Biografi singkat James Maxwell. James Clark Maxwell: Ilmuwan dan Iblisnya

Pada tanggal 13 Juni 1831, di Edinburgh, seorang anak laki-laki bernama James dilahirkan dalam keluarga seorang bangsawan dari keluarga Panitera lama. Ayahnya, John Clerk Maxwell, seorang anggota bar, memiliki pendidikan universitas, tetapi tidak menyukai profesinya dan tertarik pada teknologi dan sains di waktu luangnya. Ibu James, Frances Kay, adalah putri seorang hakim. Setelah anak laki-laki itu lahir, keluarganya pindah ke Middleby, perkebunan keluarga Maxwell di selatan Skotlandia. Segera John membangun rumah baru di sana, bernama Glenlar.

Masa kecil fisikawan hebat masa depan hanya digelapkan oleh kematian ibunya yang terlalu dini. James tumbuh sebagai anak laki-laki yang ingin tahu dan, berkat hobi ayahnya, sejak kecil ia dikelilingi dengan mainan "teknis", seperti model bola langit dan "cakram ajaib", pendahulu sinema. Meski demikian, ia juga tertarik dengan puisi bahkan menulis puisi sendiri, tidak meninggalkan kegiatan tersebut hingga akhir hayatnya. Ayah James memberinya pendidikan dasar - pengajar ke rumah pertama dipekerjakan hanya ketika James berusia sepuluh tahun. Benar, sang ayah segera menyadari bahwa pelatihan seperti itu sama sekali tidak efektif, dan mengirim putranya ke Edinburgh, ke saudara perempuannya Isabella. Di sini James memasuki Akademi Edinburgh, di mana anak-anak diberi pendidikan klasik murni - Latin, Yunani, sastra kuno, Kitab Suci, dan sedikit matematika. Anak laki-laki itu tidak langsung suka belajar, tetapi lambat laun ia menjadi siswa terbaik di kelas dan menjadi tertarik terutama pada geometri. Pada saat ini ia menemukan metodenya sendiri dalam menggambar oval.

Pada usia enam belas tahun, James Maxwell lulus dari akademi dan masuk Universitas Edinburgh. Di sini ia akhirnya menjadi tertarik pada ilmu eksakta, dan pada tahun 1850 Royal Society of Edinburgh mengakui karyanya tentang teori elastisitas sebagai sesuatu yang serius. Pada tahun yang sama, ayah James setuju bahwa putranya membutuhkan pendidikan yang lebih bergengsi, dan James pergi ke Cambridge, tempat ia pertama kali belajar di Peterhouse College, dan pada semester kedua dipindahkan ke Trinity College. Dua tahun kemudian, Maxwell menerima beasiswa universitas atas kesuksesannya. Namun, di Cambridge dia melakukan sedikit penelitian - dia membaca lebih banyak, mendapatkan kenalan baru dan aktif bergerak di kalangan intelektual universitas. Pada saat ini, pandangan keagamaannya juga terbentuk - keyakinan tanpa syarat kepada Tuhan dan skeptisisme terhadap teologi, yang James Maxwell tempatkan di urutan terakhir di antara ilmu-ilmu lainnya. Selama masa kuliahnya, ia juga menjadi penganut apa yang disebut “sosialisme Kristen” dan mengambil bagian dalam pekerjaan “Perguruan Tinggi Pekerja”, memberikan ceramah populer di sana.

Pada usia dua puluh tiga, James lulus ujian akhir matematika, menempati posisi kedua dalam daftar siswa. Setelah menerima gelar sarjana, ia memutuskan untuk tinggal di universitas dan mempersiapkan diri untuk pangkat profesor. Dia mengajar, terus berkolaborasi dengan Workers' College, dan memulai sebuah buku tentang optik, yang tidak pernah dia selesaikan. Pada saat yang sama, Maxwell membuat studi komik eksperimental yang menjadi bagian dari cerita rakyat Cambridge. Tujuan dari penelitian ini adalah “kucing berguling” - Maxwell menentukan ketinggian minimum tempat kucing berdiri ketika jatuh. Namun minat utama James saat itu adalah teori warna, yang bermula dari gagasan Newton tentang keberadaan tujuh warna primer. Ketertarikannya yang serius pada listrik dimulai pada waktu yang sama. Segera setelah menerima gelar sarjananya, Maxwell mulai meneliti listrik dan magnet. Mengenai pertanyaan tentang sifat efek magnet dan listrik, ia menerima posisi Michael Faraday, yang menyatakan bahwa garis gaya menghubungkan muatan negatif dan positif dan mengisi ruang di sekitarnya. Namun hasil yang benar diperoleh melalui ilmu elektrodinamika yang sudah mapan dan ketat, dan oleh karena itu Maxwell bertanya pada dirinya sendiri pertanyaan tentang membangun teori yang mencakup gagasan Faraday dan hasil elektrodinamika. Maxwell mengembangkan model garis gaya hidrodinamik, dan untuk pertama kalinya ia berhasil mengungkapkan dalam bahasa matematika hukum-hukum yang ditemukan oleh Faraday - dalam bentuk persamaan diferensial.

Pada musim gugur tahun 1855, James Maxwell, setelah berhasil lulus ujian yang disyaratkan, menjadi anggota dewan universitas, yang pada saat itu berarti mengambil sumpah selibat. Pada awal semester baru, ia mulai membaca kuliah optik dan hidrostatika di perguruan tinggi tersebut. Namun, di musim dingin dia harus pergi ke kampung halamannya untuk mengangkut ayahnya yang sakit parah ke Edinburgh. Sekembalinya ke Inggris, James mengetahui bahwa ada lowongan guru filsafat alam di Aberdeen Marischal College. Tempat ini memberinya kesempatan untuk lebih dekat dengan ayahnya, dan Maxwell tidak melihat adanya prospek untuk dirinya sendiri di Cambridge. Pada pertengahan musim semi 1856 ia menjadi profesor di Aberdeen, tetapi John Clerk Maxwell meninggal sebelum putranya diangkat. James menghabiskan musim panas di perkebunan keluarga dan berangkat ke Aberdeen pada bulan Oktober.

