Faradėjaus atrastą elektromagnetinės indukcijos reiškinį.

Jamesas turėjo kurį laiką atsisakyti savo teorijos dėl pablogėjusios tėvo būklės, dėl kurios reikėjo rūpintis. Kai Džeimsas po tėvo mirties grįžo į Kembridžą, dėl religijos jam nepavyko įgyti aukštojo magistro laipsnio. Todėl 1856 m. spalį Jamesas Maxwellas užėmė kėdę Aberdyne.

Aberdynas 1856–1860 m

Traktatas apie Saturno žiedus

Kai Jamesas pradėjo studijas Aberdyne, jo galvoje jau subrendo nauja problema, kurios niekas dar negalėjo išspręsti, naujas reiškinys, kurį reikėjo paaiškinti. Tai buvo Saturno žiedai. Nustatyti jų fizinę prigimtį, nustatyti jas iš milijonų kilometrų, be jokių instrumentų, naudojant tik popierių ir rašiklį, buvo tarsi užduotis jam. Kieto standaus žiedo hipotezė iškart išnyko. Skystas žiedas suirtų veikiamas jame kilusių milžiniškų bangų – ir dėl to, pasak Jameso Clerko Maxwello, aplink Saturną greičiausiai sklandytų daugybė mažų palydovų – „plytų fragmentų“, jo suvokimu. . Už traktatą apie Saturno žiedus Jamesas 1857 metais buvo apdovanotas Adamso premija, o pats yra pripažintas vienu autoritetingiausių anglų teorinių fizikų.

2 pav. Saturnas. Nuotrauka daryta su 36 colių refraktoriumi Lick observatorijoje.

3 pav. Mechaniniai modeliai, iliustruojantys Saturno žiedų judėjimą. Piešiniai iš Maxwello esė „Apie Saturno žiedų sukimosi stabilumą“

Londonas – Glenleras 1860-1871 m

Pirma spalvota nuotrauka

Tikimybių teorija

Fizikoje įvyko revoliucija, ir daugelis, kurie klausėsi Maxwello pranešimų per metinius Britų asociacijos susirinkimus, to net nepastebėjo. Kita vertus, Maksvelas priartėjo prie mechaninio materijos supratimo ribų. Ir jis peržengė juos. Maksvelo išvada apie tikimybių teorijos dėsnių dominavimą molekulių pasaulyje paveikė pagrindinius jo pasaulėžiūros pagrindus. Pareiškimas, kad molekulių pasaulyje „viešpatauja atsitiktinumas“, savo drąsa buvo vienas didžiausių žygdarbių moksle.

Maksvelo mechaninis modelis

Modelį sudarė viena kryptimi besisukančių molekulinių sūkurių eilės, tarp kurių buvo patalpintas mažyčių sferinių dalelių, galinčių suktis, sluoksnis. Nepaisant sudėtingumo, modelis paaiškino daugybę elektromagnetinių reiškinių, įskaitant elektromagnetinę indukciją. Sensacingas modelio pobūdis buvo tas, kad jis paaiškino Maxwello suformuluotą magnetinio lauko veikimo stačiu kampu srovės krypčiai teoriją ("smūgio taisyklė").

4 pav. Maksvelas pašalina viena kryptimi besisukančių gretimų sūkurių A ir B sąveiką, įvesdamas tarp jų „laisvosios eigos pavaras“.

5 pav. Maksvelo mechaninis modelis elektromagnetiniams reiškiniams paaiškinti.

Elektromagnetinės bangos ir elektromagnetinė šviesos teorija

Po straipsnių serijos „Apie fizines linijas“ Maksvelas iš tikrųjų jau turėjo visą medžiagą naujai elektromagnetizmo teorijai sukurti. Dabar apie elektromagnetinio lauko teoriją. Pavaros ir sūkuriai visiškai išnyko. Maksvelui lauko lygtys buvo ne mažiau tikros ir apčiuopiamos nei laboratorinių eksperimentų rezultatai. Dabar tiek Faradėjaus elektromagnetinė indukcija, tiek Maksvelo poslinkio srovė buvo išvestos ne naudojant mechaninius modelius, o naudojant matematines operacijas.

Faradėjaus teigimu, pasikeitus magnetiniam laukui atsiranda elektrinis laukas. Magnetinio lauko viršįtampis sukelia elektrinio lauko bangą.

