詹姆斯·克拉克·麦克斯韦简介
JamesClerkMaxwell(1831 6月13 ~ 1879 11 10月5日)，出生于苏格兰爱丁堡，英国物理学家、数学家。经典电动力学的创始人，统计物理学的创始人之一。1831 6月3日出生于苏格兰爱丁堡，1879 11 10月5日在剑桥去世。
65438-0847进入爱丁堡大学学习数学和物理，毕业于剑桥大学。他成年后的大部分时间都在一所大学担任教授，最后在剑桥大学任教。《论电与磁》出版于1873，也被认为是继牛顿《自然哲学的数学原理》之后最重要的物理学经典。麦克斯韦被普遍认为是物理学中最有影响力的物理学家之一。没有电磁学，就没有现代电工技术，也就没有现代文明。
中文名:詹姆斯·克拉克·麦克斯韦。
Mbth: JamesClerkMaxwell
国籍:英国
出生地:爱丁堡
出生日期:1831六月13。
死亡日期:1879 11.5。
职业:物理学家、数学家
毕业学校:剑桥大学三一学院
信仰:无神论
主要成就:建立了英国第一个专业物理实验室。
麦克斯韦方程组建立。
经典电动力学建立了。
预言了电磁波的存在
提出了光的电磁理论。
代表作:《电磁学通论》和《论电与磁》。
求学生涯
1846智力发展很早的麦克斯韦向爱丁堡皇家学院提交了一篇科研论文。1847 16岁中学毕业，进入爱丁堡大学。这是苏格兰最高学府。他是班上最年轻的学生，但他的考试成绩总是名列前茅。他在这里专攻数学和物理，表现出非凡的天赋。他学习很努力，但他不努力。读书之后，他依然无止境地写诗、看课外书，积累了广泛的知识。在爱丁堡大学，麦克斯韦得到了攀登科学高峰所必需的基本训练。其中有两位对他影响最深，一位是物理学家、登山家福布斯，另一位是逻辑与形而上学教授汉密尔顿。福布斯是实验家，他培养了麦克斯韦对实验技术的浓厚兴趣，这是一个从事理论物理的人很难拥有的。他强迫麦克斯韦写清楚，把自己对科学史的兴趣传递给麦克斯韦。汉密尔顿教授用他广博的知识影响了他，用他优秀而怪异的批判能力刺激麦克斯韦研究基础问题。在这些有才华的人的影响下，再加上麦克斯韦个人的天赋和努力，麦克斯韦的知识日臻完善，他用三年时间完成了四年的学业。相比之下，爱丁堡大学这个摇篮已经不能满足麦克斯韦的求知欲。为了进一步研究，
1850年，在父亲的同意下，他离开爱丁堡去剑桥读书，那里人才济济。赫兹是德国一位年轻的物理学家。麦克斯韦电磁通论发表的时候，他才16岁。在当时的德国，人们还固守着牛顿的传统物理学概念。法拉第和麦克斯韦的理论对物质世界进行了全新的描述，但违背了传统，因此在德国等欧洲心脏地带没有立足之地，甚至被视为奇思妙想。当时只有玻尔兹曼和亥姆霍兹支持电磁理论的研究。赫兹后来成了亥姆霍兹的学生。在老师的影响下，赫兹对电磁学进行了深入的研究。在对比了物理事实后，他确认麦克斯韦的理论比传统的“距离理论”更有说服力。所以他决定用实验来证明。
1886年，赫兹经过反复实验，发明了一种电波环，并用这种电波环做了一系列实验。终于在1888年，人们发现了人们怀疑已久的电磁波。赫兹的实验发表后，在全世界科学界引起了轰动。法拉第开创、麦克斯韦总结的电磁理论取得了决定性的胜利。麦克斯韦的伟大遗愿终于实现了。
科学研究
1850年转入剑桥大学三一学院数学系。1854以第二名的成绩获得史密斯奖学金，毕业后留校两年。从65438年到0856年，他是苏格兰阿伯丁玛丽莎的自然哲学教授。1860伦敦国王学院自然哲学和天文学教授。1861当选为伦敦皇家学会会员。1865年春，他辞去教职回到家乡系统总结了自己在电磁学方面的研究成果，完成了电磁场理论中关于电和磁的经典巨著，发表于1873年。
