Maxwell, James Clerk - matemático e físico inglês de origem escocesa. Fundador da eletrodinâmica clássica moderna, teoria cinética dos gases. Conduziu uma série de estudos importantes em termodinâmica e física molecular. O criador da teoria quantitativa das cores lançou as bases dos princípios da fotografia colorida.

Biografia

James Clerk Maxwell nasceu em 13 de junho de 1831 na capital escocesa, Edimburgo. Pai, John Clerk Maxwell. Ele era membro da Ordem dos Advogados e possuía uma propriedade no sul da Escócia. A mãe, Frances Kay, era filha de um juiz do Tribunal do Almirantado.

A mãe de James morreu quando ele tinha oito anos. Meu pai teve que criá-lo sozinho. Ao longo de sua vida, James manteve sentimentos muito afetuosos por seu pai, que realmente sempre cuidou dele.

Quando chegou a hora de James receber educação, os professores foram inicialmente convidados para sua casa. Contudo, esses professores eram ignorantes e rudes, e outros não puderam ser encontrados. Portanto, o pai decidiu enviar o filho para a Academia de Edimburgo.

No início, o jovem Maxwell ficou bastante receoso em estudar na academia, mas aos poucos foi se envolvendo. As aulas despertaram nele um interesse genuíno e a geometria atraiu atenção especial. Foi esta ciência que se tornou a base sobre a qual cresceram todas as futuras realizações científicas de Maxwell.

Maxwell deu à academia um hino de despedida, que posteriormente foi cantado com prazer por mais de uma geração de estudantes. James então entra na Universidade de Edimburgo. Aqui ele estuda a teoria da elasticidade, os resultados deste trabalho são muito apreciados pelos especialistas.

Em 1850, Maxwell partiu para Cambridge, apesar da insatisfação de seu pai com esta decisão. Primeiro ele estuda no St. College. Peter's, depois muda-se para o Trinity College. Ele simplesmente surpreendeu os professores com seu conhecimento e ficou em segundo lugar na formatura. Depois de receber seu diploma de bacharel, Maxwell permaneceu no Trinity College para trabalhar como professor. Durante este período, ele estudou o problema das cores, geometria e eletricidade. Em 1854, numa carta a um de seus amigos

James anunciou sua intenção de "atacar a eletricidade". Isso foi um sucesso - logo foi publicado o trabalho “On Faraday Lines of Force”, um dos três maiores trabalhos de Maxwell. A principal obra deste período da vida do cientista foi a criação da teoria das cores. Ele provou experimentalmente como as cores se misturam. Esses estudos posteriormente formaram a base da fotografia colorida.

Em 1856, Maxwell tornou-se professor de filosofia natural no Aberdeen Marischal College. Na verdade, ele criou o departamento de física aqui do zero. Em 1858, Maxwell casou-se com Catherine Mary Dewar, filha do diretor do Marischal College.

Nesse período, o cientista se dedicou ao cálculo do movimento dos anéis de Saturno, publicando o tratado “Sobre a estabilidade do movimento dos anéis de Saturno”. Este trabalho mais tarde se tornou um clássico.

Ao mesmo tempo, Maxwell concentrou-se na teoria cinética dos gases. Em junho de 1860, ele apresentou um relatório sobre este tema na reunião da Associação Britânica em Oxford.

Também em 1860, Maxwell teve que se despedir de seu cargo de professor no Marischal College. Logo depois disso, foi convidado para o King's College para o cargo de professor no departamento de filosofia natural.

Em 17 de maio de 1861, o cientista demonstrou a primeira fotografia colorida do mundo. Cem anos depois, a empresa Kodak provou que Maxwell teve simplesmente sorte naquela época - era impossível obter imagens verdes e vermelhas com seu método, essas cores foram formadas por acaso. No entanto, os princípios ainda estavam corretos, embora com pequenos erros.

Depois disso, Maxwell se concentra no estudo do eletromagnetismo. São publicadas as obras “Sobre Linhas Físicas de Força” e “Teoria Dinâmica do Campo Eletromagnético”. Daquela época até o fim da vida, o cientista trabalhou em problemas de medições elétricas.

Em 1865, a saúde de Maxwell piorou e no ano seguinte ele deixou Londres e foi para sua propriedade em Glenlar. Em 1867 foi para a Itália para melhorar a saúde. Nesse período foram publicados os livros “Teoria do Calor” e “Teoria do Calor”.

Em 1871, Maxwell tornou-se professor na Universidade de Cambridge. Dois anos depois, o cientista termina o trabalho de toda a sua vida - o Tratado sobre Eletricidade e Magnetismo, em dois volumes. Em seguida foram publicados os livros “Matéria e Movimento”,

De 1874 a 1879, Maxwell processou as obras de Henry Cavendish, que lhe foram solenemente apresentadas pelo duque de Devonshire.

A essa altura, sua saúde estava piorando bastante. Logo foi feito o diagnóstico de câncer. Em 5 de novembro de 1879, James Clerk Maxwell morreu. Seu corpo foi enterrado na vila de Parton, ao lado de seus pais.

As principais conquistas de Maxwell

• Durante a vida de Maxwell, muitos de seus trabalhos não foram devidamente apreciados, mas mais tarde seu trabalho ocupou o seu devido lugar na história da ciência.
• A pesquisa no campo da teoria do campo eletromagnético tornou-se a base da ideia do campo da física do século XX. Isto foi apontado por muitos cientistas, incluindo Leopold Infeld, Albert Einstein e Rudolf Peierls.
• Contribuição para a teoria cinética molecular.
• Desenvolvimento de métodos estatísticos que contribuíram para o desenvolvimento da mecânica estatística. Cunhou o termo “mecânica estatística”.
• Criação da teoria das cores. Teoria eletromagnética da luz.
• Desenvolvimento da teoria dinâmica dos gases.

Datas importantes na biografia de Maxwell

• 13 de junho de 1831 - em Edimburgo.
• 1841 – admissão na Academia de Edimburgo.
• 1846 - o primeiro trabalho científico “Sobre as propriedades de ovais e curvas com muitos focos”.
• 1847 – admissão na Universidade de Edimburgo.
• 1850 – relatório “Sobre o equilíbrio dos corpos elásticos”. Admissão na Universidade de Cambridge.
• 1854 – formatura na universidade. Início da actividade docente.
• 1856 - morte do pai. Maxwell torna-se membro da Royal Society of Edinburgh.
• 1857 - trabalho “Sobre as linhas de força de Faraday”.
• 1858 - casou-se com Katherine Mary Dewar.
• 1859 - primeiro artigo sobre teoria cinética dos gases.
• 1860 – Professor de Física na Universidade de Londres.
• 1860 - Recebe a Medalha Rumford por pesquisas em óptica e cores.
• 1861 – a primeira fotografia colorida do mundo.
• 1861-1864 – publicação das obras “Teoria Dinâmica do Campo Eletromagnético”, “Sobre Linhas Físicas de Forças”.
• 1865 – mudança para Glenlare.
• 1867 - viagem à Itália.
• 1871 – Professor de Física Experimental na Universidade de Cambridge.
• 1873 – publicação das obras “Matéria e Movimento”, “Tratado sobre Eletricidade e Magnetismo”.
• 1874 - o Laboratório Cavendish iniciou seus trabalhos.
• 1878-1879 – publicação dos artigos “Sobre tensões decorrentes de gases rarefeitos devido à desigualdade de temperatura”, “Análise harmônica”.
• 5 de novembro de 1879 - James Clerk Maxwell morreu em sua casa em Cambridge.

• A única característica do relevo de Vênus com o nome de um homem é a cordilheira James Maxwell.
• Na escola, Maxwell sabia muito pouco aritmética.
• Depois de receber uma mensagem sobre a frequência obrigatória a um culto na Universidade de Cambridge, ele disse: “Só vou dormir a essa hora”.
• Ele adorava tocar músicas escocesas, acompanhando-se ao violão.
• Aos oito anos, ele conseguia citar quase todos os versículos do Livro dos Salmos.

James Maxwell é um físico que primeiro formulou os fundamentos da eletrodinâmica clássica. Eles ainda são usados ​​hoje. A famosa equação de Maxwell é conhecida; foi ele quem introduziu nesta ciência conceitos como corrente de deslocamento, campo eletromagnético, previsão de ondas eletromagnéticas, natureza e pressão da luz, e fez muitas outras descobertas importantes.

Físico infantil

O físico Maxwell nasceu no século 19, em 1831. Ele nasceu em Edimburgo, Escócia. O herói do nosso artigo veio de uma família de funcionários; seu pai era dono de uma propriedade familiar no sul da Escócia. Em 1826, ele encontrou uma esposa chamada Frances Kay, eles se casaram e, 5 anos depois, James nasceu para eles.

