Джеймс Клерк Максвелл

`    ОмГТУ

Кафедра АРТ

 

 

       Реферат 

        по дисциплине

История Автоматизации.

 

 

«Джеймс Клерк Максвелл»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент группы УС-112

Касьянов Я.В.

05.11.2012

Проверил: Кудинов В.Н.

 

 

2012 г.

 

  Введение.

Джеймс Клерк Максвелл – известный британский физик и математик, чей огромный вклад в науку можно сравнить с вкладом, внесенным Исаака Ньютона. Джеймс родился 13 июня 1831 года в Эдинбурге, столице Шотландии. Умер 5 ноября 1879 года в Кембридже в Англии.

Максвелл заложил основы современной классической электродинамики, ввёл в физику понятия тока смещения и электромагнитного поля, исследовал  электромагнитную природу света и его давление. Один из основателей кинетической теории газов,   установил распределение молекул газа по скоростям. Одним из первых ввёл в физику статистические представления, показал статистическую природу второго начала термодинамики , получил ряд важных результатов в молекулярной физике и термодинамике . Пионер количественной теории цветов; автор принципа цветной фотографии. Также имеет ряд заслуг в астрономии, оптике, математике и других научных сферах. Сконструировал множество научных приборов.

Джеймс Максвелл неординарная личность,

 

Биография.

 

Он родился 13 июня 1831 года в Эдинбурге  в семье помещика и дворянина. Происходил из знатной шотландской  фамилии Клерков Пеникуик. Отец его, юрист по образованию, приняв фамилию Максвелл, жил в своем имении в Гленлэре, где и протекло детство Джеймса. Среди его предков можно найти политических деятелей, поэтов, музыкантов и ученых.

Отец Максвелла был глубоко  образованным человеком с разносторонними  интересами. Он редко покидал свое имение и профессиональной деятельностью (в качестве советника юстиции) занимался  лишь от случая к случаю. Он принимал живое участие в индустриальном развитии страны, и, кроме того, его  постоянным занятием были различные  небольшие технические изобретения. После ранней смерти матери (она  умерла, когда Джеймсу было 8 лет) отец заботливо воспитывал мальчика. На первом плане стояли занятия естественными науками. У Джеймса очень рано пробудился интерес к технике и развились практические навыки.

В согласии с национальными традициями и общественными условиями большое  место в воспитании отводилось религиозным  наставлениям в духе английского  протестантизма. Детским годам был  обязан Максвелл и своим удивительным знанием текста Библии и стихов из «Потерянного рая» Мильтона. В остальном  маленький Джеймс рос и развивался среди детей служащих поместья и  мелких крестьян, но, как подчеркивает биограф, «с духовными запросами  члена правящего класса».

Первый опыт уроков на дому не привел к ожидаемому успеху. На жесткие  воспитательные меры домашнего учителя  мальчик отвечал упрямством и  замкнутостью. В аристократической  школе, которую он посещал впоследствии, Джеймс обратил на себя внимание благодаря  большим математическим способностям.

Поначалу учёба не привлекала Максвелла, однако постепенно он почувствовал к  ней вкус и стал лучшим учеником класса. В это время он увлёкся геометрией, делал из картона многогранники. Его понимание красоты геометрических образов возросло после лекции художника Дэвида Рамзая Хея об искусстве этрусков. Размышления над этой темой привели Максвелла к изобретению способа рисования овалов. Этот метод, восходивший к работам Рене Декарта, состоял в использовании булавок-фокусов, нитей и карандаша, что позволяло строить окружности (один фокус), эллипсы (два фокуса) и более сложные овальные фигуры (большее количество фокусов). Эти результаты были доложены профессором Джеймсом Форбсом на заседании Эдинбургского королевского общества и затем опубликованы в его «Трудах». За время учёбы в академии Максвелл близко сошёлся с одноклассником Льюисом Кемпбеллом ), впоследствии известным филологом-классицистом и биографом Максвелла, и будущим известным математиком Питером Гатри Тэтом, учившимся классом ниже.

Перейдя в 1847 г. в эдинбургский университет, Максвелл, под руководством Келланда, Форбса и др., с жаром принялся за изучение физики и математики; его работы, относящиеся к этому времени, указывают уже на необыкновенные его способности. До этого он много занимался вопросами оптики, особенно поляризацией света и кольцами Ньютона. Им в основном руководил физик Вильям Николь, имя которого осталось жить в истории науки в названии призмы, данном в его честь.

В областях, не имеющих отношения  к его предмету, Максвелл также  старался получить прочные знания. Позднее, требуя, чтобы образование  молодых естествоиспытателей не ограничивалось каким-либо специальным  предметом, он опирался на собственный  опыт. Для углубленного понимания  проблем естествознания он считал необходимым  изучение философии, истории науки  и эстетики.