1871年受聘为剑桥大学卡文迪许新成立的实验物理学教授，负责筹建著名的卡文迪许实验室。
1874完成后，他担任这个实验室的首任主任，直到10月5日在剑桥去世。
电磁爱
回顾电磁学的历史，直到1820，物理学的课程都是基于牛顿的物理学思想。自然界的“力”——热、电、光、磁和化学作用——正逐渐被归因于一系列流体的粒子之间的瞬时吸引或排斥。众所周知，磁性和静电遵循类似于万有引力定律的平方反比定律。在19世纪之前的40年里，有一股反对这种观点的潮流，赞成“力相关”。1820年，奥斯特发现的电磁现象立即成为这一新趋势的第一个证明和极其强大的驱动力，但当时的人们对此并不确定，也很困惑。奥斯特观察到的电流与磁铁的相互作用与已知现象有两个基本点的不同:它是通过动电来显示的，磁铁既没有被电流引向金属丝，也没有被金属丝推开，而是横向于金属丝定位。同年，法国科学家安培用数学方法总结了奥斯特的发现，创立了电动力学。从那时起，安培和他的追随者试图调和电磁作用与现有的观点瞬时作用的距离。
麦克斯韦的电学研究开始于1854，就在他从剑桥毕业后的几个星期。他读了法拉第关于电的实验研究，立刻被书中新颖的实验和观点所吸引。当时人们对法拉第有不同的看法和理论，批评的声音也很多。主要原因是传统的“隔空行动”观念在当时影响很深。另一方面，法拉第的理论不够严谨。法拉第是实验大师，他有常人做不到的东西，但他只是缺少数学技巧，所以他最初的想法是用直观的形式表达出来的。一般的物理学家恪守牛顿的物理理论，对法拉第的理论感到不可思议。一位天文学家曾公开宣称:“谁在确定的超距作用和模糊的力线概念上犹豫不决，谁就是在亵渎牛顿！”在剑桥的学者中，这种差异也相当明显。汤姆森也是剑桥最博学的学者之一。麦克斯韦非常钦佩他，因此他写信给汤姆生，向他请教电学方面的问题。汤姆逊比麦克斯韦大七岁，他对麦克斯韦的电学研究给予了很大的帮助。在汤姆生的指导下，麦克斯韦受到启发，相信法拉第的新理论有未知的真理。在仔细研读了法拉第的著作后，他感受到了力线思想的可贵价值，也看到了法拉第在定性表达上的弱点。于是这位刚毕业的年轻科学家决定用数学来弥补这一点。1855年，麦克斯韦发表了第一篇关于电磁学的论文，关于法拉第的磁力线。
麦克斯韦被普遍认为是从牛顿到爱因斯坦整个时期最伟大的理论物理学家。1879 48岁病逝。他辉煌的职业生涯提前结束了。
从65438年到0865年，麦克斯韦辞去了皇家科学院的主席，开始致力于科学研究，系统地总结了研究成果，写了一本电磁学专著。
麦克斯韦没有享受到应有的荣誉，因为他的科学思想和方法的意义直到20世纪科学革命来临才得到充分体现。然而，他没能看到科学革命的发生。1879 165438+10月5日，麦克斯韦因病在剑桥去世，享年48岁。那年爱因斯坦出生了。
主要成就
麦克斯韦主要从事电磁理论、分子物理、统计物理、光学、力学和弹性理论。特别是他的统一了电、磁、光的电磁场理论，是19世纪物理学发展的最辉煌的成果，是科学史上最伟大的综合体之一。
他预言了电磁波的存在。这个理论被预言并被实验充分验证。他树立了一座物理学纪念碑。造福人类的无线电技术是在电磁场理论的基础上发展起来的。麦克斯韦在1855左右开始研究电磁学。在研究了法拉第关于电磁学的新理论和思想后，他坚信法拉第的新理论包含真理。于是他抱着为法拉第的理论“提供数学方法基础”的愿望，决心用清晰准确的数学形式表达法拉第的天才思想。
