James virkailija Maxwell

James virkailija Maxwell James Clerk Maxwellin allekirjoitus

James Clerk Maxwell (syntynyt Kesäkuu 13, 1831 in Edinburgh , †  Marraskuu 5, 1879 in Cambridge ) oli skotlantilainen fyysikko . Hän kehitti yhtälöryhmän ( Maxwellin yhtälöt ), jotka ovat elektrodynamiikan perustekijöitä , erityisesti vuonna 1864 hän ennusti sähkömagneettisten aaltojen olemassaolon , jonka Heinrich Hertz oli ensimmäinen luomaan ja todistamaan vuonna 1886.

Hänen mukaansa nimetty kenttäteoria on yksi 1800 -luvun fysiikan ja matematiikan tärkeimmistä saavutuksista .

Vuonna 1866 hän kehitti kineettisen kaasuteorian, ja siksi häntä pidetään yhtenä tilastomekaniikan perustajista Ludwig Boltzmannin rinnalla , joka myöhemmin työskenteli . Kaasumolekyylien klassinen nopeusjakauma ( Maxwell-Boltzmann-jakauma ) on nimetty molempien mukaan. Hän julkaisi ensimmäisen värivalokuvan todisteena lisäaineiden sekoitusteoriasta vuonna 1861 .

Maxwell oli viimeinen edustaja nuorempi linja tunnettu Scottish perheen kilpailunjohtaja Penicuik . Vuonna 1858 hän avioitui Katherine Mary Dewar, tytär rehtori Marischal College in Aberdeen . Avioliitto jäi lapsettomaksi. Maxwell kuoli mahasyöpään Cambridgessa 48 -vuotiaana .

merkitys

James Clerk Maxwellin syntymäpaikka osoitteessa 14 India Street, Edinburgh

Maxwellia pidetään yleensä 1800 -luvun luonnontieteilijänä, jolla on suurin vaikutus 1900 -luvun fysiikkaan . Hän osallistui luonnon perusmalleihin ja hänet pidettiin sillanrakentajana matematiikan ja fysiikan välillä. Vain muutama vuosi hänen kuolemansa jälkeen James Clerk Maxwellin merkitys luonnontieteille hyväksyttiin maailmanlaajuisesti ilman, kuten usein tapahtui myöhemmin, rajoittuneen hänen sähkömagnetismin tutkimukseensa . Vuonna 1931, Maxwellin syntymäpäivänä, Albert Einstein kuvasi teostaan ​​"syvimmäksi ja hedelmällisimmäksi, jonka fysiikka on löytänyt Newtonin jälkeen ".

Yhdistämällä algebran elementtejä geometria on yksi tärkeimmistä piirteistä työnsä. Maxwell osoitti, että sähköiset ja magneettiset voimat ovat kaksi toisiaan täydentävää sähkömagnetismin ilmiötä. Hän osoitti, että sähkö- ja magneettikentät sähkömagneettisten aaltojen muodossa  voivat liikkua avaruuden läpi vakionopeudella noin 3,10 8 m / s, mikä vastaa tarkasti valon nopeutta . Hän väitti, että valo oli sähkömagneettisen säteilyn muoto.

Maxwell on tiivistänyt aikaisempien sähkömagneettisten ja optisten kokeiden ja havaintojen tulokset matemaattisten yhtälöiden sarjassa. Nämä yhtälöt (samoin kuin Maxwell -jakauma) ovat sittemmin osoittautuneet erittäin hyödyllisiksi fysiikassa. Ne ovat osoittautuneet kaikissa tapauksissa ja ovat tuottaneet uusia sähkömagnetismin ja optiikan lakeja, joista tärkeimmät liittyvät sähkömagneettiseen säteilyyn. Yhtälöt ovat radion ja television kannalta olennaisia, ja niitä voidaan käyttää röntgen-, gammasäteiden, infrapunasäteiden ja muiden säteilymuotojen tutkimiseen.