Na infância, Maxwell e seus pais se mudaram para a propriedade de Middleby, onde passou a infância, que foi muito ofuscada pela morte de sua mãe por câncer. Mesmo nos primeiros anos de sua vida, ele se interessou ativamente pelo mundo ao seu redor, gostava de poesia e estava cercado pelos chamados “brinquedos científicos”. Por exemplo, o antecessor do cinema “disco mágico”.

Aos 10 anos começou a estudar com um mestre familiar, mas isso se revelou ineficaz, então em 1841 mudou-se para Edimburgo para morar com sua tia. Aqui ele começou a frequentar a Academia de Edimburgo, que enfatizava a educação clássica.

Estude na Universidade de Edimburgo

Em 1847, o futuro físico James Maxwell começou a estudar aqui, estudando trabalhos sobre física, magnetismo e filosofia, e realizando numerosos experimentos de laboratório. Ele estava mais interessado nas propriedades mecânicas dos materiais. Ele os examinou usando luz polarizada. O físico Maxwell teve essa oportunidade depois que seu colega William Nicol lhe deu dois dispositivos polarizadores que ele mesmo montou.

Naquela época, ele fez um grande número de modelos em gelatina, submeteu-os a deformações e monitorou pinturas coloridas em luz polarizada. Comparando seus experimentos com a pesquisa teórica, Maxwell derivou muitas leis novas e testou as antigas. Naquela época, os resultados deste trabalho foram de extrema importância para a mecânica estrutural.

Maxwell em Cambridge

Em 1850, Maxwell quer continuar seus estudos, embora seu pai não esteja entusiasmado com a ideia. O cientista vai para Cambridge. Lá ele entra no barato Peterhouse College. O currículo disponível lá não satisfez James, e estudar em Peterhouse não oferecia nenhuma perspectiva.

Somente no final do primeiro semestre conseguiu convencer o pai e se transferir para o mais prestigiado Trinity College. Dois anos depois, ele se torna bolsista e ganha um quarto separado.

Ao mesmo tempo, Maxwell praticamente não se envolve em atividades científicas: lê e assiste a palestras de cientistas proeminentes de sua época, escreve poesia e participa da vida intelectual da universidade. O herói do nosso artigo se comunica muito com gente nova, por isso compensa sua timidez natural.

A rotina diária de Maxwell era interessante. Das 7h às 17h ele trabalhou e depois adormeceu. Levantei-me novamente às 21h30, li e das duas às três e meia da manhã fui correr pelos corredores do albergue. Depois disso, ele foi para a cama novamente para dormir até de manhã.

Trabalho elétrico

Enquanto estava em Cambridge, o físico Maxwell ficou seriamente interessado em problemas de eletricidade. Ele explora efeitos magnéticos e elétricos.

Naquela época, Michael Faraday havia apresentado a teoria da indução eletromagnética, linhas de força capazes de conectar cargas elétricas negativas e positivas. No entanto, Maxwell não gostou deste conceito de ação à distância; sua intuição lhe disse que havia contradições em algum lugar. Portanto, ele decidiu construir uma teoria matemática que combinasse os resultados obtidos pelos proponentes da ação de longo alcance e da representação de Faraday. Ele usou o método da analogia e aplicou os resultados que William Thomson havia alcançado anteriormente na análise de processos de transferência de calor em sólidos. Assim, pela primeira vez, ele deu uma justificativa matemática fundamentada de como ocorre a transmissão da ação elétrica em um determinado ambiente.

Fotografias coloridas

Em 1856, Maxwell foi para Aberdeen, onde logo se casou. Em junho de 1860, no Congresso da Associação Britânica, que acontece em Oxford, o herói do nosso artigo faz um importante relatório sobre suas pesquisas no campo da teoria das cores, apoiando-as com experimentos específicos utilizando uma caixa de cores. No mesmo ano foi agraciado com uma medalha pelo seu trabalho na combinação de óptica e cores.

Em 1861, na Royal Institution, ele forneceu evidências irrefutáveis ​​​​da correção de sua teoria - trata-se de uma fotografia colorida, na qual trabalhava desde 1855. Ninguém no mundo jamais fez isso antes. Ele filmou os negativos através de vários filtros - azul, verde e vermelho. Ao iluminar os negativos através dos mesmos filtros, consegue obter uma imagem colorida.

Equação de Maxwell

Na biografia de James Clerk Maxwell, Thomson também teve uma forte influência sobre ele. Como resultado, ele chega à conclusão de que o magnetismo tem natureza vórtice e a corrente elétrica tem natureza translacional. Ele cria um modelo mecânico para demonstrar tudo com clareza.

A corrente de deslocamento resultante levou à famosa equação de continuidade que ainda hoje é usada para carga elétrica. Segundo os contemporâneos, esta descoberta tornou-se a contribuição mais significativa de Maxwell para a física moderna.

últimos anos de vida

Maxwell passou os últimos anos de sua vida em Cambridge, ocupando vários cargos administrativos, tornando-se presidente da Sociedade Filosófica. Juntamente com seus alunos, estudou a propagação de ondas em cristais.

Os funcionários que trabalharam com ele notaram repetidamente que ele era o mais fácil de se comunicar possível, dedicava-se inteiramente à pesquisa, tinha uma capacidade única de penetrar na essência do problema em si, era muito perspicaz e, ao mesmo tempo, respondia adequadamente às críticas. , nunca aspirou ser famoso, mas ao mesmo tempo era capaz de um sarcasmo muito refinado.

Os primeiros sintomas de uma doença grave surgiram em 1877, quando Maxwell tinha apenas 46 anos. Ele começou a engasgar com cada vez mais frequência, tinha dificuldade para comer e engolir alimentos e sentia fortes dores.

Depois de dois anos ficou muito difícil para ele dar palestras, falar em público, cansava-se muito rápido. Os médicos notaram que sua condição piorava constantemente. O diagnóstico dos médicos foi decepcionante - câncer abdominal. No final do ano, completamente enfraquecido, voltou de Glenlare para Cambridge. O Dr. James Paget, famoso na época, tentou aliviar seu sofrimento.

Em novembro de 1879, Maxwell morreu. O caixão com seu corpo foi transportado de Cambridge para a propriedade da família, enterrado ao lado de seus pais no cemitério de uma pequena vila em Parton.

Olimpíadas em homenagem a Maxwell

A memória de Maxwell está preservada em nomes de ruas, edifícios, objetos astronômicos, prêmios e fundações de caridade. A Olimpíada de Física Maxwell também é realizada anualmente em Moscou.

Funciona para alunos do 7º ao 11º ano, inclusive. Para alunos da 7ª à 8ª série, os resultados da Olimpíada Maxwell de Física substituem as etapas regionais e de toda a Rússia da Olimpíada de Física para alunos.

Para participar da etapa regional é necessário obter pontuação suficiente na seleção preliminar. As etapas regional e final da Olimpíada Maxwell de Física são realizadas em duas etapas. Um deles é teórico e o segundo é experimental.

É interessante que as tarefas da Olimpíada Maxwell de Física em todas as etapas coincidam em nível de dificuldade com os testes das etapas finais da Olimpíada de Toda a Rússia para crianças em idade escolar.

Muitas publicações e revistas científicas publicaram recentemente artigos sobre conquistas da física e dos cientistas modernos, e publicações sobre físicos do passado são raras. Gostaríamos de corrigir esta situação e lembrar um dos físicos mais destacados do século passado, James Clerk Maxwell. Este é um famoso físico inglês, o pai da eletrodinâmica clássica, da física estatística e de muitas outras teorias, fórmulas físicas e invenções. Maxwell tornou-se o criador e primeiro diretor do Laboratório Cavendish.

Como você sabe, Maxwell veio de Edimburgo e nasceu em 1831 em uma família nobre, que estava relacionada ao sobrenome escocês Penicuik Clerks. Maxwell passou a infância na propriedade Glenlare. Os ancestrais de James eram políticos, poetas, músicos e cientistas. Provavelmente, sua propensão para a ciência foi herdada dele.

James foi criado sem mãe (já que ela morreu quando ele tinha 8 anos) por um pai que cuidava do menino. O pai queria que seu filho estudasse ciências naturais. James imediatamente se apaixonou pela tecnologia e desenvolveu rapidamente habilidades práticas. O pequeno Maxwell teve as primeiras aulas em casa com perseverança, pois não gostava dos duros métodos de ensino utilizados pelo professor. A formação complementar ocorreu em uma escola aristocrática, onde o menino apresentava grandes habilidades matemáticas. Maxwell gostou especialmente da geometria.

Para muitas pessoas importantes, a geometria parecia uma ciência incrível, e mesmo aos 12 anos ele falava de um livro de geometria como se fosse um livro sagrado. Maxwell adorava geometria, assim como outros luminares científicos, mas seu relacionamento com seus colegas de escola era ruim. Eles constantemente inventavam apelidos ofensivos para ele e um dos motivos eram suas roupas ridículas. O pai de Maxwell era considerado um excêntrico e comprava para o filho roupas que o faziam sorrir.