Elektros bangos pliūpsnis sukelia magnetinės bangos pliūpsnį. Taigi pirmą kartą iš trisdešimt trejų metų pranašo plunksnos elektromagnetinės bangos pasirodė 1864 m., tačiau dar ne tokia forma, kokia jas suprantame dabar. Maxwellas kalbėjo tik apie magnetines bangas 1864 m. Elektromagnetinė banga visa to žodžio prasme, įskaitant elektrinius ir magnetinius trikdžius, vėliau pasirodė Maxwello darbe 1868 m.

Kitame Maxwello straipsnyje „Elektromagnetinio lauko dinaminė teorija“ anksčiau aprašyta elektromagnetinė šviesos teorija įgijo aiškius kontūrus ir įrodymus. Remdamasis savo tyrimais ir kitų mokslininkų (ypač Faradėjaus) patirtimi, Maxwellas daro išvadą, kad terpės optinės savybės yra susijusios su jos elektromagnetinėmis savybėmis, o šviesa yra ne kas kita, kaip elektromagnetinės bangos.

1865 m. Maksvelas nusprendžia palikti Karaliaus koledžą. Jis apsigyvena savo šeimos dvare Glenmeire, kur studijuoja pagrindinius savo gyvenimo darbus - „Šilumos teorija“ ir „Traktatas apie elektrą ir magnetizmą“. Visą savo laiką skiriu jiems. Tai buvo atsiskyrimo, visiško atitrūkimo nuo tuštybės, tarnavimo tik mokslui metai, vaisingiausi, šviesiausi, kūrybingiausi metai. Tačiau Maksvelas vėl traukia dirbti universitete, ir jis priima Kembridžo universiteto jam pateiktą pasiūlymą.

Kembridžas 1871–1879 m

Cavendish laboratorija

1874 m. birželio 16 d. yra Cavendish laboratorijos atidarymo diena. Tolesni metai buvo pažymėti vis didesniu pripažinimu.

Pasaulio pripažinimas

1877 metais Maksvelas pajuto pirmuosius ligos požymius, o 1879 metų gegužę skaitė paskutinę paskaitą savo studentams.

Matmenys

Pagal J. Maxwell, A. Poincaré, N. Bohr, A. Einstein, V. I. Vernadsky, R. Bartini reikalavimus fizinis dydis yra universalus tada ir tik tada, kai aiškus jo ryšys su erdve ir laikuaš. Ir, nepaisant to, iki J. Maxwello traktato „Apie elektrą ir magnetizmą“ (1873) ryšys tarp masės ir ilgio bei laiko matmens nebuvo nustatytas.

Kadangi masės matmenį įvedė Maksvelas (kartu su žymėjimu laužtiniuose skliaustuose), leidžiame sau pacituoti paties Maksvelo darbo ištrauką: „Bet kokia bet kokio dydžio išraiška susideda iš dviejų veiksnių arba komponentų. Vienas iš jų yra tam tikro žinomo kiekio, tokio paties tipo kaip ir mūsų išreiškiamas kiekis, pavadinimas. Ji priimama kaip atskaitos standartas. Kitas komponentas yra skaičius, nurodantis, kiek kartų standartas turi būti taikomas norint gauti reikiamą vertę. Referencinis standartinis kiekis vadinamas e vienetas, o atitinkamas skaičius yra h ir žodinę reikšmęšios vertės“.

„Apie VERČIŲ MATAVIMĄ“

1. Bet kokia bet kokio dydžio išraiška susideda iš dviejų veiksnių arba komponentų. Vienas iš jų yra tam tikro žinomo kiekio, tokio paties tipo kaip ir mūsų išreiškiamas kiekis, pavadinimas. Ji priimama kaip atskaitos standartas. Kitas komponentas yra skaičius, nurodantis, kiek kartų standartas turi būti taikomas norint gauti reikiamą vertę. Etaloninė standartinė vertė vadinama technologijomis Vienetas, o atitinkamas skaičius yra skaitinis Reikšmėšios vertės.

2. Kurdami matematinę sistemą, pagrindinius vienetus – ilgį, laiką ir masę – laikome duotais ir iš jų išvedame visus išvestinius vienetus naudodami paprasčiausius priimtinus apibrėžimus.

Todėl visuose moksliniuose tyrimuose labai svarbu naudoti tinkamai apibrėžtai sistemai priklausančius vienetus, taip pat žinoti jų ryšius su pagrindiniais vienetais, kad būtų galima iš karto paversti vienos sistemos rezultatus kita.

Žinodami vienetų matmenis, turime patikrinimo metodą, kuris turėtų būti taikomas ilgalaikių tyrimų metu gautoms lygtims.

