经典物理学大师—麦克斯韦 (生平、科研成果介绍-期末论文)
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物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的主要成就介绍詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(1831?1879),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,统计物理学的奠基人之一。
麦克斯韦主要从事电磁理论、分子物理学、统计物理学、光学、力学、弹性理论方面的研究。
尤其是他建立的电磁场理论,将电学、磁学、光学统一起来,是19世纪物理学发展的最光辉的成果,是科学史上最伟大的综合之一。
他预言了电磁波的存在。
这种理论预见后来得到了充分的实验验证。
他为物理学树起了一座丰碑。
造福于人类的无线电技术,就是以电磁场理论为基础发展起来的。
麦克斯韦大约于1855年开始研究电磁学,在潜心研究了法拉第关于电磁学方面的新理论和思想之后,坚信法拉第的新理论包含着真理。
于是他抱着给法拉第的理论"提供数学方法基础"的愿望,决心把法拉第的天才思想以清晰准确的数学形式表示出来。
他在前人成就的基础上,对整个电磁现象作了系统、全面的研究,凭借他高深的数学造诣和丰富的想象力接连发表了电磁场理论的三篇论文:《论法拉第的力线》(1855年12月至1856年2月);《论物理的力线》(1861至1862年);《电磁场的动力学理论》(1864年12月8日)。
对前人和他自己的工作进行了综合概括,将电磁场理论用简洁、对称、完美数学形式表示出来,经后人整理和改写,成为经典电动力学主要基础的麦克斯韦方程组。
据此,1865年他预言了电磁波的存在,电磁波只可能是横波,并推导出电磁波的传播速度等于光速,同时得出结论:光是电磁波的一种形式,揭示了光现象和电磁现象之间的联系。
1888年德国物理学家赫兹用实验验证了电磁波的存在。
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生活常识分享麦克斯韦的生平麦克斯韦的成就
导语:麦克斯韦出生在英国爱丁堡一个普通地主家庭,他8岁时母亲就去世了,之后一直在父亲的教导下学习科学,麦克斯韦在16岁时就进入爱丁堡大学读
麦克斯韦出生在英国爱丁堡一个普通地主家庭,他8岁时母亲就去世了,之后一直在父亲的教导下学习科学,麦克斯韦在16岁时就进入爱丁堡大学读书,在1850年也就是他19岁的时候继续到剑桥大学学习数学,1854年的时候,从数学系毕业开始留校任职直到去世。
这就是早年间麦克斯韦的生平经历。
麦克斯韦的生平经历中还着重提到了麦克斯韦的成就,他15岁时就独立发表过数学论文,他在物理学中的最大贡献是建立了统一的光和电磁理论,他也曾经预言了电磁波的存在,这种预言在100多年后变成了现实,得到了世人的充分认可,麦克斯还曾经写出科学巨著《电磁学通论》,这本书中讲述了统一的经典电磁场理论。
麦克斯韦还独自应用数学统计的方法导出了分子运动规律,并且发明了麦克斯韦速度分布律,麦克斯韦还曾经创立了定量色度学,这是他研究过土星的光环和视觉理论后创立的一门学科,他生前也一直在着手建立卡文迪许实验室,后来这个实验室成为了世界最著名的学术中心之一。
麦克斯韦的生平经历很精彩,虽然他只活了49岁,但却是物理学界最著名的一颗明珠。
麦克斯韦这一生中做过很多预言,他曾经预言过电磁波的存在,也曾经预言过手机的出现,不过,可惜在他生前人们并没有对他的预言太过当真,直到他死后很多年人们才意识到这位天才科学家的预言有多么准确。