Maxwell já se mostrava muito promissor no campo da ciência quando criança. Em 1814 ele foi enviado para estudar na Escola Secundária de Edimburgo e em 1846 foi premiado com uma medalha por serviços prestados à matemática. Seu pai estava orgulhoso de seu filho e teve a oportunidade de apresentar um dos trabalhos científicos de seu filho perante o conselho da Academia de Ciências de Edimburgo. Este trabalho envolveu cálculos matemáticos de figuras elípticas. Naquela época este trabalho tinha o título “Sobre o desenho de ovais e ovais com muitos focos”. Foi escrito em 1846 e publicado ao público em geral em 1851.

Maxwell começou a estudar física intensamente após se transferir para a Universidade de Edimburgo. Calland, Forbes e outros tornaram-se seus professores. Eles imediatamente viram em James um alto potencial intelectual e um desejo incontrolável de estudar física. Antes desse período, Maxwell encontrou certos ramos da física e estudou óptica (ele dedicou muito tempo à polarização da luz e aos anéis de Newton). Nisso ele foi ajudado pelo famoso físico William Nicol, que certa vez inventou o prisma.

É claro que Maxwell não era alheio a outras ciências naturais e prestou especial atenção ao estudo da filosofia, da história da ciência e da estética.

Em 1850 ingressou em Cambridge, onde Newton trabalhou, e em 1854 recebeu um diploma acadêmico. Depois disso, sua pesquisa incidiu na área de eletricidade e instalações elétricas. E em 1855 ele foi membro do conselho do Trinity College.

O primeiro trabalho científico significativo de Maxwell foi On Faraday's Lines of Force, publicado em 1855. Certa vez, Boltzmann disse sobre o artigo de Maxwell que este trabalho tem um significado profundo e mostra com que propósito o jovem cientista aborda o trabalho científico. Boltzmann acreditava que Maxwell não apenas entendia questões das ciências naturais, mas também fazia uma contribuição especial à física teórica. Maxwell descreveu em seu artigo todas as tendências na evolução da física nas próximas décadas. Mais tarde, Kirchhoff, Mach e outros chegaram à mesma conclusão.

Como o Laboratório Cavendish foi formado?

Depois de completar seus estudos em Cambridge, James Maxwell permaneceu aqui como professor e em 1860 tornou-se membro da Royal Society de Londres. Ao mesmo tempo, mudou-se para Londres, onde assumiu o cargo de chefe do departamento de física do King's College, Universidade de Londres. Ele trabalhou nesta posição por 5 anos.

Em 1871, Maxwell retornou a Cambridge e criou o primeiro laboratório na Inglaterra para pesquisas na área de física, que foi chamado de Laboratório Cavendish (em homenagem a Henry Cavendish). Maxwell dedicou o resto de sua vida ao desenvolvimento do laboratório, que se tornou um verdadeiro centro de pesquisa científica.

Pouco se sabe sobre a vida de Maxwell, já que ele não mantinha registros ou diários. Ele era um homem modesto e tímido. Maxwell morreu aos 48 anos de câncer.

Qual é o legado científico de James Maxwell?

A atividade científica de Maxwell abrangeu muitas áreas da física: teoria dos fenômenos eletromagnéticos, teoria cinemática dos gases, óptica, teoria da elasticidade e outras. A primeira coisa que interessou James Maxwell foi estudar e conduzir pesquisas em fisiologia e física da visão de cores.

Maxwell foi o primeiro a obter uma imagem colorida, obtida através da projeção simultânea da faixa vermelha, verde e azul. Com isso, Maxwell mais uma vez provou ao mundo que a imagem colorida da visão se baseia na teoria dos três componentes. Esta descoberta marcou o início da criação de fotografias coloridas. No período de 1857-1859, Maxwell conseguiu estudar a estabilidade dos anéis de Saturno. Sua teoria sugere que os anéis de Saturno serão estáveis ​​​​apenas sob uma condição - a desconexão das partículas ou corpos uns dos outros.

Desde 1855, Maxwell prestou especial atenção ao trabalho na área de eletrodinâmica. Existem vários trabalhos científicos deste período: “Sobre as linhas de força de Faraday”, “Sobre as linhas de força físicas”, “Tratado sobre eletricidade e magnetismo” e “Teoria dinâmica do campo eletromagnético”.

Maxwell e a teoria do campo eletromagnético.

Quando Maxwell começou a estudar fenômenos elétricos e magnéticos, muitos deles já haviam sido bem estudados. Foi criado Lei de Coulomb, Lei de Ampère, também foi comprovado que as interações magnéticas estão relacionadas à ação de cargas elétricas. Muitos cientistas da época eram proponentes da teoria da ação de longo alcance, que afirmava que a interação ocorria instantaneamente e no espaço vazio.

O papel principal na teoria da interação de curto alcance foi desempenhado pela pesquisa de Michael Faraday (anos 30 do século XIX). Faraday argumentou que a natureza da carga elétrica se baseava no campo elétrico circundante. O campo de uma carga está conectado ao vizinho em duas direções. As correntes interagem usando um campo magnético. Segundo Faraday, os campos magnéticos e elétricos são descritos por ele na forma de linhas de força, que são linhas elásticas em um meio hipotético - o éter.

Maxwell apoiou a teoria de Faraday sobre a existência de campos eletromagnéticos, ou seja, foi um defensor dos processos emergentes em torno de carga e corrente.

Maxwell explicou as ideias de Faraday em forma matemática, algo que a física realmente precisava. Com a introdução do conceito de campo, as leis de Coulomb e Ampere tornaram-se mais convincentes e profundamente significativas. No conceito de indução eletromagnética, Maxwell foi capaz de considerar as propriedades do próprio campo. Sob a influência de um campo magnético alternado, um campo elétrico com linhas de força fechadas é gerado no espaço vazio. Este fenômeno é chamado de campo elétrico de vórtice.

A próxima descoberta de Maxwell foi que um campo elétrico alternado pode gerar um campo magnético, semelhante a uma corrente elétrica comum. Essa teoria foi chamada de hipótese da corrente de deslocamento. Posteriormente, Maxwell expressou o comportamento dos campos eletromagnéticos em suas equações.

Referência. As equações de Maxwell são equações que descrevem fenômenos eletromagnéticos em vários meios e no espaço de vácuo, e também se relacionam com a eletrodinâmica macroscópica clássica. Esta é uma conclusão lógica tirada de experimentos baseados nas leis dos fenômenos elétricos e magnéticos.
A principal conclusão das equações de Maxwell é a finitude da propagação das interações elétricas e magnéticas, que distingue entre a teoria da ação de curto alcance e a teoria da ação de longo alcance. As características da velocidade aproximaram-se da velocidade da luz 300.000 km/s. Isto deu a Maxwell motivos para argumentar que a luz é um fenômeno associado à ação das ondas eletromagnéticas.

Teoria cinética molecular dos gases de Maxwell.

Maxwell contribuiu para o estudo da teoria cinética molecular (agora esta ciência é chamada mecânica estatística). Maxwell foi o primeiro a ter a ideia da natureza estatística das leis da natureza. Ele criou uma lei para a distribuição das moléculas por velocidade e também conseguiu calcular a viscosidade dos gases em relação aos indicadores de velocidade e ao livre caminho das moléculas dos gases. Além disso, graças ao trabalho de Maxwell, temos uma série de relações termodinâmicas.

Referência. A distribuição de Maxwell é uma teoria da distribuição de velocidade das moléculas de um sistema sob condições de equilíbrio termodinâmico. O equilíbrio termodinâmico é uma condição para o movimento de translação de moléculas descritas pelas leis da dinâmica clássica.

Maxwell teve muitos trabalhos científicos publicados: “A Teoria do Calor”, “Matéria e Movimento”, “Eletricidade na Exposição Elementar” e outros. Maxwell não apenas avançou a ciência durante o período, mas também se interessou por sua história. Ao mesmo tempo, conseguiu publicar as obras de G. Cavendish, que complementou com seus comentários.

O que o mundo lembra sobre James Clerk Maxwell?

Maxwell estava trabalhando ativamente no estudo dos campos eletromagnéticos. Sua teoria sobre a existência deles recebeu reconhecimento mundial apenas uma década após sua morte.

Maxwell foi o primeiro a classificar a matéria e atribuir a cada uma suas próprias leis, que não eram redutíveis às leis da mecânica de Newton.

Muitos cientistas escreveram sobre Maxwell. O físico R. Feynman disse sobre ele que Maxwell, que descobriu as leis da eletrodinâmica, olhou para séculos no futuro.

Epílogo. James Clerk Maxwell morreu em 5 de novembro de 1879 em Cambridge. Ele foi enterrado em uma pequena vila escocesa perto de sua igreja favorita, que não fica longe da propriedade de sua família.