Kiekvieno iš lygties dėmenų matmenys, palyginti su kiekvienu iš trijų pagrindinių vienetų, turi būti vienodi. Jei taip nėra, lygtis yra beprasmė, joje yra tam tikra klaida, nes jos aiškinimas skiriasi ir priklauso nuo savavališkos vienetų sistemos, kurią mes priimame.

Trys pagrindiniai vienetai:

(1) ILGIS. Šioje šalyje mokslo tikslais naudojamas ilgio standartas yra pėda, kuri yra trečdalis ižde laikomo standartinio kiemo.

Prancūzijoje ir kitose šalyse, kurios priėmė metrinę sistemą, ilgio standartas yra metras. Teoriškai tai yra viena dešimt milijonų žemės dienovidinio ilgio, matuojant nuo ašigalio iki pusiaujo; praktiškai tai yra Paryžiuje saugomo etalono ilgis, kurį Borda pagamino taip, kad ledo tirpimo temperatūroje jis atitiktų dienovidinio ilgio vertę, gautą d'Alembert. Matavimai, atspindintys naujus ir tikslesnius Žemės matavimus, į skaitiklį neįvedami, priešingai, pats dienovidinio lankas skaičiuojamas pirminiais skaitikliais.

Astronomijoje ilgio vienetas kartais laikomas vidutiniu atstumu nuo Žemės iki Saulės.

Esant dabartinei mokslo padėčiai, universaliausias ilgio standartas, kurį būtų galima pasiūlyti, būtų tam tikro tipo šviesos bangos ilgis, kurį skleidžia kokia nors plačiai paplitusi medžiaga (pavyzdžiui, natris), kurios spektre yra aiškiai atpažįstamos linijos. Toks standartas būtų nepriklausomas nuo bet kokio žemės dydžio pasikeitimo ir turėtų būti priimtas tiems, kurie tikisi, kad jų raštai bus patvaresni už šį dangaus kūną.

Dirbdami su vieneto matmenimis, ilgio vienetą pažymėsime kaip [ L]. Jei ilgio skaitinė reikšmė yra l, tai suprantama kaip reikšmė, išreikšta tam tikru vienetu [ L], kad visas tikrasis ilgis būtų pavaizduotas kaip l [ L].

(2) LAIKAS. Visose civilizuotose šalyse standartinis laiko vienetas yra gaunamas iš Žemės apsisukimo aplink savo ašį laikotarpio. Sierinė diena arba tikrasis Žemės apsisukimo laikotarpis gali būti labai tiksliai nustatytas įprastais astronominiais stebėjimais, o vidutinė saulės diena gali būti apskaičiuota iš siderinės dienos, nes žinome apie metų trukmę.

Antrasis vidutinis saulės laikas naudojamas kaip laiko vienetas visuose fiziniuose tyrimuose.

Astronomijoje laiko vienetu kartais laikomi metai. Universalesnį laiko vienetą galima nustatyti imant tos pačios šviesos, kurios bangos ilgis yra lygus vieneto ilgiui, virpesių periodą.

Tam tikrą laiko vienetą vadinsime [ T], o skaitinis laiko matas žymimas t.

(3) MASĖ. Mūsų šalyje standartinis masės vienetas yra orientacinis komercinis svaras (avoirdupois pound), saugomas ižde. Dažnai naudojamas kaip vienetas, grūdas yra viena 7000 svaro.

Metrinėje sistemoje masės vienetas yra gramas; teoriškai tai yra kubinio centimetro distiliuoto vandens masė esant standartinėms temperatūros ir slėgio vertėms, o praktiškai tai yra viena tūkstantoji standartinio kilogramo, laikomo Paryžiuje *.

Bet jei, kaip daroma prancūzų sistemoje, tankio etalonu imama tam tikra medžiaga, būtent vanduo, tai masės vienetas nustoja būti nepriklausomas, bet kinta kaip tūrio vienetas, t.y. Kaip [ L 3]. Jei, kaip ir astronominėje sistemoje, masės vienetas išreiškiamas jo traukos jėga, tada matmuo [ M] pasirodo, kad [ L 3 T-2]".

Maxwellas tai parodo masė gali būti neįtraukta į pagrindinių matmenų dydžių skaičių. Tai pasiekiama dviem sąvokos „galia“ apibrėžimais:

1) ir 2) .

Sulyginęs šias dvi išraiškas ir laikydamas gravitacinę konstantą bedimens dydžiu, Maksvelas gauna:

, [M] = [L 3 T 2 ].