Aberdeen adalah pelabuhan utama Skotlandia, tetapi sayangnya banyak departemen di universitasnya ditinggalkan. Pada hari-hari pertama jabatan profesornya, James Maxwell mulai memperbaiki situasi ini, setidaknya di departemennya. Dia mengerjakan metode pengajaran baru dan mencoba menarik minat siswa pada karya ilmiah, namun tidak berhasil dalam usahanya. Perkuliahan profesor baru, penuh humor dan permainan kata, membahas hal-hal yang sangat kompleks, dan fakta ini membuat sebagian besar mahasiswa takut, karena terbiasa dengan popularitas presentasi, kurangnya demonstrasi dan pengabaian matematika. Dari delapan lusin siswa, Maxwell hanya mampu mengajar beberapa orang yang benar-benar ingin belajar.

Di Aberdeen, Maxwell juga mengatur kehidupan pribadinya - pada musim panas 1858 ia menikahi putri bungsu direktur perguruan tinggi Marischal, Catherine Dewar. Segera setelah pernikahan, James dikeluarkan dari dewan Trinity College karena melanggar sumpah selibatnya.

Pada tahun 1855, Cambridge menawarkan penelitian tentang cincin Saturnus untuk Adams Prize yang bergengsi, dan James Maxwell-lah yang memenangkan hadiah tersebut pada tahun 1857. Namun dia tidak puas dengan penghargaan tersebut dan terus mengembangkan topik tersebut, akhirnya menerbitkan risalah “Tentang stabilitas gerak cincin Saturnus” pada tahun 1859, yang langsung mendapat pengakuan di kalangan ilmuwan. Risalah tersebut dikatakan sebagai penerapan matematika pada fisika paling cemerlang yang pernah ada. Selama menjadi profesor di Aberdeen College, Maxwell juga mengerjakan topik pembiasan cahaya, optik geometris, dan yang terpenting, teori kinetik gas. Pada tahun 1860, ia membangun model statistik mikroproses pertama, yang menjadi dasar pengembangan mekanika statistik.

Jabatan profesor di Universitas Aberdeen cukup cocok untuk Maxwell - perguruan tinggi tersebut hanya memerlukan kehadirannya dari bulan Oktober hingga Mei, dan sisa waktu ilmuwan tersebut sepenuhnya bebas. Suasana kebebasan menyelimuti kampus, para profesor tidak memiliki tanggung jawab yang ketat, dan terlebih lagi, setiap minggu Maxwell memberikan kuliah berbayar di Sekolah Ilmiah Aberdeen untuk mekanik dan pengrajin, yang pelatihannya selalu ia minati. Keadaan luar biasa ini berubah pada tahun 1859, ketika diputuskan untuk menyatukan dua perguruan tinggi di universitas tersebut, dan jabatan profesor di departemen filsafat alam dihapuskan. Maxwell mencoba mendapatkan posisi yang sama di Universitas Edinburgh, namun jabatan tersebut harus bersaing dengan teman lamanya Peter Tat. Pada bulan Juni 1860, James ditawari jabatan profesor di departemen filsafat alam di King's College di ibu kota. Pada bulan yang sama, dia memberikan ceramah tentang penelitiannya dalam teori warna dan segera dianugerahi Medali Rumford untuk karyanya di bidang optik dan pencampuran warna. Namun, dia menghabiskan sisa waktunya sebelum dimulainya semester di Glenlare, tanah milik keluarga - dan bukan dalam studi ilmiah, tetapi sakit parah karena penyakit cacar.

Menjadi profesor di London ternyata kurang menyenangkan dibandingkan di Aberdeen. King's College memiliki laboratorium fisika yang sangat lengkap dan menghargai sains eksperimental, tetapi juga mengajar lebih banyak siswa. Pekerjaan menyisakan Maxwell hanya waktu untuk eksperimen di rumah. Namun, pada tahun 1861 ia dimasukkan dalam Komite Standar yang bertugas mendefinisikan satuan dasar listrik. Dua tahun kemudian, hasil pengukuran yang cermat dipublikasikan, yang pada tahun 1881 menjadi dasar penerapan volt, ampere, dan ohm. Maxwell melanjutkan karyanya pada teori elastisitas, menciptakan teorema Maxwell, yang memperhitungkan tegangan pada rangka menggunakan metode grafostatik, dan menganalisis kondisi keseimbangan cangkang bola. Untuk karya-karya ini dan karya-karya lain yang memiliki kepentingan praktis yang signifikan, ia menerima Hadiah Keith dari Royal Society of Edinburgh. Pada bulan Mei 1861, saat memberikan ceramah tentang teori warna, Maxwell memberikan bukti yang sangat meyakinkan bahwa dia benar. Ini adalah foto berwarna pertama di dunia.

Namun kontribusi terbesar James Maxwell terhadap fisika adalah penemuan arus. Sampai pada kesimpulan bahwa arus listrik memiliki sifat translasi, dan magnet memiliki sifat pusaran, Maxwell menciptakan model baru - model mekanis murni, yang menurutnya "vortisitas molekuler menghasilkan" medan magnet yang berputar, dan "roda gigi idler" memastikan rotasi satu arah mereka. Pembentukan arus listrik dipastikan oleh gerakan translasi roda transmisi (menurut Maxwell - "partikel listrik"), dan medan magnet, yang diarahkan sepanjang sumbu rotasi pusaran, ternyata tegak lurus terhadap arah arus listrik. saat ini. Hal ini diungkapkan dalam “aturan gimlet”, yang didukung oleh Maxwell. Berkat modelnya, ia tidak hanya mampu menggambarkan dengan jelas fenomena induksi elektromagnetik dan sifat pusaran medan yang menghasilkan arus, tetapi juga membuktikan bahwa perubahan medan listrik, yang disebut arus perpindahan, menyebabkan munculnya arus. medan magnet. Nah, arus perpindahan tersebut memberikan gambaran tentang adanya arus terbuka. Dalam artikelnya “On Physical Lines of Force” (1861-1862), Maxwell menguraikan hasil ini, dan juga mencatat kesamaan sifat media pusaran dengan sifat luminiferous ether - dan ini merupakan langkah serius menuju munculnya dari teori elektromagnetik cahaya.