За время учёбы Максвелл подготовил статью о кривых качения, однако основное внимание он уделял изучению механических свойств материалов при помощи поляризованного света. Идея этого исследования восходит к его знакомству весной 1847 года с известным шотландским физиком Уильямом Николем , который подарил ему два поляризационных прибора своей конструкции (призмы Николя). Максвелл понял, что поляризованное излучение можно использовать для определения внутренних напряжений нагруженных твёрдых тел. Он изготавливал модели тел различных форм из желатина и, подвергая их деформациям, наблюдал в поляризованном свете цветные картины, соответствовавшие кривым направлений сжатия и растяжения. Сравнивая результаты своих опытов с теоретическими расчётами, Максвелл проверил многие старые и вывел новые закономерности теории упругости, в том числе в тех случаях, которые были слишком сложны для расчёта. Всего он решил 14 задач о напряжениях внутри полых цилиндров, стержней, круглых дисков, полых сфер, плоских треугольников, сделав, таким образом, существенный вклад в развитие метода фотоупругости.

Эти результаты также представляли значительный интерес для строительной механики. Максвелл доложил их в 1850 году на одном из заседаний Эдинбургского королевского общества, что стало свидетельством первого серьёзного признания его трудов.

В 1850 году, несмотря на желание отца оставить сына поближе к себе, было решено, что Максвелл отправится в Кембриджский университет, чтобы получить более престижное образование. Осенью он прибыл в Кембридж, где поступил в самый дешёвый колледж Питерхаус, получив комнату в здании самого колледжа. Однако он не был удовлетворён учебной программой Питерхауса, к тому же не было практически никаких шансов остаться в колледже после окончания обучения. Многие его родственники и знакомые, в том числе профессора Джеймс Форбс и Уильям Томсон (будущий лорд Кельвин), советовали ему поступать в Тринити-колледж; здесь же учились некоторые его шотландские друзья. В итоге после первого семестра в Питерхаусе Джеймс убедил отца в необходимости перевода в Тринити.

В 1852 году Максвелл стал стипендиатом колледжа и получил комнату непосредственно в его здании. В это время он мало занимался научной деятельностью, зато много читал, посещал лекции Джорджа Стокса и семинары Уильяма Хопкинса, готовившего его к сдаче экзаменов, заводил новых друзей, писал ради забавы стихи (многие из них были впоследствии опубликованы Льюисом Кемпбеллом). Максвелл принимал активное участие в интеллектуальной жизни университета. Он был избран в «клуб апостолов», объединявший двенадцать человек с самыми оригинальными и глубокими идеями; там он выступал с докладами на самые различные темы. Общение с новыми людьми позволило ему компенсировать застенчивость и сдержанность, которые выработались у него за годы спокойной жизни на родине. Распорядок дня Джеймса также представлялся многим необычным: с семи утра до пяти вечера он работал, затем ложился спать, вставал в половине десятого и принимался за чтение, с двух по полтретьего ночи в качестве зарядки бегал по коридорам общежития, после чего опять спал, уже до самого утра.

К этому времени окончательно сформировались его философские и религиозные  взгляды. Последние характеризовались  значительной эклектичностью, восходившей  к годам его детства, когда  он посещал как пресвитерианскую церковь отца, так и епископальную церковь тёти Изабеллы. В Кембридже Максвелл стал приверженцем теории христианского социализма, развиваемой теологом Фредериком Денисоном Морисом идеологом «широкой церкви» и одним из основателей Рабочего колледжа. Считая главным способом совершенствования общества образование и развитие культуры, Джеймс принимал участие в работе этого учреждения, читал там по вечерам популярные лекции. Вместе с тем, несмотря на безусловную веру в Бога, он не был слишком религиозен, неоднократно получая предупреждения за пропуски церковных служб.

В январе 1854 года Максвелл сдал итоговый трёхступенчатый экзамен по математике и, заняв второе место в списке студентов, получил степень бакалавра. В следующем испытании — письменном математическом исследовании на соискание традиционной премии Смита — он решил задачу, предложенную Стоксом и касавшуюся доказательства теоремы, которая ныне называется теоремой Стокса. По итогам этого испытания он разделил премию со своим однокурсником.

