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詹姆斯·克拉克·麥克斯韋

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詹姆斯·克拉克·麥克斯韋(James Clerk Maxwell,1831年6月13日—1879年11月5日),出生於英國蘇格蘭愛丁堡,物理學家、數學家,經典電動力學創始人,統計物理學奠基人之一,英國皇家學會院士,生前是英國劍橋大學卡文迪許實驗室主任 [6] 
詹姆斯·克拉克·麥克斯韋於1847年進入愛丁堡大學學習;1850年轉入劍橋大學三一學院數學系學習;1854年從劍橋大學畢業後留校任職兩年;1856年被任命為蘇格蘭阿伯丁的馬裏沙爾學院自然哲學講座教授;1860年到倫敦國王學院任自然哲學和天文學教授;1861年當選為英國皇家學會院士;1865年春辭去教職回到家鄉;1871年受聘為劍橋大學新設立的卡文迪許試驗物理學教授;1874年擔任卡文迪許實驗室第一任主任 [8]  ;1879年11月5日因病在劍橋逝世,年僅48歲。
詹姆斯·克拉克·麥克斯韋主要從事電磁理論、分子物理學、統計物理學、光學、力學、彈性理論方面的研究。
中文名
詹姆斯·克拉克·麥克斯韋
外文名
James Clerk Maxwell
國    籍
英國
出生地
愛丁堡
出生日期
1831年6月13日
逝世日期
1879年11月5日
畢業院校
劍橋大學三一學院
職    業
教育科研工作者
代表作品
電磁學通論》、《論電和磁》
主要成就
創建英國第一個專門的物理實驗室
建立了麥克斯韋方程組
創立了經典電動力學
預言了電磁波的存在
提出了光的電磁説 展開
主要成就
創建英國第一個專門的物理實驗室
建立了麥克斯韋方程組
創立了經典電動力學
預言了電磁波的存在
提出了光的電磁説
1861年當選為英國皇家學會院士 收起

詹姆斯·克拉克·麥克斯韋人物生平

麥克斯韋年輕時的照片
麥克斯韋年輕時的照片(2張)
1831年6月13日,詹姆斯·克拉克·麥克斯韋出生於英國蘇格蘭愛丁堡,
1846年,向愛丁堡皇家學院遞交了一份科研論文。
詹姆斯·克拉克·麥克斯韋
詹姆斯·克拉克·麥克斯韋(5張)
1847年,16歲中學畢業,進入愛丁堡大學學習,專攻數學、物理,在學習之餘他仍然寫詩,在此期間受到物理學家和登山家福布斯、邏輯學和形而上學教授哈密頓的影響。
1850年,徵得了父親的同意後離開愛丁堡大學,轉入劍橋大學三一學院數學系學習。
1854年,以第二名的成績獲得史密斯獎學金,畢業留校任職兩年。
1856年4月30日,被任命為蘇格蘭阿伯丁的馬裏沙爾學院自然哲學講座教授。
1860年,到倫敦國王學院任自然哲學和天文學教授。
1861年,當選為英國皇家學會院士。
1865年春,辭去教職回到家鄉系統地總結他關於電磁學的研究成果,完成了電磁場理論著作《論電和磁》,並於1873年出版。
1871年,受聘為劍橋大學新設立的卡文迪許試驗物理學教授,負責籌建卡文迪許實驗室。
1874年,擔任卡文迪許實驗室的第一任主任 [8] 
1879年11月5日,因病在劍橋逝世,年僅48歲。