Universidade Internacional da Natureza, Sociedade e Humanidade "Dubna"
Departamento de Desenvolvimento Inovador Sustentável
TRABALHO DE PESQUISA

sobre o tema:

"Contribuições para a Ciência por James Clerk Maxwell"

Concluído por: Pleshkova A.V., gr. 5103

Verificado por: Bolshakov B.E.

Dubna, 2007

As fórmulas a que chegamos devem ser tais que um representante de qualquer nação, substituindo valores numéricos de quantidades medidas em suas unidades nacionais em vez de símbolos, obtenha o resultado correto.

JC Maxwell

Biografia 5

Descobertas de J. C. Maxwell 8

Edimburgo. 1831-1850 8

Infância e anos escolares 8

Primeira abertura 9

Universidade de Edimburgo 9

Pesquisa óptico-mecânica 9

1850-1856Cambridge 10

Aulas de eletricidade 10

Aberdeen 1856-1860 12

Tratado sobre os Anéis de Saturno 12

Londres - Glenlair 1860-1871 13

Primeira fotografia colorida 13

Teoria da probabilidade 14

Maxwell Mecânico Modelo 14

Ondas eletromagnéticas e teoria eletromagnética da luz 15

Cambridge 1871-1879 16

Laboratório Cavendish 16

Reconhecimento mundial 17

Dimensão 18

Lei de Conservação de Energia 22

Lista de literatura usada 23

Introdução

Hoje, as opiniões de J. C. Maxwell, um dos maiores físicos do passado, cujo nome está associado a conquistas científicas fundamentais que fazem parte do fundo dourado da ciência moderna, são de considerável interesse. Maxwell é interessante para nós como um notável metodologista e historiador da ciência, que compreendeu profundamente a complexidade e a inconsistência do processo de pesquisa científica. Analisando a relação entre teoria e realidade, Maxwell exclamou chocado: “Mas quem me levará à região nebulosa ainda mais oculta onde o Pensamento se combina com o Fato, onde vemos o trabalho mental do matemático e a ação física das moléculas em seu proporções verdadeiras? O caminho para eles não passa pelo próprio covil dos metafísicos, repleto de restos de exploradores anteriores e instilando horror em todos os homens da ciência? baseando-nos na visão inata das nossas mentes, aproximamo-nos delas preparados pela adaptação a longo prazo da nossa maneira de pensar aos factos da natureza externa.” (James Clerk Maxwell. Artigos e discursos. M., “Ciência”, 1968. P.5).

Biografia

Nasceu na família de um nobre escocês de uma nobre família de escriturários. Ele estudou primeiro em Edimburgo (1847-1850) e depois nas universidades de Cambridge (1850-1854). Em 1855 tornou-se membro do conselho do Trinity College, em 1856-1860. foi professor no Marischal College, Universidade de Aberdeen, e a partir de 1860 chefiou o departamento de física e astronomia do King's College, Universidade de Londres. Em 1865, devido a uma doença grave, Maxwell renunciou ao cargo e se estabeleceu na propriedade de sua família em Glenlare, perto de Edimburgo. Ele continuou a estudar ciências e escreveu vários ensaios sobre física e matemática. Em 1871 assumiu a cátedra de física experimental na Universidade de Cambridge. Ele organizou um laboratório de pesquisa, inaugurado em 16 de junho de 1874 e denominado Cavendish em homenagem a G. Cavendish.

Maxwell completou seu primeiro trabalho científico ainda na escola, inventando uma maneira simples de desenhar formas ovais. Este trabalho foi relatado numa reunião da Royal Society e até publicado nos seus Proceedings. Enquanto membro do Conselho do Trinity College, ele esteve envolvido em experimentos sobre a teoria das cores, atuando como um continuador da teoria de Jung e da teoria das três cores primárias de Helmholtz. Em experimentos de mistura de cores, Maxwell utilizou um topo especial, cujo disco foi dividido em setores pintados em cores diferentes (disco de Maxwell). Quando o topo girava rapidamente, as cores se fundiam: se o disco fosse pintado da mesma forma que as cores do espectro, ele aparecia branco; se metade fosse pintada de vermelho e a outra metade de amarelo, parecia laranja; misturar azul e amarelo criou a impressão de verde. Em 1860, Maxwell recebeu a Medalha Rumford por seu trabalho em percepção de cores e óptica.

Em 1857, a Universidade de Cambridge anunciou um concurso para o melhor artigo sobre a estabilidade dos anéis de Saturno. Estas formações foram descobertas por Galileu no início do século XVII. e apresentou um incrível mistério da natureza: o planeta parecia cercado por três anéis concêntricos contínuos, constituídos por uma substância de natureza desconhecida. Laplace provou que eles não podem ser sólidos. Depois de realizar uma análise matemática, Maxwell convenceu-se de que eles não poderiam ser líquidos e chegou à conclusão de que tal estrutura só poderia ser estável se consistisse em um enxame de meteoritos não relacionados. A estabilidade dos anéis é garantida pela atração por Saturno e pelo movimento mútuo do planeta e dos meteoritos. Por este trabalho, Maxwell recebeu o Prêmio J. Adams.

Um dos primeiros trabalhos de Maxwell foi sua teoria cinética dos gases. Em 1859, o cientista apresentou um relatório em uma reunião da Associação Britânica em que apresentou a distribuição das moléculas por velocidade (distribuição Maxwelliana). Maxwell desenvolveu as ideias de seu antecessor no desenvolvimento da teoria cinética dos gases por R. Clausius, que introduziu o conceito de “caminho livre médio”. Maxwell partiu da ideia de um gás como um conjunto de muitas bolas idealmente elásticas movendo-se caoticamente em um espaço fechado. As bolas (moléculas) podem ser divididas em grupos de acordo com a velocidade, enquanto no estado estacionário o número de moléculas em cada grupo permanece constante, embora possam sair e entrar nos grupos. Desta consideração seguiu-se que “as partículas são distribuídas por velocidade de acordo com a mesma lei segundo a qual os erros observacionais são distribuídos na teoria do método dos mínimos quadrados, isto é, de acordo com a estatística gaussiana”. Como parte de sua teoria, Maxwell explicou a lei de Avogadro, difusão, condutividade térmica, atrito interno (teoria da transferência). Em 1867 ele mostrou a natureza estatística da segunda lei da termodinâmica (“demônio de Maxwell”).

Em 1831, ano em que Maxwell nasceu, M. Faraday realizou experimentos clássicos que o levaram à descoberta da indução eletromagnética. Maxwell começou a estudar eletricidade e magnetismo cerca de 20 anos depois, quando havia duas visões sobre a natureza dos efeitos elétricos e magnéticos. Cientistas como A. M. Ampere e F. Neumann aderiram ao conceito de ação de longo alcance, vendo as forças eletromagnéticas como análogas à atração gravitacional entre duas massas. Faraday foi um defensor da ideia de linhas de força que conectam cargas elétricas positivas e negativas ou os pólos norte e sul de um ímã. Linhas de força preenchem todo o espaço circundante (campo, na terminologia de Faraday) e determinam interações elétricas e magnéticas. Seguindo Faraday, Maxwell desenvolveu um modelo hidrodinâmico de linhas de força e expressou as então conhecidas relações da eletrodinâmica em uma linguagem matemática correspondente aos modelos mecânicos de Faraday. Os principais resultados desta pesquisa estão refletidos na obra “Linhas de Força de Faraday” (Faraday’s Lines of Force, 1857). Em 1860-1865 Maxwell criou a teoria do campo eletromagnético, que formulou na forma de um sistema de equações (equações de Maxwell) descrevendo as leis básicas dos fenômenos eletromagnéticos: a 1ª equação expressava a indução eletromagnética de Faraday; 2º - indução magnetoelétrica, descoberta por Maxwell e baseada em ideias sobre correntes de deslocamento; 3º - a lei da conservação da energia elétrica; 4º - natureza vórtice do campo magnético.

Continuando a desenvolver essas ideias, Maxwell chegou à conclusão de que quaisquer alterações nos campos elétricos e magnéticos devem causar alterações nas linhas de força que penetram no espaço circundante, ou seja, deve haver pulsos (ou ondas) se propagando no meio. A velocidade de propagação dessas ondas (perturbação eletromagnética) depende da permeabilidade dielétrica e magnética do meio e é igual à razão entre a unidade eletromagnética e a eletrostática. Segundo Maxwell e outros pesquisadores, essa proporção é de 3x1010 cm/s, o que se aproxima da velocidade da luz medida sete anos antes pelo físico francês A. Fizeau. Em outubro de 1861, Maxwell informou Faraday de sua descoberta: a luz é uma perturbação eletromagnética que se propaga em um meio não condutor, ou seja, uma espécie de onda eletromagnética. Esta etapa final da pesquisa está delineada na obra de Maxwell “A Teoria Dinâmica do Campo Eletromagnético” (Tratado sobre Eletricidade e Magnetismo, 1864), e o resultado de seu trabalho sobre eletrodinâmica foi resumido no famoso “Tratado sobre Eletricidade e Magnetismo”. . (1873)

Nos últimos anos de sua vida, Maxwell se dedicou à preparação para impressão e publicação da herança manuscrita de Cavendish. Dois grandes volumes foram publicados em outubro de 1879.