Elämä

Alkuvuosina

Maxwell Cambridgessa vuonna 1855, ensimmäisten optisten kokeidensa värillinen levy kädessä.

Maxwell syntyi Edinburghin asianajajan John Clerk Maxwellin ainoana lapsena osoitteessa 14 India Street Skotlannin pääkaupungissa Edinburghissa . Maxwellin varhainen kasvatus, johon kuului Raamatun tutkiminen , tuli hänen kristityltä äidiltään. Hän vietti suurimman osan varhaisesta nuoruudestaan Glenlairin perheen kartanolla lähellä Dumfriesia . Maxwellin äiti kuoli, kun hän oli vain kahdeksan vuotta vanha. Maxwell meni myöhemmin Edinburghin akatemiaan. Hänen koulunsa lempinimi oli "Dafty" (Dussel tai eksentrinen). Hän sai sen, koska hän käytti kotitekoisia kenkiä ensimmäisenä koulupäivänä. Vuonna 1845, 14 -vuotiaana, Maxwell kirjoitti paperin, jossa kuvattiin tapa piirtää matemaattiset käyrät merkkijonolla.

Keskivuotta

Vuonna 1847 Maxwell opiskeli Edinburghin yliopistossa ja opiskeli luonnonfilosofiaa, moraalifilosofiaa ja henkistä filosofiaa. Edinburghissa hän opiskeli Sir William Hamiltonin luona . 18 -vuotiaana, vielä opiskelijana Edinburghissa, hän kirjoitti kaksi artikkelia Tinsactions of the Royal Society of Edinburgh , joista yksi, On the Equilibrium of Elastic Solids , muodosti perustan ainutlaatuiselle löydölle myöhemmässä elämässä, leikkausvoimien aiheuttama viskoosisten nesteiden tilapäinen kaksoisjännitys .

Vuonna 1850 Maxwell muutti Cambridgen yliopistoon . Ensin hän ilmoittautui Peterhouseen , mutta meni sitten Trinity Collegeen, koska hän uskoi, että täällä olisi helpompi saada apuraha. Trinity Collegessa hänet valittiin salaiseen yhdistykseen, joka tunnetaan Cambridgen apostoleina . Marraskuussa 1851 Maxwell opiskeli opettajansa William Hopkinsin kanssa , jonka lempinimi oli "wrangler-maker" (" Wranglers " ovat opiskelijoita, jotka läpäisevät matematiikkatestin parhaiten). Maxwell suoritti suuren osan sähkömagneettisten yhtälöidensä kehittämisestä, kun hän oli vielä perustutkinto -opiskelija.

Vuonna 1854 Maxwell valmistui vuoden toiseksi parhaasta matematiikan kokeesta. Välittömästi valmistumisensa jälkeen hän julkaisi tieteellisen artikkelin On Faraday's Lines of Force ( About Faraday voimalinjat ), jossa hän antoi ensimmäisen osoitteen sähkötutkimuksistaan, joiden pitäisi huipentua hänen elämänsä tärkeimpään työhön.

Ensimmäinen pysyvä värivalokuva, jonka James Clerk Maxwell esitteli luennolla vuonna 1861

Vuosina 1855–1872 hän julkaisi määräajoin arvokasta värinäköön ja värisokeuteen liittyvää tutkimusta . Välineet hän käyttää tähän tutkimukseen olivat yksinkertaisia ja käyttökelpoisia (esim. Väri hyrrä ). "Värien koostumusta ja muita optiikkaa koskevista tutkimuksistaan" Royal Society sai hänelle vuonna 1860 Rumford -mitalin .

Vuonna 1861 hän julkaisi ensimmäisen värivalokuvan todisteena additiivisen värin sekoittamisen teoriasta .

Vuonna 1856 Maxwell nimitettiin Aberdeenin Marischal Collegessa luonnonfilosofian johtajaksi, jota hän piti kunnes sulautui King's Collegessa vuonna 1860.