麦克斯韦的成就。
科学家介绍麦克斯韦(James Clerk Maxwell.1831-1879年)在法拉第发现电磁感应现象的1831年,麦克斯韦在英国的爱丁堡出生了。
他从小聪明好问。
父亲是个机械设计师,很赏识自己儿子的才华,常带他去听爱丁堡皇家学会的科学讲座。
10岁时送他到爱丁堡中学。
在中学阶段,他就显示出了在数学和物理方面的才能,十五岁那年就写了一篇关于卵形线作图法的论文,被刊登在《爱丁堡皇家学会学报》上。
1847年,16岁的麦克斯韦考入爱丁堡大学。
1850年又转入剑桥大学。
他学习勤奋,成绩优异,经著名数学家霍普金斯和斯托克斯的指点,很快就掌握了当时先进的数学理论。
这为他以后的发展打下了良好的基础。
1854年在剑桥大学毕业后,曾先后任亚伯丁马里夏尔学院、伦敦皇家学院和剑桥大学物理学教授。
他的口才不行,讲课效果较差。
麦克斯韦在电磁学方面的贡献是总结了库仑、高斯、安培、法拉第、诺埃曼、汤姆孙等人的研究成果,特别是把法拉第的力线和场的概念用数学方法加以描述、论证、推广和提升,创立了一套完整的电磁场理论。
他自己在1873年谈论它他的巨著《电学和磁学通论》时曾说过:“主要是怀着给(法拉第的)这些概念提供数学方法基础的愿望,我开始写作这部论著。
”1855~1856年,他发表了第一篇关于电磁理论的论文:《论法拉第的力线》。
在这篇文章中,他把法拉第的力线和不可压缩流体中的流线进行类比,用数学形式--矢量场--来描述电磁场,并总结了6个数学公式(有代数式、微分式和积分式)来表示电流、电场、磁场、磁通量以及矢势之间的关系。
这是他把法拉第的直观图像数学化的一次尝试,此后麦克斯韦电磁场理论就是在这个基础上发展起来的。
1860年麦克斯韦转到伦敦皇家学院任教。
一到伦敦,他就带着这篇论文拜访年近古稀的法拉第。
法拉第4年前看到过这篇论文,会见时对麦克斯韦大加赞赏的说:“我不认为自己的学说一定是真理,但你是真正理解它的人。
”“这是一篇出色的文章,但你不应该停留在用数学来解释我的观点,而应该突破它。
介绍麦克斯韦的演讲稿尊敬的各位领导、教师和同学们:大家好!今天我非常荣幸能够在这里向大家介绍一位伟大的科学家——詹姆斯·克拉克·麦克斯韦。
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)是19世纪最伟大的物理学家之一,被誉为电磁学的奠基人。
他于1831年出生在苏格兰爱丁堡,从小就展现出对科学的浓厚兴趣和天赋。
麦克斯韦在物理学领域的贡献是巨大的。
他的最重要的成就之一是他的电磁理论,也被称为麦克斯韦方程组。
通过这些方程,他成功地将电磁现象统一起来,揭示了电磁波的存在,并预测了光是一种电磁波。
这一理论的发现对于电磁学和光学的发展产生了深远的影响,为后来的科学家提供了重要的指导。
除了电磁理论,麦克斯韦还对热力学和统计物理学做出了重要贡献。
他提出了麦克斯韦速度分布定律,解释了气体分子的速度分布规律,为统计物理学的发展奠定了基础。
他还提出了麦克斯韦妖(Maxwell's demon)的思想实验,引发了对热力学第二定律的深入思考。
麦克斯韦不仅是一位杰出的科学家,还是一位优秀的教育家和作家。
他的教育理念强调实践和实验,鼓励学生通过实际操作来理解科学原理。
他的著作《电磁理论》(A Treatise on Electricity and Magnetism)成为了电磁学的经典教材,对后来的科学家产生了深远的影响。
麦克斯韦的成就不仅仅是在科学领域,他还对人类社会的发展做出了积极的贡献。
他是一位虔诚的基督徒,他的信仰和科学研究相辅相成,使他能够更好地理解自然界的奥秘。