Descobertas de JC Maxwell

Edimburgo. 1831-1850

Infância e anos escolares

Em 13 de junho de 1831, em Edimburgo, no número 14 da India Street, Frances Kay, filha de um juiz de Edimburgo, após seu casamento com a Sra. Clerk Maxwell, deu à luz um filho, James. Neste dia nada de significativo aconteceu em todo o mundo, o acontecimento principal de 1831 ainda não havia acontecido. Mas durante onze anos o brilhante Faraday vem tentando compreender os segredos do eletromagnetismo, e só agora, no verão de 1831, ele captou o rastro da indescritível indução eletromagnética, e James terá apenas quatro meses quando Faraday resumir seu experimento “para obter eletricidade a partir do magnetismo”. E assim abrirá uma nova era – a era da eletricidade. A era em que o pequeno James, um descendente das gloriosas famílias dos Scottish Clerks e Maxwells, viverá e criará.

O pai de James, John Clerk Maxwell, advogado de profissão, odiava a lei e não gostava, como ele mesmo disse, de "advocacia suja". Sempre que surgia a oportunidade, John parava de se arrastar interminavelmente pelos vestíbulos de mármore da corte de Edimburgo e se dedicava a experimentos científicos, o que fazia de maneira casual e amadora. Ele era um amador, tinha consciência disso e levou a sério. John estava apaixonado pela ciência, pelos cientistas, pelas pessoas práticas, pelo seu erudito avô George. Foram as tentativas de construção de foles, realizadas em conjunto com seu irmão Frances Kay, que o aproximaram de sua futura esposa; o casamento ocorreu em 4 de outubro de 1826. O fole nunca funcionou, mas nasceu um filho, James.

Quando James tinha oito anos, sua mãe morreu e ele foi deixado para morar com seu pai. Sua infância foi repleta de natureza, comunicação com o pai, livros, histórias de parentes, “brinquedos científicos” e suas primeiras “descobertas”. A família de James estava preocupada porque ele não estava recebendo uma educação sistemática: leitura aleatória de tudo na casa, aulas de astronomia na varanda da casa e na sala, onde James e seu pai construíram um “globo celestial”. Depois de uma tentativa frustrada de estudar com um professor particular, de quem James frequentemente fugia para atividades mais emocionantes, decidiu-se mandá-lo estudar em Edimburgo.

Apesar de ter sido educado em casa, James atendeu aos altos padrões da Academia de Edimburgo e foi matriculado lá em novembro de 1841. Seu desempenho em sala de aula estava longe de ser estelar. Ele poderia facilmente executar melhor as tarefas, mas o espírito de competição em atividades desagradáveis ​​era profundamente estranho para ele. Depois do primeiro dia de aula, ele não se dava bem com os colegas e, por isso, mais do que tudo, James adorava ficar sozinho e olhar os objetos ao seu redor. Um dos eventos mais brilhantes, que sem dúvida alegrou os monótonos dias escolares, foi uma visita com meu pai à Royal Society de Edimburgo, onde foram exibidas as primeiras “máquinas eletromagnéticas”.

A Royal Society of Edinburgh mudou a vida de James: foi lá que ele recebeu os primeiros conceitos de pirâmide, cubo e outros poliedros regulares. A perfeição da simetria e as transformações naturais dos corpos geométricos mudaram o conceito de aprendizagem de James - ele viu na aprendizagem um grão de beleza e perfeição. Quando chegou a hora dos exames, os alunos da academia ficaram maravilhados - os “tolos”, como chamavam Maxwell, foram um dos primeiros.

Primeira descoberta

Se antes seu pai ocasionalmente levava James para seu entretenimento favorito - reuniões da Royal Society of Edinburgh, agora as visitas a esta sociedade, bem como à Sociedade de Artes de Edimburgo, junto com James, tornaram-se regulares e obrigatórias para ele. Nas reuniões da Sociedade de Artes, o orador mais famoso e que atraiu multidões foi o Sr. Ei, artista decorativo. Foram suas palestras que levaram James a fazer sua primeira grande descoberta - uma ferramenta simples para desenhar ovais. James encontrou um método original e ao mesmo tempo muito simples e, o mais importante, completamente novo. Ele descreveu o princípio do seu método num pequeno “artigo”, que foi lido na Royal Society of Edinburgh – uma honra que muitos buscaram, mas que foi concedida a um estudante de quatorze anos.

Universidade de Edimburgo

Pesquisa óptico-mecânica

Em 1847, terminaram os estudos na Academia de Edimburgo, James foi um dos primeiros, as queixas e preocupações dos primeiros anos foram esquecidas.

Depois de se formar na academia, James entra na Universidade de Edimburgo. Ao mesmo tempo, ele começou a se interessar seriamente pela pesquisa óptica. As declarações de Brewster levaram James à ideia de que o estudo da trajetória dos raios poderia ser usado para determinar a elasticidade de um meio em diferentes direções, para detectar tensões em materiais transparentes. Assim, o estudo das tensões mecânicas pode ser reduzido a um estudo óptico. Dois feixes, separados por um material tenso e transparente, irão interagir, dando origem a imagens coloridas características. James mostrou que as pinturas coloridas são de natureza completamente natural e podem ser usadas para cálculos, para verificar fórmulas derivadas anteriormente e para derivar novas. Descobriu-se que algumas fórmulas estão incorretas, ou imprecisas, ou precisam de alterações.

A Figura 1 é uma imagem de tensões em um triângulo de estela obtido por James usando luz polarizada.

Além disso, James foi capaz de descobrir padrões em casos onde antes nada podia ser feito devido a dificuldades matemáticas. Um triângulo transparente e carregado de vidro não temperado (Fig. 1) deu a James a oportunidade de estudar tensões neste caso calculável.

James Clerk Maxwell, de dezenove anos, subiu ao pódio da Royal Society de Edimburgo pela primeira vez. O seu relatório não poderia passar despercebido: continha muitas coisas novas e originais.

1850-1856 Cambridge

Aulas de eletricidade

Agora ninguém questionava o talento de James. Ele havia claramente superado a Universidade de Edimburgo e, portanto, ingressou em Cambridge no outono de 1850. Em janeiro de 1854, James formou-se com louvor na universidade com um diploma de bacharel. Ele decide ficar em Cambridge para se preparar para ser professor. Agora que não precisa se preparar para os exames, ele tem a tão esperada oportunidade de dedicar todo o seu tempo a experimentos e continuar suas pesquisas na área de óptica. Ele está especialmente interessado na questão das cores primárias. O primeiro artigo de Maxwell chamava-se "A teoria das cores em conexão com o daltonismo" e não era nem um artigo, mas uma carta. Maxwell a enviou ao Dr. Wilson, que achou a carta tão interessante que cuidou de sua publicação: colocou-a na íntegra em seu livro sobre daltonismo. E ainda assim James é inconscientemente atraído por segredos mais profundos, coisas muito menos óbvias do que a mistura de cores. Foi a eletricidade, devido à sua intrigante incompreensibilidade, que inevitavelmente, mais cedo ou mais tarde, teve de atrair a energia da sua jovem mente. James aceitou os princípios fundamentais da eletricidade sob tensão com bastante facilidade. Tendo estudado a teoria da ação de longo alcance de Ampere, ele, apesar de sua aparente irrefutabilidade, permitiu-se duvidar dela. A teoria da ação de longo alcance parecia indubitavelmente correta, porque foi confirmado pela semelhança formal de leis e expressões matemáticas para fenômenos aparentemente diferentes - interação gravitacional e elétrica. Mas esta teoria, mais matemática do que física, não convenceu James; ele estava cada vez mais inclinado à percepção de Faraday da ação através de linhas magnéticas de força que preenchem o espaço, à teoria da ação de curto alcance.

Tentando criar uma teoria, Maxwell decidiu usar o método de analogias físicas para pesquisa. Em primeiro lugar, era necessário encontrar a analogia certa. Maxwell sempre admirou a então única analogia existente entre as questões de atração de corpos eletricamente carregados e as questões de transferência de calor em estado estacionário. James gradualmente construiu isso, bem como as ideias de Faraday sobre ação de curto alcance e a ação magnética de condutores fechados de Ampere, em uma nova teoria, inesperada e ousada.