Artikel Maxwell tentang teori dinamis medan elektromagnetik diterbitkan pada tahun 1864, dan di dalamnya model mekanis digantikan oleh "persamaan Maxwell" - rumusan matematis dari persamaan medan - dan medan itu sendiri untuk pertama kalinya diperlakukan sebagai medan nyata. sistem fisik dengan energi tertentu. Dalam artikelnya, ia meramalkan keberadaan tidak hanya gelombang magnet, tetapi juga gelombang elektromagnetik. Sejalan dengan studi elektromagnetisme, Maxwell melakukan beberapa eksperimen, menguji hasilnya dalam teori kinetik. Setelah membuat alat yang menentukan viskositas udara, ia menjadi yakin bahwa koefisien gesekan internal sebenarnya tidak bergantung pada kepadatan.

Pada tahun 1865, Maxwell akhirnya bosan dengan aktivitas mengajarnya. Hal ini tidak mengherankan - kuliahnya terlalu sulit untuk menjaga disiplin di dalamnya, dan karya ilmiah, tidak seperti mengajar, memenuhi seluruh pikirannya. Keputusan telah dibuat, dan ilmuwan tersebut pindah ke kampung halamannya, Glenlar. Hampir segera setelah pindah, dia terluka saat menunggang kuda dan jatuh sakit karena erisipelas. Setelah pulih, James aktif bertani, membangun kembali dan memperluas perkebunannya. Namun, dia tidak melupakan para siswanya - dia secara teratur melakukan perjalanan ke London dan Cambridge untuk mengikuti ujian. Dialah yang mencapai pengenalan pertanyaan dan masalah yang bersifat terapan ke dalam ujian. Pada awal tahun 1867, seorang dokter menyarankan istri Maxwell yang sering sakit untuk menjalani perawatan di Italia, dan keluarga Maxwell menghabiskan seluruh musim semi di Florence dan Roma. Di sini ilmuwan bertemu dengan Profesor Matteuci, seorang fisikawan Italia, dan berlatih bahasa asing. Ngomong-ngomong, Maxwell fasih berbahasa Latin, Italia, Yunani, Jerman, dan Prancis. Keluarga Maxwell kembali ke tanah airnya melalui Jerman, Belanda, dan Prancis.

Pada tahun yang sama, Maxwell menyusun puisi yang didedikasikan untuk Peter Tait. Syair komik tersebut berjudul “Kepada Kepala Musisi Nabla” dan begitu sukses sehingga membentuk istilah baru dalam sains “nabla”, yang berasal dari nama alat musik Asiria kuno dan menunjukkan simbol operator diferensial vektor. Perhatikan bahwa Maxwell berutang nama samarannya sendiri, yang ia gunakan untuk menandatangani puisi dan suratnya, kepada temannya Tait, yang bersama dengan Thomson menyajikan hukum kedua termodinamika sebagai JCM = dp/dt. Sisi kiri rumus tersebut bertepatan dengan inisial James, oleh karena itu ia memutuskan untuk menggunakan sisi kanan - dp/dt - sebagai tanda tangan.

Pada tahun 1868, Maxwell ditawari jabatan rektor di Universitas St. Andrews, tetapi ilmuwan tersebut menolak, tidak ingin mengubah gaya hidup terpencilnya di Glenlare. Hanya tiga tahun kemudian, setelah banyak pertimbangan, dia mengepalai laboratorium fisika yang baru saja dibuka di Cambridge dan, karenanya, menjadi profesor fisika eksperimental. Setelah menyetujui jabatan ini, Maxwell segera mulai mengatur pekerjaan konstruksi dan melengkapi laboratorium (pertama dengan instrumennya sendiri). Di Cambridge ia mulai mengajar mata kuliah listrik, panas dan magnet.

Juga pada tahun 1871, buku teks Maxwell “Theory of Heat” diterbitkan, yang kemudian diterbitkan ulang beberapa kali. Bab terakhir buku ini berisi postulat dasar teori kinetika molekuler dan gagasan statistik Maxwell. Di sini ia menyangkal hukum kedua termodinamika, yang dirumuskan oleh Clausius dan Thomson. Rumusan ini meramalkan "kematian panas alam semesta" - murni sudut pandang mekanis. Maxwell menegaskan sifat statistik dari “hukum kedua” yang terkenal kejam, yang menurut pendapatnya, hanya dapat dilanggar oleh molekul individu, namun tetap berlaku dalam kasus agregat besar. Dia mengilustrasikan posisi ini dengan sebuah paradoks yang disebut “iblis Maxwell.” Paradoksnya terletak pada kemampuan “iblis” (sistem kendali) untuk mengurangi entropi sistem ini tanpa mengeluarkan tenaga. Paradoks ini diselesaikan pada abad kedua puluh dengan menunjukkan peran fluktuasi dalam elemen kontrol dan membuktikan bahwa ketika "setan" menerima informasi tentang molekul, ia meningkatkan entropi, dan oleh karena itu tidak ada pelanggaran terhadap hukum kedua termodinamika.

Dua tahun kemudian, karya dua jilid Maxwell, berjudul “Risalah tentang Magnetisme dan Listrik,” diterbitkan. Isinya persamaan Maxwell, yang mengarah pada penemuan gelombang elektromagnetik oleh Hertz (1887). Risalah tersebut juga membuktikan sifat elektromagnetik cahaya dan memperkirakan pengaruh tekanan cahaya. Berdasarkan teori tersebut, Maxwell menjelaskan pengaruh medan magnet terhadap perambatan cahaya. Namun, karya mendasar ini diterima dengan sangat baik oleh para tokoh sains - Stokes, Thomson, Airy, Tait. Konsep arus perpindahan yang terkenal, yang menurut Maxwell ada bahkan di eter, tanpa adanya materi, ternyata sangat sulit untuk dipahami. Selain itu, gaya Maxwell yang terkadang sangat kacau dalam penyajiannya sangat mengganggu persepsi.

Laboratorium di Cambridge, dinamai Henry Cavendish, dibuka pada bulan Juni 1874, dan Duke of Devonshire secara seremonial menyerahkan manuskrip Cavendish kepada James Maxwell. Selama lima tahun, Maxwell mempelajari warisan ilmuwan ini, mereproduksi eksperimennya di laboratorium, dan pada tahun 1879, di bawah editornya, menerbitkan kumpulan karya Cavendish, yang terdiri dari dua volume.