他的工作和思想对于推动科学和宗教的和谐发展起到了重要的作用。
总之,詹姆斯·克拉克·麦克斯韦是一位伟大的科学家和教育家,他的电磁理论和其他贡献对于现代科学的发展产生了深远的影响。
他的成就不仅仅是科学上的,还体现了他对人类社会和宗教的关注。
让我们铭记麦克斯韦的伟大,继续努力追求科学的真理,为人类的进步做出自己的贡献。
一、生平简介麦克斯韦(James Clerk Maxwel 1831~1879)英国物理学家,1831年6月13日生于英国爱丁堡的一个地主家庭,8岁时,母亲去世,在父亲的诱导下学习科学,16岁时进入爱丁堡大学,1850年转入剑桥大学研习数学,1854年以优异成绩毕业于该校三一学院数学系,并留校任职。
1856年到阿伯丁的马里沙耳学院任自然哲学教授。
1860年到伦敦任皇家学院自然哲学及天文学教授。
1865年辞去教职还乡,专心治学和著述。
1871年受聘为剑桥大学的实验物理学教授,负责筹建该校的第一所物理学实验室——卡文迪许实验室,1874年建成后担任主任。
1879年第11月5日在剑桥逝世,终年只有49岁。
二、科学成就麦克斯韦自幼聪颖,15岁就发表过数学论文,一生从事过许多方面的物理学研究工作:1.麦克斯韦在物理学中的最大贡献是建立了统一的经典电磁场理论和光的电磁理论,预言了电磁波的存在。
而这种理论预见后来得到了充分的实验证实。
1873年,麦克斯韦完成巨著《电磁学通论》,这是一部可以同牛顿的《自然哲学的数学原理》相媲美的书,具有划时代的意义。
2.麦克斯韦在电磁学实验方面也有重要贡献。
他建立了实验验证的严格理论,并重复卡文迪许的实验,将实验精度提高了3个数量级。
他的验证理论成为后世精确验证静电力平方反比定律的依据。
此外他还发明了麦克斯韦电桥。
3.麦克斯韦在分子动理论方面的功绩也是不可磨灭的。
他运用数学统计的方法导出了分子运动的麦克斯韦速度分布律。
还研究过土星的光环和视觉理论,创立了定量色度学。
他负责建立起来的卡文迪许实验室,在他和以后几位主任的领导下,发展成为名闻世界的学术中心之一。
在其短暂的生涯中,麦克斯韦迈出了物理学中从未有人走过的最重要的几步,他的成就无论在深度和广度上都可以和爱因斯坦相比拟,甚至难以想象,如果不是受到麦克斯韦工作的启发,爱因斯坦会取得那么巨大的成功。
爱因斯坦在自传中说:“在我求学的时代,最吸引人的题目就是麦克斯韦的理论”,“特殊的相对论起原于麦克斯韦的电磁场方程”。
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦詹姆斯·克拉克·麦克斯韦是伟大的英国物理学家,1831年生于苏格兰爱丁堡。
他的智力发育格外早,年仅十五岁时,就向爱丁堡皇家学院递交了一份科研论文。
他就读于爱丁堡大学,毕业于剑桥大学。
他成年时期的大部分时刻是在大学里当教授,最后是在剑桥大学任教。
他结过婚,但没有小孩。
他由于列出了表达电磁差不多定律的四元方程组而闻名于世。
在麦克斯韦往常的许多年间,人们就对电和磁这两个领域进行了广泛的研究,人们都明白这两者是紧密相关的。
适用于特定场合的各种电磁定律已被发觉,然而在麦克斯韦之前却没有形成完整、统一的学说。
麦克斯韦用列出的简短四元方程组(但却专门复杂),就能够准确地描画出电磁场的特性及其相互作用的关系。
如此他就把纷乱纷纭的现象归纳成为一种统一完整的学说。
麦克斯韦方程在理论和应用科学上都差不多广泛应用一个世纪了。
麦克斯韦方程的最大优点在于它的通用性,它在任何情形下都能够应用。
在此往常所有的电磁定律都可由麦克斯韦方程推导出来,许多从前没能解决的未知数也能从方程推导过程中寻出答案。