Vuonna 1856 hän voitti Adams -palkinnon Cambridgessa alkuperäisestä esseestä, jolla hän osoitti, että Saturnuksen renkaat eivät ole nestemäisiä eivätkä kompakteja kiinteitä aineita, mutta että vakaus voi olla olemassa vain, jos ne koostuvat monista pienistä kiinteistä kappaleista, jotka eivät ole yhteydessä toisiinsa . Hän myös kiisti matemaattisesti sumu -teorian, jonka mukaan galaksit muodostuvat kaasusumujen progressiivisesta tiivistymisestä. Hänen teoriansa mukaan tähän tarvitaan pieniä kiintoaineita.

Vuonna 1860 Maxwellista tuli professori Lontoon King's Collegessa .

Vuonna 1861 hänet valittiin jäseneksi ( " Fellow ") Royal Society. Tänä aikana hän työskenteli joustavien kappaleiden ja puhtaan geometrian parissa.

Kineettinen kaasuteoria

Yksi Maxwellin tärkeimmistä tutkimuksista käsitteli kaasujen kineettistä teoriaa . Aloittaen Daniel Bernoulli , tämä teoria on tarkemmin seuraavien tutkimuksista John Herapath , John James Waterston, James Prescott Joule, ja erityisesti Rudolf Clausius . Se saavutti niin täydellisen tason, että sen ennustava tarkkuus teki siitä epäilemättä. Maxwell, joka osoitti olevansa loistava kokeilija ja teoreetikko tällä alalla, kehitti sen ylivoimaisella tavalla.

Vuonna 1865 Maxwell muutti Glenlairiin, Kirkcudbrightshireen , kiinteistölle, jonka hän oli perinyt isältään John Clerk Maxwellilta.

Vuonna 1868 hän luopui fysiikan ja tähtitieteen tuolista Lontoon King's Collegessa.

Vuonna 1860 hän muotoili kineettisen kaasuteorian , jonka Ludwig Boltzmann yleisti myöhemmin . Hänen kaavansa, nimeltään Maxwell -jakauma , laskee niiden kaasumolekyylien osuuden, jotka liikkuvat tietyllä nopeudella tietyssä lämpötilassa . Kaasujen kineettisessä teoriassa lämpötila ja paine saavat molekyylit liikkumaan. Tämä lähestymistapa tutkimusaiheeseen yleisti aikaisemmat termodynamiikan lait ja selitti havainnot ja kokeet yksityiskohtaisemmin. Maxwellin työ termodynamiikasta johti hänet ajatuskokeeseen, joka tunnetaan nimellä " Maxwellin demoni ".

Sähkömagneetti

Maxwellin postikortti Peter Guthrie Taitille .

Kun Maxwell kiinnostui sähköstä, hän kirjoitti William Thomsonille, 1. paroni Kelvinille , ja kysyi häneltä, miten parhaiten edetä. Kelvin suositteli, että Maxwell luki Faradayn, Kelvinin, Ampèren ja sitten saksalaisten fyysikoiden julkaistut teokset annetussa järjestyksessä.