Selama sekitar sepuluh tahun terakhir hidupnya, Maxwell terlibat dalam mempopulerkan ilmu pengetahuan. Dalam buku-bukunya yang ditulis khusus untuk tujuan tersebut, ia lebih leluasa mengutarakan ide dan pandangannya, berbagi keraguannya dengan pembaca dan membicarakan masalah-masalah yang belum terpecahkan saat itu. Di Laboratorium Cavendish dia terus mengembangkan pertanyaan-pertanyaan yang sangat spesifik mengenai fisika molekuler. Dua karya terakhirnya diterbitkan pada tahun 1879 - tentang teori gas tak homogen yang dijernihkan dan tentang distribusi gas di bawah pengaruh gaya sentrifugal. Dia juga melakukan banyak tugas di universitas - dia menjadi anggota dewan senat universitas, di komisi untuk mereformasi ujian matematika, dan menjabat sebagai presiden masyarakat filosofis. Pada tahun tujuh puluhan, ia memiliki murid, di antaranya adalah ilmuwan terkenal masa depan George Crystal, Arthur Shuster, Richard Glazeburg, John Poynting, Ambrose Fleming. Baik siswa maupun kolaborator Maxwell mencatat fokusnya, kemudahan komunikasi, wawasan, sarkasme halus dan kurangnya ambisi.

Pada musim dingin tahun 1877, Maxwell menunjukkan gejala pertama penyakit yang akan membunuhnya, dan dua tahun kemudian dokter mendiagnosis dia menderita kanker. Ilmuwan besar itu meninggal di Cambridge pada tanggal 5 November 1879, pada usia empat puluh delapan tahun. Jenazah Maxwell diangkut ke Glenlare dan dimakamkan tidak jauh dari perkebunan, di pemakaman sederhana di desa Parton.

Peran James Clerk Maxwell dalam sains tidak sepenuhnya dihargai oleh orang-orang sezamannya, namun pentingnya karyanya terbukti tidak dapat disangkal pada abad berikutnya. Richard Feyman, seorang fisikawan Amerika, mengatakan bahwa penemuan hukum elektrodinamika adalah peristiwa paling signifikan pada abad kesembilan belas, dibandingkan dengan Perang Saudara Amerika yang terjadi pada waktu yang sama, tidak ada artinya jika dibandingkan...

Biografi

Lahir dari keluarga bangsawan Skotlandia dari keluarga bangsawan Panitera.

Ia belajar pertama kali di Akademi Edinburgh, Universitas Edinburgh (1847-1850), kemudian di Universitas Cambridge (1850-1854) (Peterhouse dan Trinity College).

Kegiatan ilmiah

Maxwell menyelesaikan karya ilmiah pertamanya saat masih di sekolah, menemukan cara sederhana menggambar bentuk oval. Karya ini dilaporkan pada pertemuan Royal Society dan bahkan diterbitkan dalam Prosidingnya. Saat menjadi anggota dewan Trinity College, ia terlibat dalam eksperimen teori warna, bertindak sebagai penerus teori Jung dan teori Helmholtz tentang tiga warna primer. Dalam percobaan pencampuran warna, Maxwell menggunakan bagian atas khusus, yang piringannya dibagi menjadi beberapa sektor yang dicat dengan warna berbeda (cakram Maxwell). Ketika bagian atas diputar dengan cepat, warna-warnanya menyatu: jika piringan dicat dengan cara yang sama seperti warna spektrum, maka akan tampak putih; jika separuhnya dicat merah dan separuhnya lagi kuning, tampak oranye; pencampuran warna biru dan kuning menciptakan kesan hijau. Pada tahun 1860, Maxwell dianugerahi Rumford Medal atas karyanya tentang persepsi warna dan optik.

Salah satu karya pertama Maxwell adalah teori kinetik gasnya. Pada tahun 1859, ilmuwan tersebut memberikan laporan pada pertemuan British Association di mana ia mempresentasikan distribusi molekul berdasarkan kecepatan (distribusi Maxwellian). Maxwell mengembangkan gagasan pendahulunya dalam pengembangan teori kinetik gas oleh R. Clausius, yang memperkenalkan konsep “mean free path”. Maxwell berangkat dari gagasan gas sebagai kumpulan banyak bola elastis ideal yang bergerak secara kacau dalam ruang tertutup. Bola (molekul) dapat dibagi menjadi beberapa kelompok menurut kecepatannya, sedangkan dalam keadaan diam jumlah molekul dalam setiap kelompok tetap konstan, meskipun dapat keluar dan masuk kelompok. Dari pertimbangan ini dapat disimpulkan bahwa “partikel didistribusikan menurut kecepatannya menurut hukum yang sama dengan distribusi kesalahan pengamatan dalam teori metode kuadrat terkecil, yaitu sesuai dengan statistik Gaussian”. Sebagai bagian dari teorinya, Maxwell menjelaskan hukum Avogadro, difusi, konduktivitas termal, gesekan internal (teori transfer). Pada tahun 1867 ia menunjukkan sifat statistik dari hukum kedua termodinamika (“iblis Maxwell”).

Pada tahun 1831, tahun kelahiran Maxwell, M. Faraday melakukan eksperimen klasik yang membawanya pada penemuan induksi elektromagnetik. Maxwell mulai mempelajari listrik dan magnet sekitar 20 tahun kemudian, ketika terdapat dua pandangan tentang sifat efek listrik dan magnet. Ilmuwan seperti A. M. Ampere dan F. Neumann menganut konsep aksi jarak jauh, memandang gaya elektromagnetik sebagai analogi gaya tarik gravitasi antara dua massa. Faraday merupakan penganut gagasan garis gaya, yang menghubungkan muatan listrik positif dan negatif atau kutub utara dan selatan magnet. Garis-garis gaya mengisi seluruh ruang di sekitarnya (bidang, dalam terminologi Faraday) dan menentukan interaksi listrik dan magnet. Mengikuti Faraday, Maxwell mengembangkan model garis gaya hidrodinamik dan mengungkapkan hubungan elektrodinamika yang diketahui dalam bahasa matematika yang sesuai dengan model mekanik Faraday. Hasil utama penelitian ini tercermin dalam karya “Faraday Lines of Force” ( Garis Kekuatan Faraday, 1857). Pada tahun 1860-1865, Maxwell menciptakan teori medan elektromagnetik, yang dirumuskannya dalam bentuk sistem persamaan (persamaan Maxwell) yang menjelaskan hukum dasar fenomena elektromagnetik: persamaan pertama menyatakan induksi elektromagnetik Faraday; 2 - induksi magnetoelektrik, ditemukan oleh Maxwell dan berdasarkan gagasan tentang arus perpindahan; 3 - hukum kekekalan listrik; 4 - sifat pusaran medan magnet.