Em Cambridge, James é designado para ministrar os capítulos mais difíceis dos cursos de hidrostática e óptica aos alunos mais capazes. Além disso, ele se distraiu das teorias elétricas ao trabalhar em um livro sobre óptica. Maxwell logo chega à conclusão de que a óptica não o interessa mais como antes, mas apenas o distrai do estudo dos fenômenos eletromagnéticos.

Continuando a procurar uma analogia, James compara as linhas de força com o fluxo de algum fluido incompressível. A teoria dos tubos da hidrodinâmica permitiu substituir as linhas de força por tubos de força, o que explicou facilmente o experimento de Faraday. Os conceitos de resistência, os fenômenos da eletrostática, magnetostática e corrente elétrica se enquadram fácil e simplesmente na estrutura da teoria de Maxwell. Mas esta teoria ainda não se enquadrava no fenômeno da indução eletromagnética descoberto por Faraday.

James teve que abandonar sua teoria por algum tempo devido à deterioração do estado de seu pai, que exigia cuidados. Quando James retornou a Cambridge após a morte de seu pai, ele não conseguiu obter um mestrado superior devido à sua religião. Portanto, em outubro de 1856, James Maxwell assumiu a presidência em Aberdeen.

Aberdeen 1856-1860

Tratado sobre os Anéis de Saturno

Foi em Aberdeen que foi escrito o primeiro trabalho sobre eletricidade - o artigo "Sobre as Linhas de Força de Faraday", que levou a uma troca de opiniões sobre fenômenos eletromagnéticos com o próprio Faraday.

Quando James começou seus estudos em Aberdeen, um novo problema já havia amadurecido em sua cabeça, que ninguém conseguia resolver ainda, um novo fenômeno que precisava ser explicado. Estes eram os anéis de Saturno. Determinar a sua natureza física, determiná-los a milhões de quilómetros de distância, sem quaisquer instrumentos, usando apenas papel e caneta, era uma tarefa como se fosse dele. A hipótese de um anel sólido e rígido desapareceu imediatamente. O anel líquido se desintegraria sob a influência das ondas gigantes que nele surgiram - e como resultado, segundo James Clerk Maxwell, provavelmente haveria uma série de pequenos satélites pairando ao redor de Saturno - “fragmentos de tijolo”, em sua percepção . Por seu tratado sobre os anéis de Saturno, James recebeu o Prêmio Adams em 1857, e ele próprio é reconhecido como um dos físicos teóricos ingleses de maior autoridade.

Fig.2 Saturno. Fotografia tirada com o refrator de 36 polegadas no Observatório Lick.

Fig.3 Modelos mecânicos que ilustram o movimento dos anéis de Saturno. Desenhos do ensaio de Maxwell “Sobre a estabilidade da rotação dos anéis de Saturno”

Londres – Glenlair 1860-1871

Primeira fotografia colorida

Em 1860, começou uma nova etapa na vida de Maxwell. Ele foi nomeado professor de filosofia natural no King's College, em Londres. O King's College estava à frente de muitas universidades do mundo em termos de equipamentos de seus laboratórios de física. Aqui Maxwell não está apenas em 1864-1865. ministrou um curso de física aplicada, aqui tentou organizar o processo educacional de uma nova forma. Os alunos aprenderam através da experimentação. Em Londres, James Clerk Maxwell provou pela primeira vez os frutos do seu reconhecimento como um grande cientista. Por sua pesquisa sobre mistura de cores e óptica, a Royal Society concedeu a Maxwell a Medalha Rumford. Em 17 de maio de 1861, Maxwell recebeu a grande honra de proferir uma palestra perante a Royal Institution. O tema da palestra é “Sobre a teoria das três cores primárias”. Nesta palestra, como prova desta teoria, a fotografia colorida foi demonstrada ao mundo pela primeira vez!

Teoria da probabilidade

No final do período de Aberdeen e no início do período de Londres, Maxwell desenvolveu, juntamente com a óptica e a eletricidade, um novo hobby - a teoria dos gases. Trabalhando nesta teoria, Maxwell introduz na física conceitos como “provavelmente”, “este evento pode ocorrer com maior grau de probabilidade”.

Ocorrera uma revolução na física, e muitos dos que ouviram os relatórios de Maxwell nas reuniões anuais da Associação Britânica nem sequer perceberam. Por outro lado, Maxwell aproximou-se dos limites da compreensão mecânica da matéria. E ele passou por cima deles. A conclusão de Maxwell sobre o domínio das leis da teoria das probabilidades no mundo das moléculas afetou os fundamentos mais fundamentais de sua visão de mundo. A declaração de que no mundo das moléculas “o acaso reina” foi, em sua ousadia, um dos maiores feitos da ciência.

Modelo mecânico de Maxwell

O trabalho no King's College exigia muito mais tempo do que em Aberdeen - o curso de palestras durava nove meses por ano. No entanto, neste momento, James Clerk Maxwell, de trinta anos, está esboçando um plano para seu futuro livro sobre eletricidade. Este é o embrião do futuro Tratado. Ele dedica seus primeiros capítulos aos seus antecessores: Oersted, Ampere, Faraday. Tentando explicar a teoria das linhas de força de Faraday, a indução de correntes elétricas e a teoria de Oersted da natureza vórtice dos fenômenos magnéticos, Maxwell cria seu próprio modelo mecânico (Fig. 5).

O modelo consistia em fileiras de vórtices moleculares girando em uma direção, entre os quais foi colocada uma camada de minúsculas partículas esféricas capazes de rotação. Apesar de sua complexidade, o modelo explicou muitos fenômenos eletromagnéticos, incluindo a indução eletromagnética. A natureza sensacional do modelo foi que ele explicou a teoria da ação de um campo magnético perpendicular à direção da corrente, formulada por Maxwell (“a regra do gimlet”).

Fig. 4 Maxwell elimina a interação dos vórtices vizinhos A e B girando em uma direção, introduzindo “engrenagens intermediárias” entre eles

Fig.5 Modelo mecânico de Maxwell para explicar fenômenos eletromagnéticos.

Ondas eletromagnéticas e teoria eletromagnética da luz

Continuando seus experimentos com eletroímãs, Maxwell aproximou-se da teoria de que qualquer mudança na força elétrica e magnética envia ondas que se propagam pelo espaço.

Após uma série de artigos “On Physical Lines”, Maxwell já tinha, de fato, todo o material para construir uma nova teoria do eletromagnetismo. Agora, para a teoria do campo eletromagnético. As engrenagens e vórtices desapareceram completamente. Para Maxwell, as equações de campo não eram menos reais e tangíveis que os resultados dos experimentos de laboratório. Agora, tanto a indução eletromagnética de Faraday quanto a corrente de deslocamento de Maxwell foram derivadas não usando modelos mecânicos, mas usando operações matemáticas.

Segundo Faraday, uma mudança no campo magnético leva ao aparecimento de um campo elétrico. Uma onda no campo magnético causa uma onda no campo elétrico.

A explosão de uma onda elétrica dá origem à explosão de uma onda magnética. Assim, pela primeira vez, da pena de um profeta de trinta e três anos, as ondas eletromagnéticas apareceram em 1864, mas ainda não na forma como as entendemos agora. Maxwell falou apenas sobre ondas magnéticas em um artigo de 1864. Uma onda eletromagnética no sentido pleno da palavra, incluindo perturbações elétricas e magnéticas, apareceu mais tarde no artigo de Maxwell em 1868.

Em outro artigo de Maxwell, “A Teoria Dinâmica do Campo Eletromagnético”, a teoria eletromagnética da luz anteriormente delineada adquiriu contornos e evidências claras. Com base em sua própria pesquisa e na experiência de outros cientistas (principalmente Faraday), Maxwell conclui que as propriedades ópticas de um meio estão relacionadas às suas propriedades eletromagnéticas, e a luz nada mais é do que ondas eletromagnéticas.

Em 1865, Maxwell decide deixar o King's College. Estabelece-se na propriedade de sua família, Glenmeir, onde estuda as principais obras de sua vida - “A Teoria do Calor” e “Tratado sobre Eletricidade e Magnetismo”. Dedico todo o meu tempo a eles. Foram os anos de eremitério, anos de total desapego da vaidade, servindo apenas à ciência, os anos mais fecundos, brilhantes e criativos. No entanto, Maxwell é novamente atraído para trabalhar na universidade e aceita a oferta que lhe foi feita pela Universidade de Cambridge.