Suurin osa Maxwellin elämäntyöstä keskittyi sähkön tutkimukseen . Maxwellin tärkein panos oli Michael Faradayn , André-Marie Ampèren ja muiden aikaisemmin sähköä ja magnetismia koskevien tutkimusten kehittäminen ja matemaattinen muotoilu toisiinsa liittyvien differentiaaliyhtälöiden järjestelmässä . Tällä hän perusteli uskottavan matemaattisen mallin avulla hypoteesin sähkön ja magnetismin identiteetistä, joka oli ollut yleistä 1800 -luvun alusta lähtien. Alussa oli 20 yhtälöä, jotka myöhemmin tiivistettiin käyttämällä vektorimerkintää. Nämä yhtälöt, joita nyt kutsutaan yhdessä Maxwellin yhtälöiksi (tai joskus "Maxwellin upeiksi yhtälöiksi"), julkaistiin ensimmäisen kerran Royal Societyissa vuonna 1864. Yhdessä ne kuvaavat sekä sähkö- että magneettikenttien käyttäytymistä sekä niiden vuorovaikutusta aineen kanssa. Lisäksi Maxwell ennusti värähtelevien sähkö- ja magneettikenttien aaltoja liikkuvan tyhjän tilan läpi. Hän pystyi ennustamaan nopeuden yksinkertaisista sähkökokeista; Tuolloin käytettävissä olevien tietojen perusteella hän laski etenemisnopeudeksi 310 740 000 m / s. Maxwell kirjoitti vuonna 1864:

"Tämä nopeus on niin lähellä valon nopeutta, että näyttää siltä, ​​että meillä on vankka syy päätellä, että valo itsessään (mukaan lukien säteilylämpö ja muut mahdolliset säteilyt) on sähkömagneettinen häiriö aaltojen muodossa, jotka etenevät sähkömagneettisen kentän läpi sähkömagneettisen lakeja. "

"Tämä nopeus on niin lähellä valon nopeutta, että meillä on vahva syy päätellä, että valo itsessään (mukaan lukien lämpösäteily ja mahdollinen muu säteily) on sähkömagneettinen häiriö, joka sähkömagneettisten lakien mukaan on sähkömagneettisen kentän aaltojen muodossa leviää. "

Maxwellin oletus oli pohjimmiltaan oikea. Aaltoteoriaa vahvistettiin myöhemmin kokeensa Heinrich Hertz ja muodostaa perustan kaikkien radiotekniikan . Valon ja sähkömagnetismin välistä kvantitatiivista yhteyttä pidetään 1800 -luvun fysiikan suurena voitona. Tuolloin Maxwell uskoi, että valon leviäminen vaatii väliaineen, jossa aallot voivat levitä. Tästä väliaineesta, jota kutsuttiin kevyeksi eetteriksi , Maxwell kirjoitti Encyclopædia Britannica -lehdessä vuonna 1878 merkinnän , jonka lopussa oli seuraava yhteenveto:

”Vaikka meillä olisi vaikeuksia kehittää johdonmukaista käsitystä eetterin luonteesta, ei ole epäilystäkään siitä, etteikö planeettojen ja tähtien välinen avaruus ole tyhjä, vaan se on täytetty aineellisella aineella tai ruumiilla, joka on täynnä turvallisuutta. suurin ja luultavasti yhtenäisin vartalo, jonka tiedämme. "

Ajan mittaan kuitenkin syntyi yhä enemmän vaikeuksia sellaisen väliaineen olemassaolon kanssa, joka täytti koko huoneen, mutta jota ei voitu löytää mekaanisin keinoin, kokeiden tuloksilla, kuten B. sovittaa yhteen Michelson-Morley-koe . Lisäksi se näytti tarvitsevan ehdotonta viitekehystä, jossa yhtälöt olivat päteviä. Tämä olisi tarkoittanut, että yhtälöillä olisi ollut erilainen muoto liikkuvalle tarkkailijalle. Tämä vaikeus sai Einsteinin muodostamaan erityisen suhteellisuusteorian ja tässä prosessissa Einstein kiisti kevyen eetterin tarpeen.

Rakenteellinen analyysi

Vähemmän tunnettuja, mutta uraauurtavia yksittäisellä tieteellisellä tasolla ovat Maxwellin panokset ristikkoteoriaan ja graafiseen statiikkaan. Erhard Scholz arvioi Maxwellin vuonna 1864 ja 1867 löytämän ristikkoteorian ja voimapolygonin kaksinaisuussuhteen "graafisen statiikan paraatihevoseksi". Alkeisgeometriassa Maxwellin lause nimesi hänen mukaansa lausunnon kolmioista, jonka hän todisti. hänen työnsä statiikasta.