Terus mengembangkan gagasan tersebut, Maxwell sampai pada kesimpulan bahwa setiap perubahan medan listrik dan magnet pasti menyebabkan perubahan garis-garis gaya yang menembus ruang sekitarnya, yaitu harus ada pulsa (atau gelombang) yang merambat dalam medium. Kecepatan rambat gelombang ini (gangguan elektromagnetik) bergantung pada permeabilitas dielektrik dan magnet medium dan sama dengan rasio satuan elektromagnetik terhadap satuan elektrostatis. Menurut Maxwell dan peneliti lain, rasio ini adalah 3,4 * 10 10 cm/s, mendekati kecepatan cahaya yang diukur tujuh tahun sebelumnya oleh fisikawan Prancis A. Fizeau. Pada bulan Oktober 1861, Maxwell memberi tahu Faraday tentang penemuannya: cahaya adalah gangguan elektromagnetik yang merambat dalam media non-konduktif, yaitu sejenis gelombang elektromagnetik. Penelitian tahap akhir ini dituangkan dalam karya Maxwell, The Dynamic Theory of the Electromagnetic Field (Treatise on Electricity and Magnetism, 1864), dan hasil karyanya tentang elektrodinamika dirangkum dalam Treatise on Electricity and Magnetism (1873) yang terkenal. .

Teori medan elektromagnetik dan, khususnya, kesimpulan selanjutnya tentang keberadaan gelombang elektromagnetik selama masa hidup Maxwell tetap merupakan konsep teoretis murni yang tidak memiliki konfirmasi eksperimental, dan sering dianggap oleh orang-orang sezamannya sebagai “permainan pikiran. ” Pada tahun 1887 Fisikawan Jerman Heinrich Hertz melakukan eksperimen yang sepenuhnya menegaskan kesimpulan teoretis Maxwell.

Pada tahun-tahun terakhir hidupnya, Maxwell terlibat dalam persiapan pencetakan dan penerbitan naskah warisan Cavendish. Dua volume besar diterbitkan pada bulan Oktober 1879.

James Maxwell adalah seorang fisikawan yang pertama kali merumuskan dasar-dasar elektrodinamika klasik. Mereka masih digunakan sampai sekarang. Persamaan Maxwell yang terkenal diketahui; dialah yang memperkenalkan ke dalam ilmu ini konsep-konsep seperti arus perpindahan, medan elektromagnetik, prediksi gelombang elektromagnetik, sifat dan tekanan cahaya, dan membuat banyak penemuan penting lainnya.

Fisikawan masa kecil

Fisikawan Maxwell lahir pada abad ke-19, pada tahun 1831. Ia lahir di Edinburgh, Skotlandia. Pahlawan artikel kami berasal dari keluarga Panitera; ayahnya memiliki tanah milik keluarga di Skotlandia Selatan. Pada tahun 1826, ia menemukan seorang istri bernama Frances Kay, mereka menikah, dan 5 tahun kemudian James lahir dari mereka.

Saat masih bayi, Maxwell dan orang tuanya pindah ke perkebunan Middleby, tempat ia menghabiskan masa kecilnya, yang sangat dibayangi oleh kematian ibunya karena kanker. Bahkan di tahun-tahun pertama hidupnya, dia secara aktif tertarik pada dunia di sekitarnya, menyukai puisi, dan dikelilingi oleh apa yang disebut “mainan ilmiah”. Misalnya, pendahulu dari bioskop “cakram ajaib”.

Pada usia 10 tahun dia mulai belajar dengan seorang pengajar ke rumah, namun hal ini ternyata tidak efektif, maka pada tahun 1841 dia pindah ke Edinburgh untuk tinggal bersama bibinya. Di sini dia mulai bersekolah di Akademi Edinburgh, yang menekankan pendidikan klasik.

Belajar di Universitas Edinburgh

Pada tahun 1847, fisikawan masa depan James Maxwell mulai belajar di sini. Ia mempelajari karya-karya fisika, magnetisme dan filsafat, dan melakukan berbagai eksperimen laboratorium. Dia paling tertarik pada sifat mekanik material. Dia memeriksanya menggunakan cahaya terpolarisasi. Fisikawan Maxwell mendapat kesempatan ini setelah rekannya William Nicol memberinya dua perangkat polarisasi yang dia rakit sendiri.

Pada saat itu, ia membuat sejumlah besar model dari gelatin, mengalami deformasi, dan memantau lukisan berwarna dalam cahaya terpolarisasi. Membandingkan eksperimennya dengan penelitian teoretis, Maxwell memperoleh banyak hukum baru dan menguji hukum lama. Pada saat itu, hasil pekerjaan ini sangat penting bagi mekanika struktur.

Maxwell di Cambridge

Pada tahun 1850, Maxwell ingin melanjutkan pendidikannya, meskipun ayahnya tidak antusias dengan ide tersebut. Ilmuwan pergi ke Cambridge. Di sana dia masuk ke Peterhouse College yang murah. Kurikulum yang tersedia di sana tidak memuaskan James, dan belajar di Peterhouse tidak memberikan prospek apapun.

Baru pada akhir semester pertama dia berhasil meyakinkan ayahnya dan pindah ke Trinity College yang lebih bergengsi. Dua tahun kemudian ia menjadi mahasiswa penerima beasiswa dan mendapat kamar terpisah.

Pada saat yang sama, Maxwell praktis tidak terlibat dalam kegiatan ilmiah, ia kebanyakan membaca dan menghadiri kuliah para ilmuwan terkemuka pada masanya, menulis puisi, dan berpartisipasi dalam kehidupan intelektual universitas. Pahlawan artikel kami banyak berkomunikasi dengan orang baru, karena itu ia mengimbangi rasa malu alaminya.