Cambridge 1871-1879

Laboratório Cavendish

Em 1870, o Duque de Devonshire anunciou ao Senado Universitário o seu desejo de construir e equipar um laboratório de física. E seria chefiado por um cientista mundialmente famoso. Este cientista foi James Clerk Maxwell. Em 1871, ele começou a trabalhar no equipamento do famoso Laboratório Cavendish. Durante esses anos, seu “Tratado sobre Eletricidade e Magnetismo” foi finalmente publicado. Mais de mil páginas, onde Maxwell dá uma descrição de experimentos científicos, uma visão geral de todas as teorias de eletricidade e magnetismo criadas até agora, bem como as “Equações Básicas do Campo Eletromagnético”. Em geral, na Inglaterra eles não aceitaram as ideias principais do Tratado; mesmo os seus amigos não o compreenderam. As ideias de Maxwell foram adotadas pelos jovens. A teoria de Maxwell causou grande impressão nos cientistas russos. Todos conhecem o papel de Umov, Stoletov, Lebedev no desenvolvimento e fortalecimento da teoria de Maxwell.

16 de junho de 1874 é o dia da inauguração do Laboratório Cavendish. Os anos seguintes foram marcados por um reconhecimento crescente.

Reconhecimento mundial

Em 1870, Maxwell foi eleito doutor honorário em letras da Universidade de Edimburgo, em 1874 - membro honorário estrangeiro da Academia Americana de Artes e Ciências em Boston, em 1875 - membro da Sociedade Filosófica Americana na Filadélfia, e também tornou-se membro honorário das academias de Nova Iorque, Amsterdã, Viena. Nos cinco anos seguintes, Maxwell passou os cinco anos seguintes editando e preparando para publicação vinte conjuntos de manuscritos de Henry Cavendish.

Em 1877, Maxwell sentiu os primeiros sinais de doença e em maio de 1879 deu sua última palestra aos seus alunos.

Dimensão

No seu famoso tratado sobre eletricidade e magnetismo (ver Moscou, Nauka, 1989), Maxwell abordou o problema da dimensão das quantidades físicas e lançou as bases do seu sistema cinético. A peculiaridade deste sistema é a presença nele de apenas dois parâmetros: comprimento L e tempo T. Todas as quantidades conhecidas (e hoje desconhecidas!) São representadas nele como potências inteiras de L e T. Indicadores fracionários que aparecem nas fórmulas de dimensões de outros sistemas, desprovidos de conteúdo físico e não há significado lógico neste sistema.

De acordo com os requisitos de J. Maxwell, A. Poincaré, N. Bohr, A. Einstein, V. I. Vernadsky, R. Bartini uma quantidade física é universal se e somente se sua conexão com o espaço e o tempo for clarameu. E, no entanto, até o tratado “Sobre Eletricidade e Magnetismo” de J. Maxwell (1873), a conexão entre a dimensão da massa e o comprimento e o tempo não foi estabelecida.

Como a dimensão da massa foi introduzida por Maxwell (juntamente com a notação em forma de colchetes), nos permitimos citar um trecho da obra do próprio Maxwell: “Qualquer expressão para qualquer quantidade consiste em dois fatores ou componentes. Um deles é o nome de alguma quantidade conhecida do mesmo tipo que a quantidade que estamos expressando. Ela é tida como padrão de referência. O outro componente é um número que indica quantas vezes o padrão deve ser aplicado para obter o valor requerido. A quantidade padrão de referência é chamada e unidade, e o número correspondente é h e significado verbal deste valor."

“SOBRE MEDIÇÃO DE VALORES”

1. Qualquer expressão para qualquer quantidade consiste em dois fatores ou componentes. Um deles é o nome de alguma quantidade conhecida do mesmo tipo que a quantidade que estamos expressando. Ela é tida como padrão de referência. O outro componente é um número que indica quantas vezes o padrão deve ser aplicado para obter o valor requerido. O valor padrão de referência é chamado em tecnologia Unidade, e o número correspondente é numérico Significado deste valor.

2. Ao construir um sistema matemático, consideramos as unidades básicas - comprimento, tempo e massa - como dadas, e derivamos delas todas as unidades derivadas usando as definições mais simples aceitáveis.

Portanto, em todas as investigações científicas é muito importante utilizar unidades pertencentes a um sistema devidamente definido, bem como conhecer as suas relações com as unidades básicas para poder traduzir imediatamente os resultados de um sistema para outro.

O conhecimento das dimensões das unidades nos fornece um método de verificação que deve ser aplicado às equações obtidas como resultado de pesquisas de longo prazo.

A dimensão de cada um dos termos da equação relativa a cada uma das três unidades básicas deve ser a mesma. Se não for assim, então a equação não tem sentido, contém algum tipo de erro, pois sua interpretação acaba sendo diferente e depende do sistema arbitrário de unidades que aceitamos.

Três unidades básicas:

(1) COMPRIMENTO. O padrão de comprimento utilizado neste país para fins científicos é o pé, que representa um terço da jarda padrão mantida no Tesouro.

Na França e em outros países que adotaram o sistema métrico, o padrão de comprimento é o metro. Teoricamente, este é um décimo milionésimo do comprimento do meridiano da Terra, medido do pólo ao equador; na prática, este é o comprimento do padrão guardado em Paris, feito por Borda de tal forma que à temperatura de fusão do gelo corresponde ao valor do comprimento do meridiano obtido por d'Alembert. As medições que refletem medições novas e mais precisas da Terra não são inseridas no medidor; pelo contrário, o próprio arco meridiano é calculado nos medidores originais.

Na astronomia, a unidade de comprimento às vezes é considerada a distância média da Terra ao Sol.

No estado atual da ciência, o padrão de comprimento mais universal que poderia ser proposto seria o comprimento de onda da luz de um certo tipo emitido por alguma substância difundida (por exemplo, o sódio), que possui linhas claramente identificáveis ​​em seu espectro. Tal padrão seria independente de qualquer mudança no tamanho da Terra, e deveria ser adotado por aqueles que esperam que os seus escritos se mostrem mais duráveis ​​do que este corpo celeste.

Ao trabalhar com dimensões unitárias, denotaremos a unidade de comprimento como [ eu]. Se o valor numérico do comprimento for l, então este é entendido como um valor expresso através de uma determinada unidade [ eu], de modo que todo o comprimento verdadeiro seja representado como l [ eu].

(2) TEMPO. Em todos os países civilizados, a unidade padrão de tempo é derivada do período de revolução da Terra em torno do seu eixo. O dia sideral, ou verdadeiro período de revolução da Terra, pode ser estabelecido com grande precisão por observações astronômicas comuns, e o dia solar médio pode ser calculado a partir do dia sideral graças ao nosso conhecimento da duração do ano.

O segundo do tempo solar médio é adotado como unidade de tempo em todos os estudos físicos.

Na astronomia, a unidade de tempo às vezes é considerada um ano. Uma unidade de tempo mais universal poderia ser estabelecida tomando-se o período de oscilação daquela mesma luz cujo comprimento de onda é igual a uma unidade de comprimento.

Iremos nos referir a uma unidade de tempo específica como [ T], e a medida numérica do tempo é denotada por t.

(3) MASSA. No nosso país, a unidade padrão de massa é a libra comercial de referência (avoirdupois libra), mantida no Tesouro. Freqüentemente usado como unidade, um grão equivale a um 7.000 avos de libra.

No sistema métrico, a unidade de massa é o grama; teoricamente, esta é a massa de um centímetro cúbico de água destilada em valores padrão de temperatura e pressão e, na prática, é um milésimo do quilograma padrão armazenado em Paris*.

Mas se, como é feito no sistema francês, uma determinada substância, nomeadamente a água, é tomada como padrão de densidade, então a unidade de massa deixa de ser independente, mas muda como uma unidade de volume, ou seja, Como [ eu 3]. Se, como no sistema astronômico, a unidade de massa é expressa através da força de sua atração, então a dimensão [ M] acaba sendo [ eu 3 T-2]".

Maxwell mostra que a massa pode ser excluída do número de grandezas dimensionais básicas. Isto é conseguido através de duas definições do conceito “poder”:

1) e 2).

Igualando essas duas expressões e considerando a constante gravitacional como uma quantidade adimensional, Maxwell obtém:

, [M] = [eu 3 T 2 ].

A massa acabou sendo uma quantidade de espaço-tempo. Suas dimensões: volume com aceleração angular(ou densidade tendo a mesma dimensão).

A quantidade de massa começou a satisfazer a exigência de universalidade. Tornou-se possível expressar todas as outras grandezas físicas em unidades de medida de espaço-tempo.

Em 1965, o artigo “Sistema cinemático de quantidades físicas” de R. Bartini foi publicado na revista “Relatórios da Academia de Ciências da URSS” (nº 4). Esses resultados têm valor excepcional para o problema em discussão.

Lei de Conservação de Energia

Lagrange, 1789; Maxwell, 1855.

Em geral, a lei da conservação da potência é escrita como a invariância da magnitude da potência:

Da equação de potência totalN = P + G segue-se que a potência útil e a potência de perda são projetivamente inversas e, portanto, qualquer mudança na energia livre compensado por mudanças nas perdas de energia sob controle total de potência .

A conclusão obtida permite apresentar a lei da conservação da potência na forma de uma equação escalar:

Onde .