После сдачи экзамена Максвелл решил  остаться в Кембридже для подготовки к профессорскому званию. Он занимался  с учениками, принимал экзамены в  Челтенхем-колледже, заводил новых друзей, продолжал сотрудничать с Рабочим колледжем, по предложению редактора Макмиллана начал писать книгу по оптике (она так и не была закончена), а в свободное время посещал в Гленлэре отца, здоровье которого резко ухудшилось. К этому же времени относится шуточное экспериментальное исследование по «котоверчению», вошедшее в кембриджский фольклор: его целью было определение минимальной высоты, падая с которой, кошка встаёт на четыре лапы. Однако главным научным интересом Максвелла в это время была работа по теории цветов. Однако главным научным интересом Максвелла в это время была работа по теории цветов. Опыты Максвелла показали, что белый цвет не может быть получен смешением синего, красного и жёлтого, как полагали Дэвид Брюстер и некоторые другие учёные, а основными цветами являются красный, зелёный и синий. К годам работы в Кембридже относится и первый серьёзный интерес Максвелла к проблеме электричества.

В 1856 Максвелл получил назначение на пост профессора в Абердине и, проведя лето в родовом имении, в октябре прибыл на новое место работы. С первых дней своего пребывания в Абердине Максвелл приступил к налаживанию преподавания на кафедре натуральной философии, пребывавшей в заброшенном состоянии. Он искал верную методику обучения, пытался приучить студентов к научной работе, однако не слишком преуспел в этом. В Абердине произошли серьёзные перемены в личной жизни Максвелла: в феврале 1858 года состоялась его помолвка с Кэтрин Мэри Дьюар, младшей дочерью директора Маришаль-колледжа Дэниела Дьюара , профессора церковной истории, а в июне состоялась свадьба. Сразу после свадьбы Максвелл был исключён из числа членов совета Тринити-колледжа, поскольку нарушил обет безбрачия. В Абердине Максвелл занимался исследованием устройства колец Сатурна и их устойчивостью. Другим его основным научным занятием  в это время стала кинетическая теория газов, основанная на представлениях о теплоте как роде движения частичек газа (атомов или молекул). Максвелл уточнил численный коэффициент в выражении для средней длины свободного пробега, а также доказал равенство средних кинетических энергий в равновесной смеси двух газов, рассмотрел процессы диффузии и теплопроводности.

Максвелл был вполне доволен  своим местом работы, которое требовало  его присутствия только с октября  по апрель; остальное время он проводил в Гленлэре. Положение Максвелла изменилось в конце 1859 года, когда вышло постановление об объединении двух абердинских колледжей — Маришаль-колледжа и Кингс-колледжа — в рамках Абердинского университета. В этой связи с сентября 1860 года упразднялось место профессора, занимавшееся Максвеллом (объединённая кафедра была отдана влиятельному профессору Кингс-колледжа Дэвиду Томсону). Попытка выиграть конкурс на должность профессора натуральной философии Эдинбургского университета, освободившуюся после ухода Форбса, провалилась: эту позицию получил его старый друг Питер Тэт. В начале лета 1860 года Максвелл получил приглашение занять пост профессора кафедры натуральной философии лондонского Кингс-колледжа.

Работа в Кингс-колледже, где делался упор на экспериментальную науку и где обучалось большое число студентов, оставляла ему мало свободного времени. Впрочем, он успевал проводить домашние эксперименты с мыльными пузырями и цветовым ящиком, опыты по измерению вязкости газов. В 1861 году Максвелл вошёл в состав Комитета по эталонам, задачей которого было определение основных электрических единиц. В качестве материала эталона электрического сопротивления был взят сплав платины и серебра. Результаты тщательных измерений были опубликованы в 1863 году и стали основанием для рекомендации Международным конгрессом электриков (1881) ома, ампера и вольта в качестве основных единиц. Максвелл продолжал также заниматься теорией упругости и расчётом сооружений, рассматривал методами графостатики напряжения в фермах (теорема Максвелла), анализировал условия равновесия сферических оболочек, развивал методы построения диаграмм внутренних напряжений в телах. За эти работы, имеющие важное практическое значение, ему была присуждена премия Кейта Эдинбургского королевского общества.

В 1865 году Максвелл решил покинуть Лондон и вернуться в родное имение. Причиной этого стало желание больше времени уделять научной работе, а также педагогические неудачи: ему никак не удавалось поддерживать дисциплину на своих чрезвычайно сложных лекциях. Вскоре после переезда в Гленлэр он тяжело заболел рожистым воспалением головы в результате ранения, полученного на одной из конных прогулок. После выздоровления Максвелл активно взялся за хозяйственные дела, перестройку и расширение своего поместья. Он регулярно посещал Лондон, а также Кембридж, где принимал участие в приёме экзаменов. Весну 1867 года Максвелл вместе со своей часто болевшей женой по совету врача провёл в Италии, познакомился с достопримечательностями Рима и Флоренции, встретился с профессором Карло Маттеуччи , практиковался в языках (он хорошо знал греческий, латинский, итальянский, французский и немецкий). Через Германию, Францию и Голландию они вернулись на родину. В 1870 году Максвелл выступил в качестве президента секции математики и физики на съезде Британской ассоциации в Ливерпуле.