Rutinitas harian Maxwell menarik. Dari jam 7 pagi sampai jam 5 sore dia bekerja, lalu tertidur. Saya bangun lagi jam 21.30, membaca, dan dari jam dua sampai jam setengah tiga pagi saya jogging tepat di koridor asrama. Setelah itu, saya kembali tidur hingga pagi hari.

Pekerjaan listrik

Saat berada di Cambridge, fisikawan Maxwell menjadi sangat tertarik pada masalah kelistrikan. Dia mengeksplorasi efek magnetik dan listrik.

Saat itu, Michael Faraday telah mengemukakan teori induksi elektromagnetik, garis gaya yang mampu menghubungkan muatan listrik negatif dan positif. Namun, Maxwell tidak menyukai konsep tindakan jarak jauh ini; intuisinya mengatakan kepadanya bahwa ada kontradiksi di suatu tempat. Oleh karena itu, ia memutuskan untuk membangun teori matematika yang akan menggabungkan hasil yang diperoleh para pendukung aksi jarak jauh dan representasi Faraday. Ia menggunakan metode analogi dan menerapkan hasil yang dicapai William Thomson sebelumnya dalam menganalisis proses perpindahan panas pada benda padat. Oleh karena itu, untuk pertama kalinya, ia memberikan pembenaran matematis yang masuk akal tentang bagaimana transmisi aksi listrik terjadi di lingkungan tertentu.

Foto berwarna

Pada tahun 1856, Maxwell pergi ke Aberdeen, di mana dia segera menikah. Pada bulan Juni 1860, di Kongres Asosiasi Inggris, yang berlangsung di Oxford, pahlawan artikel kami membuat laporan penting tentang penelitiannya di bidang teori warna, mendukungnya dengan eksperimen khusus menggunakan kotak warna. Pada tahun yang sama ia dianugerahi medali atas karyanya dalam menggabungkan optik dan warna.

Pada tahun 1861, di Royal Institution, ia memberikan bukti yang tak terbantahkan tentang kebenaran teorinya - ini adalah foto berwarna, yang telah ia kerjakan sejak tahun 1855. Tidak ada seorang pun di dunia ini yang pernah melakukan hal ini sebelumnya. Dia memotret negatifnya melalui beberapa filter - biru, hijau dan merah. Dengan menyinari bagian negatif melalui filter yang sama, ia berhasil mendapatkan gambar berwarna.

persamaan Maxwell

Dalam biografi James Clerk Maxwell, Thomson juga mempunyai pengaruh yang kuat terhadap dirinya. Hasilnya, ia sampai pada kesimpulan bahwa magnet bersifat pusaran, dan arus listrik bersifat translasi. Dia menciptakan model mekanis untuk menunjukkan semuanya dengan jelas.

Arus perpindahan yang dihasilkan menghasilkan persamaan kontinuitas terkenal yang masih digunakan sampai sekarang untuk muatan listrik. Menurut orang-orang sezamannya, penemuan ini menjadi kontribusi Maxwell yang paling signifikan terhadap fisika modern.

Tahun-tahun terakhir kehidupan

Maxwell menghabiskan tahun-tahun terakhir hidupnya di Cambridge dalam berbagai posisi administratif, menjadi presiden Philosophical Society. Bersama murid-muridnya, ia mempelajari perambatan gelombang pada kristal.

Karyawan yang bekerja dengannya berulang kali mencatat bahwa dia mudah berkomunikasi, mengabdikan dirinya sepenuhnya untuk penelitian, memiliki kemampuan unik untuk menembus esensi masalah itu sendiri, sangat berwawasan luas, dan pada saat yang sama merespons kritik secara memadai. , tidak pernah bercita-cita menjadi terkenal, tetapi pada saat yang sama dia mampu melontarkan sarkasme yang sangat halus.

Gejala penyakit serius pertama kali muncul pada tahun 1877, ketika Maxwell baru berusia 46 tahun. Dia mulai semakin sering tersedak, sulit baginya untuk makan dan menelan, dan dia mengalami rasa sakit yang parah.

Hanya dalam waktu dua tahun, sangat sulit baginya untuk memberikan ceramah dan berbicara di depan umum; dia cepat lelah; Dokter mencatat bahwa kondisinya terus memburuk. Diagnosis dokter mengecewakan - kanker perut. Pada akhir tahun, dalam keadaan lemah total, dia kembali dari Glenlare ke Cambridge. Dr James Paget, yang terkenal saat itu, berusaha meringankan penderitaannya.

Pada bulan November 1879, Maxwell meninggal. Peti mati beserta jenazahnya diangkut dari Cambridge ke tanah milik keluarga, dimakamkan di samping orang tuanya di pemakaman desa kecil di Parton.

Olimpiade untuk menghormati Maxwell

Kenangan Maxwell dilestarikan dalam nama jalan, bangunan, objek astronomi, penghargaan dan yayasan amal. Olimpiade Fisika Maxwell juga diadakan setiap tahun di Moskow.

Ini berlaku untuk siswa dari kelas 7 hingga 11 inklusif. Untuk anak sekolah kelas 7-8, hasil Maxwell Olympiad Fisika merupakan pengganti olimpiade fisika tingkat regional dan All-Rusia untuk anak sekolah.

Untuk mengikuti tahap regional, Anda harus mendapatkan poin yang cukup pada seleksi awal. Tahap regional dan final Maxwell Olympiad in Physics diadakan dalam dua tahap. Salah satunya bersifat teoretis, dan yang kedua bersifat eksperimental.

Menariknya, tugas Olimpiade Maxwell Fisika di semua tahap memiliki tingkat kesulitan yang sama dengan tes tahap akhir Olimpiade Seluruh Rusia untuk anak sekolah.