他在前人成果的基础上，对电磁现象进行了系统全面的研究，并以其深厚的数学造诣和丰富的想象力，先后发表了三篇电磁场理论论文:《论法拉第的磁力线》(从1855到1856)；物理学中的力线上(1861到1862)；电磁场动力学理论(1864 65438+2月8日)。全面总结前人和自己的工作，将电磁场理论以简洁、对称、完美的数学形式表达出来，经过后人的整理和改写，成为作为经典电动力学主要基础的麦克斯韦方程组。据此，他在1865中预言了电磁波的存在，它只能是横波，并推导出电磁波的传播速度等于光速。同时，他得出光是电磁波的一种形式的结论，揭示了光现象与电磁现象的关系。1888德国物理学家赫兹通过实验验证了电磁波的存在。
麦克斯韦在1873年发表了科学巨著《电磁理论》。对电磁场理论进行了系统、全面、完善的阐述。这个理论已经成为经典物理学的重要支柱之一。麦克斯韦对热力学和统计物理学也做出了重要贡献。他是气体动力学理论的创始人之一。1859年，他首次利用统计规律得到麦克斯韦速度分布定律，从而找到了从微观量计算统计平均值的更精确的方法。在1866中，他给出了一种新的按速度推导分子分布函数的方法，这种方法是建立在正反向碰撞分析的基础上的。他引入了弛豫时间的概念，发展了一般的输运理论，并将其应用于气体的扩散、热传导和内耗。“统计力学”这个术语是在1867中引入的。麦克斯韦是运用数学工具分析物理问题，准确表达科学思想的大师。他非常重视实验。由他建立的卡文迪许实验室，在他和其后几位主任的领导下，已经发展成为世界著名的学术中心之一。
麦克斯韦方程组
研究背景
他因列出了表达电磁学基本定律的四元素方程而闻名于世。在麦克斯韦之前的许多年，人们已经对电和磁这两个领域进行了广泛的研究，人们都知道它们是密切相关的。各种适用于特定场合的电磁定律已经被发现，但在麦克斯韦之前没有完整统一的理论。麦克斯韦可以用列出的简短的四元方程组准确描述电磁场的特性及其相互作用关系(但很复杂)。就这样，他把混沌现象总结成了统一完整的理论。一个世纪以来，麦克斯韦方程在理论和应用科学中得到了广泛应用。
优势
麦克斯韦方程最大的优点在于它的普适性，可以适用于任何情况。在此之前，所有的电磁定律都可以从麦克斯韦方程推导出来，很多之前无法求解的未知数也可以从方程推导的过程中找出。
这些新成就中最重要的是由麦克斯韦本人得出的。根据他的方程，可以证明电磁场周期振荡的存在。这种振荡叫电磁波，一旦发出，就会通过空间向外传播。根据方程，麦克斯韦可以表示电磁波的速度接近30万公里(65，438+086，000英里)/秒，麦克斯韦意识到这与测量的光速相同。由此，他得出了光本身是由电磁波构成的正确结论。
因此，麦克斯韦方程不仅是电磁学的基本定律，也是光学的基本定律。事实上，所有以前已知的光学定律都可以从方程中推导出来，许多以前未发现的事实和关系也可以从方程中推导出来。在此基础上，麦克斯韦认为光是频率在一定范围内的电磁波。这是对光的本质认识的又一重大进步。正是在这个意义上，人们认为麦克斯韦统一了光学和电磁学，这是19世纪科学史上最伟大的综合之一。
可见光不是唯一的电磁辐射。麦克斯韦方程表明，与可见光波长和频率不同的其他电磁波也可能存在。这些理论结论后来被海因里希·赫兹的公开演示所证明。赫兹不仅产生而且测试了麦克斯韦预言的看不见的波。几年后，Gaglielmo Marconi证明了这些看不见的电波可以用于无线电通信，于是无线电问世了。今天我们也用不可见光进行电视交流。x射线、伽马射线、红外线和紫外线是电磁辐射的其他例子。所有这些射线都可以用麦克斯韦方程来研究。
意义