Myöhäiset vuodet

James ja Katherine Maxwell, 1869.

Vuonna 1871 hänet nimitettiin Cambridgen ensimmäiseksi Cavendish -fysiikan professoriksi . Maxwell valvoi Cavendish -laboratorion rakentamista . Hän valvoi jokaista askelta rakennuksen rakentamisessa ja sen arvokkaan laitteistokokoelman ostamista, jolla laboratorio oli varusteltu anteliaan perustajan, Devonshiren herttuan ansiosta. Hän kirjoitti oppikirjan lämmön teoriasta (1871) ja erinomaisen johdantoteoksen kehosta ja liikkeistä (1876). Vuonna 1874 hänet valittiin Amerikan taide- ja tiedeakatemiaan . Yksi Maxwellin viimeisistä suurista panoksista tieteeseen oli Henry Cavendishin tutkimuksen arviointi . Kävi ilmi, että Cavendish oli käsitellyt muun muassa kysymyksiä maan keskimääräisestä tiheydestä ja veden koostumuksesta. Kun Maxwell kuoli vuonna 1879 48 -vuotiaana, John William Strutt, kolmas paroni Rayleigh , seurasi häntä Cavendishin professorina . Tämä esitteli systemaattisia fysiikan kursseja.

Hänen luokkatoverinsa ja elinikäisen ystävänsä professori Lewis Campbell (1830-1908) julkaisi James Clerk Maxwellin elämän vuonna 1882. Hänen kerätyt teoksensa, mukaan lukien artikkelisarja aineen ominaisuuksista, julkaistiin kahdessa osassa Cambridgen yliopiston lehdistössä vuonna 1890.

Kunnianosoitukset

Maxwellin kunniaksi The CGS yksikkö nimettiin Maxwell magneettivuon . Venuksen vuorijono, Maxwell Montes, nimettiin hänen mukaansa, koska se havaitsi hänen esittämänsä sähkömagneettiset aallot (tutkahavainnot). Lisäksi James Clerk Maxwell Telescope on Mauna Kea , suurin kaukoputki maailmassa sähkömagneettisen säteilyn välillä infrapuna- ja mikroaaltouunit, jonka halkaisija on 15 metriä, kantaa hänen nimeään. Kuu kraatteri ja asteroidi (12760) Maxwell on nimetty James C. Maxwell.

James Clerk Maxwell palkinto plasmafysiikan ja Maxwell mitali on nimetty hänen kunniakseen.

Julkaisut (valinta)

kirjallisuus

nettilinkit

Commons : James Clerk Maxwell  - Kokoelma kuvia, videoita ja äänitiedostoja
Wikilähde: James Clerk Maxwell  - Lähteet ja koko tekstit (englanti)
Wikiquote: James Clerk Maxwell  - Lainauksia