A mudança no fluxo ativo é compensada pela diferença entre perdas e ganhos no sistema.

Assim, o mecanismo de um sistema aberto remove as restrições de fechamento e, assim, oferece a oportunidade para maior movimento do sistema. No entanto, este mecanismo não mostra possíveis direções de movimento - a evolução dos sistemas. Portanto, deve ser complementado pelos mecanismos de sistemas evolutivos e não evolutivos ou de desequilíbrio e equilíbrio.

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(1831-1879) Físico inglês, criador da teoria do campo eletromagnético

James Clerk Maxwell nasceu em 1831 em uma rica família nobre, pertencente à nobre e antiga família escocesa de Clerks. Seu pai, John Clerk, que adotou o sobrenome Maxwell, era advogado. Tinha grande interesse pela história natural, era um homem de interesses culturais variados, viajante, inventor e cientista. James passou a infância em Glenlare, uma área pitoresca localizada a poucos quilômetros do Mar da Irlanda.

James adorava refazer as coisas, melhorando seu design, remendando, desenhando e sabia tricotar e bordar. Sua curiosidade natural e propensão à reflexão solitária foram plenamente compreendidas por sua família e especialmente por seu pai. James carregou a amizade com o pai por toda a vida e, já adulto, dirá que a maior sorte da vida é ter pais gentis e sábios. O menino perdeu a mãe cedo: em 1839, ela morreu sem passar por uma grande operação.

Em 1841, aos 10 anos, James ingressou na Academia de Edimburgo, uma instituição de ensino secundário semelhante a um ginásio clássico. Até a quinta série estudou sem muito interesse e adoeceu muito. Na quinta série, o menino se interessou por geometria, começou a fazer maquetes de corpos geométricos e a criar seus próprios métodos de resolução de problemas. Em 1846, quando ainda não tinha 15 anos, escreveu o seu primeiro trabalho científico - “Sobre o desenho de ovais e sobre ovais com muitos focos”, que mais tarde foi publicado nos anais da Royal Society of Edinburgh. Este trabalho juvenil abre uma coleção de dois volumes de artigos científicos de Maxwell.

Em 1847, sem terminar o ensino médio, ingressou na Universidade de Edimburgo. Nessa época, James se interessou por experimentos em óptica, química, magnetismo e fez muita física e matemática. Em 1850, ele apresentou um artigo aos membros da Royal Society, “Sobre o equilíbrio de corpos elásticos”, no qual provou um teorema bem conhecido chamado “teorema de Maxwell”.

Em 1850, James foi transferido para a Universidade de Cambridge, para o famoso Trinity College, onde Isaac Newton estudou. Um papel importante na formação da visão de mundo científica do jovem foi desempenhado por sua comunicação com cientistas universitários, principalmente com George Stokes e William Thomson (Kelvin). O estudo meticuloso do trabalho de Michael Faraday sobre eletricidade apontou o caminho para sua própria pesquisa futura.

Em 1854, Maxwell se formou na Universidade de Cambridge, recebendo seu segundo prêmio - o Prêmio Smith, concedido pela vitória no exame de matemática mais difícil. Ele perdeu o primeiro prêmio para Routh, um futuro famoso mecânico e matemático. Imediatamente após a formatura, ele iniciou sua carreira docente no Trinity College. Maxwell dá palestras sobre hidráulica e óptica e realiza pesquisas sobre teoria das cores. Em 1855, ele enviou um relatório “Experimentos sobre Cores” à Royal Society de Edimburgo e desenvolveu a teoria da visão das cores. Como testemunharam os contemporâneos, James Maxwell não era um professor brilhante, mas tratava suas responsabilidades docentes com muita consciência. Sua verdadeira paixão era a pesquisa científica.

Por esta altura, o seu interesse pelos problemas da eletricidade e do magnetismo já tinha despertado, e em 1855-1856 completou o seu primeiro trabalho nesta área - “Sobre as linhas de força de Faraday”. Já descreve as principais características de seu futuro grande trabalho. Desde 1855, o cientista é membro da Royal Society of Edinburgh.

Em 1856, o professor J. Maxwell foi trabalhar no Departamento de Filosofia Natural da Universidade de Aberdeen, na Escócia, onde permaneceu até 1860. Em 1857, ele enviou seu artigo sobre eletromagnetismo para Michael Faraday, que o comoveu muito. Faraday ficou surpreso com a força do talento do jovem cientista. Nesse período, Maxwell, paralelamente aos problemas do eletromagnetismo, dedicou-se à resolução de questões científicas em outras áreas. Ele participa do concurso da Universidade de Cambridge sobre a estabilidade dos anéis de Saturno e submete ao concurso um artigo “Sobre a estabilidade dos anéis de Saturno”, no qual mostra que os anéis não são sólidos nem líquidos, mas são um enxame de meteoritos. Este trabalho foi considerado uma das aplicações notáveis ​​​​da matemática, e o cientista recebeu o Prêmio Adams honorário.

James Maxwell é um dos criadores da teoria cinética dos gases. Em 1859, ele estabeleceu uma lei estatística para a distribuição de moléculas de gás em estado de equilíbrio térmico por velocidade, chamada distribuição de Maxwell.

De 1860 a 1865 Maxwell foi professor de física no King's College, Universidade de Londres. Aqui ele conheceu seu ídolo, Michael Faraday, que já estava velho e doente.

A eleição de J. Maxwell em 1861 como membro da Royal Society de Londres reconheceu a importância dos seus trabalhos científicos, entre os quais se destacam dois importantes artigos sobre eletromagnetismo: “Sobre linhas de força físicas” (1861-1862) e “ Teoria dinâmica do campo eletromagnético” (1864-1865). O último trabalho delineou a teoria do campo eletromagnético, que formulou na forma de um sistema de diversas equações - as equações de Maxwell, expressando todas as leis básicas dos fenômenos eletromagnéticos. Também dá uma ideia da luz como ondas eletromagnéticas.

1 A teoria do campo eletromagnético é a maior conquista científica de James Maxwell; marcou o início de uma nova etapa na física. A maioria dos cientistas apreciou muito a teoria de Maxwell, que se tornou um dos principais físicos do mundo.

Em 1865, ele sofreu um acidente enquanto andava a cavalo. Tendo sofrido uma doença grave, deixou o departamento da Universidade de Londres e mudou-se para sua terra natal, Glenlare, para sua propriedade, onde durante seis anos (até 1871) continuou pesquisas sobre a teoria do eletromagnetismo e do calor. Os resultados de seu trabalho foram publicados em 1871 na obra “A Teoria do Calor”.

Em 1871, às custas do descendente do famoso cientista inglês do século XVIII, Henry Cavendish - Duque de Cavendish - foi criado na Universidade de Cambridge o Departamento de Física Experimental, cujo primeiro professor foi Maxwell. Junto com o departamento, assumiu também o laboratório, cuja construção acabava de ser iniciada sob sua supervisão e liderança. Este foi o futuro famoso Laboratório Cavendish - um centro científico e de pesquisa que mais tarde se tornou famoso em todo o mundo. Em 16 de junho de 1874, ocorreu a inauguração do Laboratório Cavendish, que Maxwell dirigiu até o fim da vida. Posteriormente, foi chefiado por J. Rayleigh, D. D. Gomson, E. Rutherford, W. Bragg.

James Maxwell era um excelente gerente de laboratório e tinha autoridade inquestionável entre os funcionários. Distinguiu-se pela grande simplicidade, gentileza e sinceridade na comunicação com as pessoas, sempre foi íntegro e ativo, apreciou e amou o humor.

Em Cavendish, Maxwell realizou extenso trabalho científico e pedagógico. Em 1873 foi publicado o seu “Tratado sobre Eletricidade e Magnetismo”, resumindo a sua investigação nesta área e tornando-se o auge da sua criatividade científica. Ele dedicou oito anos ao Tratado e dedicou os últimos cinco anos de sua vida ao processamento e publicação das obras inéditas de Henry Cavendish, que deu nome ao laboratório. Maxwell publicou dois grandes volumes das obras de Cavendish com seus comentários em 1879.

Nunca demonstrou egoísmo ou suscetibilidade, não almejou a fama e sempre aceitou com calma as críticas que lhe eram dirigidas. O autocontrole e o autocontrole sempre foram seus companheiros. Mesmo quando ficou gravemente doente e sentiu dores terríveis, ele permaneceu equilibrado e calmo. O cientista enfrentou corajosamente as palavras do médico de que não teria mais que um mês de vida.

James Clerk Maxwell morreu em 5 de novembro de 1879, de câncer, aos 48 anos. O médico que o tratou escreve em suas memórias que James suportou bravamente a doença. Ele estava com uma dor incrível, mas ninguém ao seu redor sabia disso. Até sua morte, ele pensava com clareza e clareza, plenamente consciente de sua morte iminente e mantendo total calma.