麦克斯韦的主要贡献是建立了麦克斯韦方程组，建立了经典电动力学，预言了电磁波的存在，提出了光的电磁理论。麦克斯韦是电磁理论的大师。他出生于电磁学理论创始人法拉第提出电磁感应定理的1831年，后来与法拉第结下了难忘的友谊，与* * *共同构建了电磁学理论的科学体系。在物理学史上，牛顿的经典力学打开了机械时代的大门，而麦克斯韦的电磁理论为电气时代奠定了基石。
天文学和热力学
虽然麦克斯韦出名主要是因为他对电磁学和光学的巨大贡献，但他也对许多其他学科做出了重要贡献，包括天文学和热力学。他的特别兴趣之一是气体运动学。麦克斯韦意识到不是所有的气体分子都以同样的速度运动。有些分子运动很慢，有些分子运动很快，有些分子运动速度极快。麦克斯韦导出了一个公式，用于求出以一定速度运动的已知气体中分子的百分比。这个公式叫做麦克斯韦分布，它是应用最广泛的科学公式之一，在物理学的许多分支中都起着重要的作用。
力学
麦克斯韦对力学的贡献主要有:1853年，普及了偏振光测应力的方法；1864中提出了结点力学中的桁架内力图解法，指出桁架形状和内力图是一对互易图，提出了求解超静定桁架位移的单位载荷法。1868中提出了粘弹性材料的模型(Maxwell模型)，引入了弛豫时间的概念。同年，在《论调节器》中，分析了蒸汽机自动调速器和钟表机构的运动稳定性。在1870中，G.R. Airy提出的弹性力学中的应力函数由二维推广到三维，并指出它应满足双调和方程。1873给出了带电系统中重力和斥力引起的应力场。
卡文迪什实验室
麦克斯韦的另一项重要工作是建立了剑桥大学的第一个物理实验室——著名的卡文迪许实验室。这个实验室对实验物理的发展产生了极其重要的影响，许多著名的科学家都在这个实验室工作过。卡文迪什实验室甚至被誉为“诺贝尔物理学奖获得者的摇篮”。作为实验室的首任主任，麦克斯韦在1871的就职演说中对实验室未来的教学方针和研究精神做了精彩的阐述，这是科学史上的一次重要演说。麦克斯韦的工作路线是理论物理，但他清楚地知道，实验主导的时代还没有结束。他批判了当时英国传统的“粉笔”物理学，呼吁加强实验物理学的研究及其在大学教育中的作用，为后世奠定了实验科学精神。
土星环的理论分析
早在1787年，拉普拉斯就把土星环算成了固体。当时他已经确定，土星光环作为一个均匀的刚性环，不会因为两个条件而坍缩。一个是它运行的速度平衡了离心力和土星引力，另一个是。
环的密度与土星的密度之比超过了0.8的临界值，以至于环的内外层之间的引力超过了离心力与不同半径处的引力之差。他之所以有这样的推论，是因为均匀环的运动在动力学上是不稳定的，任何破坏平衡的微小位移都会导致环的运动被破坏，使光环落到土星上。拉普拉斯推测土星环是一个质量分布不规则的固体环。
到了1855年，理论仍然停留在这里，而在此期间，人们观察到了一个新的土星暗环，进一步的分离现象，以及自200年前被发现以来环系统整体规模的缓慢变化。因此，一些科学家提出了一个假说来解释土星环的动态稳定性。这个假设是土星环是由固态流体和大量彼此不致密的物质组成的。麦克斯韦根据这个假设进行了讨论。他首先从拉普拉斯留下的实心环理论入手，确定了任意形状环的稳定性条件。麦克斯韦根据土星中心圆环引起的势列出了运动方程，得到了匀速运动时势的一阶导数的两个限制，进而从泰勒展开得到了关于稳定运动的二阶导数的三个条件。麦克斯韦将这些结果转化为关于质量分布傅里叶级数前三个系数的条件。所以他证明了几乎所有能想到的环都是不稳定的，除非有一个奇妙的特例。这种特殊情况意味着均匀环在某一点所携带的质量是剩余质量的4.43倍到4.67倍之间。但这种特殊情况下的固体环会在不均匀重力下坍缩，所以固体环的理论假设不能成立。