Masė pasirodė esąs erdvės ir laiko dydis. Jo matmenys: apimtis su kampiniu pagreičiu(arba tokio paties dydžio tankis).

Masės kiekis pradėjo tenkinti universalumo reikalavimas. Atsirado galimybė visus kitus fizikinius dydžius išreikšti erdvės ir laiko matavimo vienetais.

1965 m. žurnale „SSRS mokslų akademijos pranešimai“ (Nr. 4) buvo paskelbtas R. Bartini straipsnis „Fizikinių dydžių kinematinė sistema“. Šie rezultatai turi išskirtinė vertė dėl aptariamos problemos.

Galios tvermės dėsnis

Apskritai, galios išsaugojimo dėsnis parašytas kaip galios dydžio invariantas:

Iš visos galios lygtiesN = P + G iš to seka, kad naudingoji galia ir nuostolių galia yra projektiškai atvirkštinės, taigi ir bet koks laisvosios energijos pokytis kompensuoja galios nuostolių pokyčiai visiškai kontroliuojant galią .

Gauta išvada suteikia pagrindo galios tvermės dėsnį pateikti skaliarinės lygties forma:

Kur.

Aktyvaus srauto pokytis kompensuojamas skirtumu tarp nuostolių ir pelno į sistemą.

Taigi atviros sistemos mechanizmas pašalina uždarymo apribojimus ir taip suteikia galimybę sistemai judėti toliau. Tačiau šis mechanizmas nerodo galimų judėjimo krypčių – sistemų evoliucijos. Todėl ji turi būti papildyta besivystančių ir nesivystančių sistemų arba nepusiausvyros ir pusiausvyros mechanizmais.

Bibliografija

1. 
   Vl. Karcevas „Įstabių žmonių gyvenimas. Maksvelas“. - M., „Jaunoji gvardija“, 1974 m.
2. 
   Jamesas Clerkas Maxwellas. Straipsniai ir kalbos. M., „Mokslas“, 1968 m.
3. 
   http://physicsbooks.narod.ru/
4. 
   http://revolution.allbest.ru/
5. 
   http://ru.wikipedia.org/wiki/
6. 
   http://www.situation.ru/
7. 
   http://www.uni-dubna.ru/
8. 
   http://www.uran.ru/

James-Clerk MAXWELL

(1831-06-13, Edinburgas, - 1879-11-5, Kembridžas)