詹姆斯·克拉克·麥克斯韋主要成就

詹姆斯·克拉克·麥克斯韋科研成就

  • 科研綜述
詹姆斯·克拉克·麥克斯韋建立的電磁場理論,將電學、磁學、光學統一起來。在熱力學與統計物理學方面,他是氣體動理論的創始人之一。1859年他首次用統計規律得出麥克斯韋速度分佈律,從而找到了由微觀量求統計平均值的更確切的途徑。1866年他給出了分子按速度的分佈函數的新推導方法,這種方法是以分析正向和反向碰撞為基礎的。他引入了弛豫時間的概念,發展了一般形式的輸運理論,並把它應用於擴散、熱傳導和氣體內摩擦過程。1867年引入了“統計力學”這個術語。
  • 麥克斯韋方程組
詹姆斯·克拉克·麥克斯韋大約於1855年開始研究電磁學,他在前人成就的基礎上對整個電磁現象作了系統、全面的研究,接連發表了電磁場理論的三篇論文:《論法拉第的力線》(1855年12月至1856年2月)、《論物理的力線》(1861至1862年)、《電磁場的動力學理論》(1864年12月8日)。對前人和他自己的工作進行了綜合概括,將電磁場理論用簡潔、對稱、完美的數學形式表達了出來,經後人整理和改寫,成為經典電動力學主要基礎的麥克斯韋方程組。根據他的方程可以證明出電磁場的週期振盪的存在。這種振盪叫電磁波,一旦發出就會通過空間向外傳播。根據方程可以表達出電磁波的速度接近300000公里(186000英里)/秒,他認識到這同所測到的光速是一樣的。由此他得出光本身是由電磁波構成的這一正確結論。因此,麥克斯韋方程不僅是電磁學的基本定律,也是光學的基本定律。
  • 預言電磁波
1865年,詹姆斯·克拉克·麥克斯韋預言了電磁波的存在,電磁波只可能是橫波,並推導出電磁波的傳播速度等於光速,同時得出結論:光是電磁波的一種形式,揭示了光現象和電磁現象之間的聯繫。1888年德國物理學家海因裏希·魯道夫·赫茲用實驗驗證了電磁波的存在。之後伽格利耶爾摩·馬可尼證明這些不可見光波可以用於無線電通訊,無線電隨之問世。
  • 麥克斯韋分佈式
詹姆斯·克拉克·麥克斯韋認識到並非所有的氣體分子都按同一速度運動。有些分子運動慢,有些分子運動快,有些以極高速度運動。他推導出了求已知氣體中的分子按某一速度運動的百分比公式,這個公式叫做“麥克斯韋分佈式”。
  • 力學方面
1853年,詹姆斯·克拉克·麥克斯韋推廣用偏振光測量應力的方法;1864年,提出結構力學中桁架內力的圖解法,指出桁架形狀和內力圖是一對互易圖,並提出求解靜不定桁架位移的單位載荷法。1868年,對粘彈性材料提出一種模型(後稱麥克斯韋模型),並引進鬆弛時間的概念;同年,在《論調節器》中分析了蒸汽機自動調速器和鐘錶機構的運動穩定性問題。1870年,將G.R.艾裏提出的彈性力學中的應力函數由二維推廣到三維,並指出它應滿足雙調和方程。1873年,給出荷電系統中引力和斥力引起的應力場。
  • 學術論著
1855年,詹姆斯·克拉克·麥克斯韋發表了第一篇關於電磁學的論文《論法拉第的力線》。
1863年,《論電學量的基本關係》推廣傅立葉在熱的理論中開始的程序,宣佈了同質量、長度、時間度有關的電學量和磁學量的定義,以便於提供對那種二元的電學單位制的第一個最完整透徹的説明。他引入了成為標準的記號,把量綱關係表示為用括弧括起來的質量、長度、時間量度的冪的乘積,帶有各自的無量綱的乘數。在這一年,麥克斯韋已經找到了在電磁量與光速之間的一個純唯象性質的環節。
1865年,《電磁場的動力學理論》為解決與光速之間的純唯象問題提供了一個新的理論框架。它以實驗和幾個普遍的動力學原理為根據,證明了不需要任何有關分子渦旋或電粒子之間的力的專門假設,電磁波在空間的傳播就會發生。在這篇論文中完善了他的方程式。他採用拉格朗日和哈密頓創立的數學方法,由該方程組直接導出了電場和磁場的波動方程,其波動的傳播速度為一個介電係數和導磁係數的幾何平均的倒數,這一速度正當等於光速。這一結果又再一次與麥克斯韋推算結果完全一致。至此電磁波的存在確定無疑。由此,麥克斯韋大膽的斷定,光也是一種電磁波。。
1873年,《電磁學通論》麥克斯韋比以前更為徹底地應用了拉格朗日的方程,推廣了動力學的形式體系。

詹姆斯·克拉克·麥克斯韋人才培養

  • 指導學生
根據2023年7月數學譜系項目網站數據,詹姆斯·克拉克·麥克斯韋在劍橋大學先後指導喬治·克里斯托(George Chrystal) [5] 賀拉斯·蘭姆(Horace Lamb) [4]  2名學生 [3] 

詹姆斯·克拉克·麥克斯韋榮譽表彰

時間
榮譽表彰
授予單位
1854年
Smith's Prize

1857年
Adams Prize

1860年
Rumford Medal

1861年6月
英國皇家學會院士(Fellow) [7] 
英國皇家學會(Royal Society)
1869年—1871年
Keith Prize


愛丁堡皇家學會院士(Fellowship)
愛丁堡皇家學會(the Royal Society of Edinburgh)

詹姆斯·克拉克·麥克斯韋個人生活

  • 婚姻家庭
詹姆斯·克拉克·麥克斯韋和他的妻子 詹姆斯·克拉克·麥克斯韋和他的妻子
詹姆斯·克拉克·麥克斯韋在阿伯丁工作期間,認識了馬沙爾學院院長的女兒凱瑟琳·瑪麗·迪尤爾(Katherine Mary Dewar),凱瑟琳年長他七歲,身材比他略高。1858年7月4日兩人正式結婚,婚禮在阿伯丁舉行。

詹姆斯·克拉克·麥克斯韋人物評價

天文學和熱力學雖然麥克斯韋成名主要是在於他對電磁學和光學做出的巨大貢獻,但是他對許多其它學科也做出了重要的貢獻,其中包括天文學和熱力學。他的特殊興趣之一是氣體運動學。
物理學史上認為牛頓的經典力學打開了機械時代的大門,而麥克斯韋電磁學理論則為電氣時代奠定了基石。
麥克斯韋被普遍認為是對物理學最有影響力的物理學家之一。

詹姆斯·克拉克·麥克斯韋後世紀念

  • X-57 Maxwell
紀念郵票 紀念郵票
2016年6月17日,為了紀念物理學家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋,美國航空航天局(NASA)將一款機翼獨特的混合動力小型飛機命名為X-57 Maxwell [1-2] 
參考資料