光学
麦克斯韦早在1849年就在爱丁堡的福布斯实验室开始了混色实验。当时爱丁堡有很多色彩学者，除了福布斯、威尔逊、布鲁斯特，还有一些对眼睛感兴趣的医生和科学家。实验的主要目的是观察快速旋转的圆盘上几个彩色扇区产生的颜色。麦克斯韦和福布斯首先做了一个实验，让红、黄、蓝的组合产生灰色。他们的实验失败了，主要原因是蓝色和黄色的混合不会像往常一样产生绿色，而是在两者都不占优势的情况下产生一种略带红色的颜色，而这种与红色的混合不能产生任何灰色。
人物作品
结婚
1856年4月30日，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦被任命为阿伯丁马里查尔学院的自然哲学教授。在阿伯丁，马克斯韦尔遇到了马沙尔学院院长的女儿KatherineMaryDewar。凯瑟琳比麦克斯韦大七岁，漂亮，比他略高，明朗坦率。
1858 2月18日，他给珍妮·月经写信，通知她订婚的消息，说，亲爱的月经，这封信是告诉你，我要有老婆了。我不完全写她的全部素质，我觉得不合适；但我想告诉你的是，我们彼此需要，比我见过的任何一对情侣都要亲密。不用担心；
她不学数学；但是除了数学还有很多其他的东西，她也不想用数学取胜。现在你知道她是谁了。她就是凯瑟琳·玛丽·杜瓦(目前为止)。我听到罗伯特叔叔谈到(间接)她的父亲，院长。她妈妈是个上流社会的淑女，文静严谨，但对待一切总是以宽容的态度。情况就是这样。我已经和她把事情解决了，一切都很顺利。这些都是有保障的，你就知道了。麦克斯韦在诗中表达了他对凯瑟琳的感情:
你和我会永远在一起。
在生机勃勃的春潮中，
我的神有
穿越如此广阔的世界？
我要用我的一生
介绍这个充满活力的春潮，
真的会成就三个自我
穿越这个世界的浩瀚
在这首诗中，麦克斯韦真诚地表达了他的爱。1858年7月4日，马克斯韦尔与KatherineMaryDewar(后改为克拉克·马克斯韦尔姓，即改为马克斯韦尔姓，取名凯瑟琳·克拉克·马克斯韦尔。他们结婚的时候，她已经34岁了——她已经是维多利亚时代的老处女了。)正式结婚，婚礼在香港仔举行。
性格评估
1931年，爱因斯坦在百年诞辰纪念大会上评价麦克斯韦的成就，“是自牛顿以来物理学中最深刻、最有成果的工作。
麦克斯韦在电磁学方面的成就被称为继艾萨克·牛顿之后的“物理学的第二次大统一”。麦克斯韦被普遍认为是20世纪最有影响力的19世纪物理学家。他对基础自然科学的贡献仅次于艾萨克·牛顿。
科学史上，都说牛顿统一了天上和地上的运动规律，是第一次大合成，麦克斯韦统一了电和光，是第二次大合成，所以应该和牛顿一样有名。
《电磁学通论》是电磁学理论的经典著作，可以与牛顿的数学原理(力学)和达尔文的物种起源(生物学)相提并论。从安培、奥斯特、法拉第、汤姆逊、麦克斯韦，经过几代人的不懈努力，终于建立起了电磁理论的宏伟大厦。这本书的出版，当然成了物理学的一件大事，当时麦克斯韦才42岁，已经回到剑桥担任实验物理学教授。人们很早就通过他之前颇有见地的论文认识了他，他的朋友、学生和科学界人士对他的书期待已久，争先恐后地在各地书店购买，以求一睹为快，所以这本书的第一版很快被抢购一空。
性格影响
2065438+2006年6月17日，美国国家航空航天局宣布它正在测试一种具有独特机翼的小型混合动力飞机，带有14个电动机。美国国家航空航天局将其命名为X-57，也被称为“麦克斯韦”。麦克斯韦的名字来源于19世纪的苏格兰物理学家JamsClerkMaxwell。