Jamesas Clerkas Maxwellas – anglų fizikas, klasikinės elektrodinamikos kūrėjas, vienas statistinės fizikos pradininkų, gimė Edinburge 1831 m.
Maksvelas yra škotų didiko sūnus iš kilmingos klerkų šeimos. Studijavo Edinburgo (1847-50) ir Kembridžo (1850-54) universitetuose. Londono karališkosios draugijos narys (1860). Aberdyno Marischal koledžo profesorius (1856–1860), vėliau Londono universitete (1860–65). Nuo 1871 m. Maxwellas yra Kembridžo universiteto profesorius. Ten jis įkūrė pirmąją Britanijoje specialiai sukurtą fizikos laboratoriją Cavendish Laboratory, kuriai vadovavo nuo 1871 m.
Maksvelo mokslinė veikla apima elektromagnetizmo problemos, kinetinė dujų teorija, optika, elastingumo teorija ir daug daugiau. Maksvelas baigė savo pirmąjį darbą „Apie ovalų piešimą ir ovalus su daugybe gudrybių“, kai jam dar nebuvo 15 metų (1846 m., paskelbtas 1851 m.). Kai kurie jo pirmieji tyrimai buvo darbai apie spalvų matymo ir kolorimetrijos fiziologiją ir fiziką (1852–1872). 1861 m. Maksvelas pirmą kartą pademonstravo spalvotą vaizdą, gautą vienu metu į ekraną projekuojant raudonas, žalias ir mėlynas skaidres, taip įrodydamas trijų komponentų spalvinio matymo teorijos pagrįstumą ir tuo pačiu nubrėždamas spalvotos fotografijos kūrimo būdus. Jis sukūrė vieną iš pirmųjų kiekybinio spalvų matavimo instrumentų, vadinamų Maksvelo disku.
1857-59 metais. Maksvelas atliko teorinį Saturno žiedų stabilumo tyrimą ir parodė, kad Saturno žiedai gali būti stabilūs tik tuomet, jei juos sudaro nesusijusios kietosios dalelės.
Elektros ir magnetizmo tyrimuose (straipsniai „Apie Faradėjaus jėgos linijas“, 1855–56; „Apie fizines jėgos linijas“, 1861–62; „Dinaminė elektromagnetinio lauko teorija“, 1864 m.; dviejų tomų fundamentalus „Traktatas apie Elektra ir magnetizmas“, 1873) Maxwellas matematiškai išplėtojo Michaelio Faradėjaus požiūrį į tarpinės terpės vaidmenį elektrinėje ir magnetinėje sąveikoje. Jis bandė (sekdamas Faradėjaus) interpretuoti šią terpę kaip viską persmelkiantį pasaulio eterį, tačiau šie bandymai nebuvo sėkmingi.
Tolesnė fizikos raida parodė, kad elektromagnetinės sąveikos nešėjas yra elektromagnetinis laukas, kurios teoriją (klasikinėje fizikoje) sukūrė Maksvelas. Šioje teorijoje Maksvelas apibendrino visus tuo metu žinomus makroskopinės elektrodinamikos faktus ir pirmą kartą pristatė idėją apie poslinkio srovę, sukuriančią magnetinį lauką kaip įprasta srovė (laidumo srovė, judantys elektros krūviai). Maksvelas elektromagnetinio lauko dėsnius išreiškė 4 dalinių diferencialinių lygčių sistemos forma ( Maksvelo lygtys).
Bendras ir išsamus šių lygčių pobūdis pasireiškė tuo, kad jų analizė leido numatyti daugybę anksčiau nežinomų reiškinių ir modelių.
Taigi iš jų išplaukė elektromagnetinių bangų egzistavimas, kurias vėliau eksperimentiškai atrado G. Hertzas. Tyrinėdamas šias lygtis, Maxwellas padarė išvadą apie šviesos elektromagnetinę prigimtį (1865) ir parodė, kad bet kokių kitų elektromagnetinių bangų greitis vakuume yra lygus šviesos greičiui.
Jis išmatavo (su didesniu tikslumu nei W. Weberis ir F. Kohlrauschas 1856 m.) elektrostatinio krūvio vieneto santykį su elektromagnetiniu ir patvirtino jo lygybę šviesos greičiui. Maksvelo teorija reiškė, kad elektromagnetinės bangos sukuria slėgį.
Lengvą slėgį 1899 metais eksperimentiškai nustatė P. N. Lebedevas.
Maksvelo elektromagnetizmo teorija gavo visišką eksperimentinį patvirtinimą ir tapo visuotinai priimtu klasikiniu šiuolaikinės fizikos pagrindu. Šios teorijos vaidmenį aiškiai apibūdino A. Einšteinas: „... čia įvyko didelis lūžis, kuris amžinai siejamas su Faradėjaus, Maksvelo, Herco vardais. Liūto dalis šioje revoliucijoje priklauso Maksvelui... Po Maksvelo fizinė tikrovė buvo sumanyta ištisinių laukų pavidalu, kurių neįmanoma paaiškinti mechaniškai... Šis tikrovės sampratos pokytis yra giliausias ir vaisingiausias iš tų, kuriuos fizika patyrė nuo Niutono laikų".
Dujų molekulinės kinetinės teorijos tyrimuose (straipsniai „Dujų dinaminės teorijos paaiškinimai“, 1860 m. ir „Dinaminė dujų teorija“, 1866 m.) Maxwellas pirmasis išsprendė statistinę idealių dujų molekulių pasiskirstymo problemą. pagal greitį ( Maksvelo paskirstymas). Maksvelas apskaičiavo dujų klampos priklausomybę nuo molekulių greičio ir vidutinio laisvojo kelio (1860), apskaičiavęs pastarosios absoliučiąją vertę ir išvedė keletą svarbių termodinaminių ryšių (1860). Eksperimentiškai išmatuotas sauso oro klampumo koeficientas (1866). 1873-74 metais. Maksvelas atrado dvigubos refrakcijos sraute reiškinį ( Maxwell efektas).
Maxwellas buvo pagrindinis mokslo populiarintojas. Jis parašė daugybę straipsnių enciklopedijai Britannica, populiarias knygas, tokias kaip "Šilumos teorija" (1870), "Materija ir judėjimas" (1873), "Elektra pradinėje ekspozicijoje" (1881), išverstas į rusų kalbą. Svarbus indėlis į fizikos istoriją yra Maxwello išleisti G. Cavendisho darbų apie elektrą rankraščiai (1879 m.) su plačiais komentarais.