MAXWELL, James Clerk

Fisikawan Inggris James Clerk Maxwell lahir di Edinburgh dalam keluarga bangsawan Skotlandia dari keluarga bangsawan Clerk. Ia belajar pertama kali di Edinburgh (1847–1850), kemudian di universitas Cambridge (1850–1854). Pada tahun 1855, Maxwell menjadi anggota dewan Trinity College, pada tahun 1856–1860. adalah seorang profesor di Marischal College, Universitas Aberdeen, dan dari tahun 1860 mengepalai departemen fisika dan astronomi di King's College, Universitas London. Pada tahun 1865, karena penyakit serius, Maxwell mengundurkan diri dari departemen dan menetap di tanah milik keluarganya di Glenlare dekat Edinburgh. Di sana ia terus belajar sains dan menulis beberapa esai tentang fisika dan matematika. Pada tahun 1871 ia menjabat sebagai ketua fisika eksperimental di Universitas Cambridge. Maxwell mengorganisasi laboratorium penelitian, yang dibuka pada 16 Juni 1874 dan diberi nama Cavendish untuk menghormati Henry Cavendish.

Pada tahun 1857, Universitas Cambridge mengumumkan kompetisi untuk makalah terbaik tentang stabilitas cincin Saturnus. Formasi ini ditemukan oleh Galileo pada awal abad ke-17. dan menghadirkan misteri alam yang menakjubkan: planet ini tampak dikelilingi oleh tiga cincin konsentris yang berkesinambungan, terdiri dari zat yang sifatnya tidak diketahui. Laplace membuktikan bahwa mereka tidak bisa solid. Setelah melakukan analisis matematis, Maxwell menjadi yakin bahwa mereka tidak mungkin berbentuk cair, dan sampai pada kesimpulan bahwa struktur seperti itu hanya bisa stabil jika terdiri dari segerombolan meteorit yang tidak terkait. Stabilitas cincin dijamin oleh daya tariknya terhadap Saturnus dan pergerakan timbal balik antara planet dan meteorit. Untuk karyanya ini, Maxwell menerima Hadiah J. Adams.

Salah satu karya pertama Maxwell adalah teori kinetik gasnya. Pada tahun 1859, ilmuwan tersebut memberikan laporan pada pertemuan British Association di mana ia mempresentasikan distribusi molekul berdasarkan kecepatan (distribusi Maxwellian). Maxwell mengembangkan gagasan pendahulunya dalam pengembangan teori kinetik gas oleh Rudolf Clausius yang memperkenalkan konsep “mean free path”. Maxwell berangkat dari gagasan gas sebagai kumpulan banyak bola elastis ideal yang bergerak secara kacau dalam ruang tertutup. Bola (molekul) dapat dibagi menjadi beberapa kelompok menurut kecepatannya, sedangkan dalam keadaan diam jumlah molekul dalam setiap kelompok tetap konstan, meskipun dapat keluar dan masuk kelompok. Dari pertimbangan ini dapat disimpulkan bahwa “partikel didistribusikan berdasarkan kecepatan menurut hukum yang sama seperti kesalahan pengamatan didistribusikan dalam teori metode kuadrat terkecil, yaitu. menurut statistik Gaussian." Sebagai bagian dari teorinya, Maxwell menjelaskan hukum Avogadro, difusi, konduktivitas termal, gesekan internal (teori transfer). Pada tahun 1867 ia menunjukkan sifat statistik dari hukum kedua termodinamika.

Pada tahun 1831, tahun kelahiran Maxwell, Michael Faraday melakukan eksperimen klasik yang membawanya pada penemuan induksi elektromagnetik. Maxwell mulai mempelajari listrik dan magnet sekitar 20 tahun kemudian, ketika terdapat dua pandangan tentang sifat efek listrik dan magnet. Ilmuwan seperti A. M. Ampere dan F. Neumann menganut konsep aksi jarak jauh, memandang gaya elektromagnetik sebagai analogi gaya tarik gravitasi antara dua massa. Faraday merupakan pendukung gagasan garis gaya yang menghubungkan muatan listrik positif dan negatif atau kutub utara dan selatan magnet. Garis-garis gaya mengisi seluruh ruang di sekitarnya (bidang, dalam terminologi Faraday) dan menentukan interaksi listrik dan magnet. Mengikuti Faraday, Maxwell mengembangkan model garis gaya hidrodinamik dan mengungkapkan hubungan elektrodinamika yang diketahui dalam bahasa matematika yang sesuai dengan model mekanik Faraday. Hasil utama penelitian ini tercermin dalam karya “Faraday's Lines of Force” (1857). Pada tahun 1860–1865 Maxwell menciptakan teori medan elektromagnetik, yang dirumuskannya dalam bentuk sistem persamaan (persamaan Maxwell) yang menjelaskan hukum dasar fenomena elektromagnetik: persamaan pertama menyatakan induksi elektromagnetik Faraday; 2 – induksi magnetoelektrik, ditemukan oleh Maxwell dan berdasarkan gagasan tentang arus perpindahan; 3 – hukum kekekalan listrik; 4 – sifat pusaran medan magnet.

Melanjutkan pengembangan gagasan tersebut, Maxwell sampai pada kesimpulan bahwa setiap perubahan medan listrik dan magnet akan menyebabkan perubahan garis-garis gaya yang menembus ruang sekitarnya, yaitu. harus ada pulsa (atau gelombang) yang merambat di medium. Kecepatan rambat gelombang ini (gangguan elektromagnetik) bergantung pada permeabilitas dielektrik dan magnet medium dan sama dengan rasio satuan elektromagnetik terhadap satuan elektrostatis. Menurut Maxwell dan peneliti lain, rasio ini adalah 3·10 10 cm/s, mendekati kecepatan cahaya yang diukur tujuh tahun sebelumnya oleh fisikawan Prancis A. Fizeau. Pada bulan Oktober 1861, Maxwell memberi tahu Faraday tentang penemuannya: cahaya adalah gangguan elektromagnetik yang merambat dalam media non-konduktif, yaitu. sejenis gelombang elektromagnetik. Penelitian tahap akhir ini dituangkan dalam karya Maxwell “The Dynamic Theory of the Electromagnetic Field” (1864), dan hasil karyanya tentang elektrodinamika dirangkum dalam “Risalah tentang Listrik dan Magnetisme” yang terkenal (1873).