Yksilöllisiä todisteita

  1. ↑ Brockhaus Konversationslexikon kuvailee Maxwellia noin vuonna 1896 seuraavasti: ”Rouhojen tärkeimmät saavutukset ovat mekaanisten alojen alalla. Lämpöteoria, dynaamisen kaasuteorian laajentaminen; sähköteorian alalla M. on kuitenkin Hertzin edelleen kehittämän elektrooptiikan perustaja . Magnetismia ja sähköä koskevissa opinnoissaan M. seurasi Faradaya ja täydensi työtään matematiikan mukaan. Suunta. Jo vuonna 1856 hän työskenteli Faradayn voimalinjojen parissa , sitten vuonna 1864 hän julkaisi dynaamisen teoriansa magneettikentästä ja vuonna 1868 sähköstaattisen suoran vertailumenetelmän sähkömagneettiseen voimaan . "Lainaus Brockhausin julkaisusta Konversationslexikon, FA Brockhaus Leipzig , Berliini ja Wien, 14. painos, 1894-1896
  2. ^ Kirjailijakokoelma von Meyers Konversationslexikon noin vuonna 1892 Maxwell oli " Thomsonin vieressä Englannin tärkein matemaattinen fyysikko. Hänen lukuisat ja merkittävät teoksensa kattavat pääasiassa lämmön mekaanisen teorian, erityisesti viimeisimmän kaasuteorian, jonka kehittämiseen hän vaikutti merkittävästi, ja sähkön teorian, jonka teoreettisen käsittelyn hän on valinnut aivan uusia polkuja. " Meyers Konversationslexikon, Verlag des Bibliographic Institute, Leipzig ja Wien, 4. painos, 1885–1892
  3. ↑ Ovaalisten käyrien kuvauksesta ja niistä, joissa on useita polttopisteitä. Kirjoittaja Maxwell Junior, professori Forbesin huomautukset. Tiedottanut professori Forbes. Maanantai 6. huhtikuuta 1846 - Edinburghin kuninkaallisen seuran toiminta
  4. ^ Aberdeenin yliopisto
  5. ↑ James Clerk Maxwell: Saturnuksen renkaiden liikkeiden vakaudesta. Cambridge 1859 verkossa .
  6. ↑ Maxwell Glenlair Trustissa
  7. ^ Yelin, Julius von, "Magnetismi ja sähkö identtisinä alkuvoimina", München Lentner, 1818
  8. ^ Maxwell, James Clerk: Sähkömagneettisen kentän dynaaminen teoria . Lähetetty vuonna 1864 ja julkaistu sitten julkaisussa: Philosophical Transactions of the Royal Society of London (155), 1865, s.459-512
  9. ↑ Täydellinen alkuperäinen teksti Maxwellin kohteensa eetteri Encyclopædia Britannica, yhdeksäs painos on Wikiaineisto
  10. ↑ Lainaus ja esitys historiallisessa kontekstissa: Leonard Mlodinow : Ikkuna maailmankaikkeuteen. Pieni geometrian historia (alkuperäinen: Euclid's Window ), Campus Verlag 2002, ISBN 3-593-36931-1- Osa 4, Einsteinin tarina , sivut 171-177.
  11. ^ Karl-Eugen Kurrer : Panos staattisesti määrittämättömien kehysten teoriaan . Julkaisussa: Building engineering. Tasapainoa etsiessään . Toinen, laajennettu painos. Ernst & Sohn , Berliini 2016, ISBN 978-3-433-03134-6 , s. 481-486 .
  12. ↑ Karl-Eugen Kurrer: Graafisesta statiikasta grafostaattiseen . Julkaisussa: Building engineering. Tasapainoa etsiessään . Toinen, laajennettu painos. Ernst & Sohn, Berliini 2016, ISBN 978-3-433-03134-6 , s. 455-470 .
  13. ↑ Erhard Scholz: Symmetria. Ryhmä. Kaksinaisuus. Teoreettisen matematiikan suhteesta kristallografian ja rakennesuunnittelun sovelluksiin 1800 -luvulla . Julkaisussa: Erwin Hiebert and Hans Wußing (toim.): Science Networks - Historical Studies . nauha 1 . Birkhäuser Verlag, Basel 1989, ISBN 3-7643-1974-7 , s. 201 .
  14. ^ Venus - Maxwell Montes ja Kleopatran kraatteri. nasa.gov, käytetty 2. maaliskuuta 2018 .
henkilökohtaiset tiedot
SUKUNIMI Maxwell, James Clerk
LYHYT KUVAUS Skotlantilainen fyysikko
SYNTYMÄPÄIVÄ 13. kesäkuuta 1831
SYNTYMÄPAIKKA Edinburgh
KUOLINPÄIVÄMÄÄRÄ 5. marraskuuta 1879
KUOLEMAN PAIKKA Cambridge