James-Petugas MAXWELL

(13.6.1831, Edinburgh, - 5.11.1879, Cambridge)

James Clerk Maxwell - Fisikawan Inggris, pencipta elektrodinamika klasik, salah satu pendiri fisika statistik, lahir di Edinburgh pada tahun 1831.
Maxwell adalah putra seorang bangsawan Skotlandia dari keluarga bangsawan Panitera. Ia belajar di universitas Edinburgh (1847-50) dan Cambridge (1850-54). Anggota Royal Society of London (1860). Profesor di Marischal College, Aberdeen (1856-60), kemudian di Universitas London (1860-65). Sejak 1871, Maxwell menjadi profesor di Universitas Cambridge. Di sana ia mendirikan laboratorium fisika pertama yang dibangun khusus di Inggris, Laboratorium Cavendish, di mana ia menjadi direkturnya sejak tahun 1871.
Kegiatan ilmiah Maxwell meliputi soal elektromagnetisme, teori kinetik gas, optik, teori elastisitas dan banyak lagi. Maxwell menyelesaikan karya pertamanya, “On the Drawing of Ovals and on Ovals with Many Tricks,” ketika dia belum berusia 15 tahun (1846, diterbitkan pada tahun 1851). Beberapa studi pertamanya adalah karya tentang fisiologi dan fisika penglihatan warna dan kolorimetri (1852-72). Pada tahun 1861, Maxwell pertama kali mendemonstrasikan gambar berwarna yang diperoleh dari proyeksi simultan slide merah, hijau dan biru ke layar, dengan demikian membuktikan validitas teori tiga komponen penglihatan warna dan sekaligus menguraikan cara untuk membuat fotografi warna. Dia menciptakan salah satu instrumen pertama untuk pengukuran warna kuantitatif, yang disebut disk Maxwell.
Pada tahun 1857-59. Maxwell melakukan studi teoritis tentang stabilitas cincin Saturnus dan menunjukkan bahwa cincin Saturnus hanya bisa stabil jika terdiri dari partikel padat yang tidak berhubungan.
Dalam penelitian tentang listrik dan magnet (artikel "Tentang Garis Gaya Faraday", 1855-56; "Tentang Garis Gaya Fisik", 1861-62; "Teori Dinamis Medan Elektromagnetik", 1864; "Risalah tentang Prinsip Dinamis" dua jilid Listrik dan Magnetisme", 1873) Maxwell secara matematis mengembangkan pandangan Michael Faraday tentang peran media perantara dalam interaksi listrik dan magnet. Dia mencoba (mengikuti Faraday) untuk menafsirkan media ini sebagai eter dunia yang dapat meresap ke mana-mana, namun upaya ini tidak berhasil.
Perkembangan fisika lebih lanjut menunjukkan bahwa pembawa interaksi elektromagnetik adalah medan elektromagnetik, teori yang (dalam fisika klasik) diciptakan Maxwell. Dalam teori ini, Maxwell merangkum semua fakta elektrodinamika makroskopis yang diketahui pada saat itu dan untuk pertama kalinya memperkenalkan gagasan arus perpindahan yang menghasilkan medan magnet seperti arus biasa (arus konduksi, pergerakan muatan listrik). Maxwell mengungkapkan hukum medan elektromagnetik dalam bentuk sistem 4 persamaan diferensial parsial ( persamaan Maxwell).
Sifat umum dan komprehensif dari persamaan ini diwujudkan dalam kenyataan bahwa analisisnya memungkinkan untuk memprediksi banyak fenomena dan pola yang sebelumnya tidak diketahui.
Dengan demikian, muncullah gelombang elektromagnetik, yang kemudian ditemukan secara eksperimental oleh G. Hertz. Dengan mempelajari persamaan tersebut, Maxwell sampai pada kesimpulan tentang sifat elektromagnetik cahaya (1865) dan menunjukkan bahwa kecepatan gelombang elektromagnetik lainnya dalam ruang hampa sama dengan kecepatan cahaya.
Dia mengukur (dengan akurasi lebih besar daripada W. Weber dan F. Kohlrausch pada tahun 1856) rasio satuan muatan elektrostatik dengan satuan elektromagnetik dan menegaskan kesetaraannya dengan kecepatan cahaya. Teori Maxwell menyiratkan bahwa gelombang elektromagnetik menghasilkan tekanan.
Tekanan ringan secara eksperimental ditetapkan pada tahun 1899 oleh P. N. Lebedev.
Teori elektromagnetisme Maxwell mendapat konfirmasi eksperimental lengkap dan menjadi dasar klasik fisika modern yang diterima secara umum. Peran teori ini dijelaskan dengan jelas oleh A. Einstein: “... di sini terjadi titik balik besar, yang selamanya dikaitkan dengan nama Faraday, Maxwell, Hertz. Bagian terbesar dalam revolusi ini adalah milik Maxwell... Setelah Maxwell, realitas fisik dipahami dalam bentuk medan kontinu yang tidak dapat dijelaskan secara mekanis... Perubahan konsep realitas ini adalah yang paling mendalam dan bermanfaat di antara bidang-bidang yang fisika telah dialami sejak zaman Newton".
Dalam studi tentang teori kinetika molekuler gas (artikel “Penjelasan teori gas dinamis”, 1860, dan “Teori gas dinamis”, 1866), Maxwell adalah orang pertama yang memecahkan masalah statistik distribusi kecepatan gas ideal. molekul ( Distribusi Maxwell). Maxwell menghitung ketergantungan viskositas gas pada kecepatan dan jalur bebas rata-rata molekul (1860), menghitung nilai absolutnya, dan menurunkan sejumlah hubungan termodinamika penting (1860). Koefisien viskositas udara kering diukur secara eksperimental (1866). Pada tahun 1873-74. Maxwell menemukan fenomena pembiasan ganda dalam suatu aliran ( Efek Maxwell).
Maxwell adalah seorang yang mempopulerkan ilmu pengetahuan. Dia menulis sejumlah artikel untuk Encyclopedia Britannica, buku-buku populer seperti “The Theory of Heat” (1870), “Matter and Motion” (1873), “Electricity in Elementary Exposition” (1881), diterjemahkan ke dalam bahasa Rusia. Kontribusi penting bagi sejarah fisika adalah publikasi Maxwell atas manuskrip karya G. Cavendish tentang kelistrikan (1879) dengan komentar yang luas.