这些新成果中最重要的是由麦克斯韦自己推导出来的。
依照他的方程能够证明出电磁场的周期振荡的存在。
这种振荡叫电磁波,一旦发出就会通过空间向外传播。
依照方程,麦克斯韦就能够表达出电磁波的速度接近3 00000公里(186000英里)/秒,麦克斯韦认识到这同所测到的光速是一样的。
由此他得出光本身是由电磁波构成的这一正确结论。
因此,麦克斯韦方程不仅是电磁学的差不多定律,也是光学的差不多定律。
的确如此,所有先前已知的光学定律能够由方程导出,许多先前未发觉的事实和关系也可由方程导出。
在此基础上,麦克斯韦认为光是频率介于某一范畴之内的电磁波。
这是人类在认识光的本性方面的又一大进步。
正是在这一意义上,人们认为麦克斯韦把光学和电磁学统一起来了,这是1 9世纪科学史上最伟大的综合之一。
可见光并不是唯独的一种电磁辐射。
摘要
麦克斯韦是19世纪英国伟大的物理学家、数学家。
主要科学贡献在电磁学方面,对前人和他自己的工作进行了综合概括,将电磁场理论用简洁的数学形式表示出来,创立麦克斯韦方程组。
同时,作为数学物理学的大师,又非常重视数学理论与物理实验相结合的,是运用数学工具分析物理问题和精确地表述科学思想的大师。
在其短暂的一生中,却迈出了物理学中从未有人走过的重要的几步。
关键词:
麦克斯韦方程组科学方法
引言
麦克斯韦主要从事电磁理论、分子物理学、统计物理学、光学、力学、弹性理论方面的研究。
是继法拉第之后,集电磁学大成的伟大科学家。
他依据库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、法拉第等前人的一系列发现和实验成果,建立了第一个完整的电磁理论体系,不仅科学地预言了电磁波的存在,而且揭示了光、电、磁现象的本质的统一性,将电学、磁学、光学统一起来,完成了物理学的又一次大综合,是19世纪物理学发展的最辉煌的成果,这一自然科学理论的成果,奠定了现代的电力工业、电子工业和无线电工业的基础。
正如量子论的创立者普朗克(Max Plank l858—1947)指出的:“麦克斯韦的光辉名字将永远镌刻在经典物理学家的门扉上,永放光芒。
从生地来说,他属于爱丁堡;从个性来说,他属于剑桥大学;从功绩来说,他属于全世界。
”
经典物理学大师—麦克斯韦
麦克斯韦的突出贡献
麦克斯韦(James Clerk Maxwell 1831--1879)英国物理学家、数学家。
1831年6月13日生于苏格兰-爱丁堡的一户名门望族。
父亲约翰·克拉克·麦克斯韦的职业是律师,但他的主要兴趣却是在制作各种机械和研究科学问题,他这种对科学技术的强烈爱好,对麦克斯韦一生有深刻的影响。
8岁时,母亲去世,麦克斯韦在父亲的诱导下学习科学。
10岁进入爱丁堡中学, 14岁在中学时期就发表了第一篇科学论文《论卵形曲线的机械画法》,反映了他在几何和代数方面的丰富知识。
16岁进入爱丁堡大学学习物理,三年后,即1850年,他转入剑桥大学三一学院研习数学,正是在剑桥学习期间,为他打下了扎实的数学基础,为他尔后把数学分析和实验研究紧密结合创造了条件。
麦克斯韦大约于1855年开始研究电磁学,在潜心研究了法拉第关于电磁学方面的新理论和思想之后,坚信法拉第的新理论包含着真理。
于是他抱着给法拉第的理论“提供数学方法基础”的愿望,决心把法拉第的天才思想以清晰准确的数学形式表示出来。
他在前人成就的基础上,对整个电磁现象作了系统、全面的研究,凭借他高深的数学造诣和丰富的想象力接连发表了电磁场理论的三篇论文:《论法拉第的力线》(1855年12 月至1856年2月);《论物理的力线》(1861至1862年);《电磁场的动力学理论》(1864年12月8日)。
对前人和他自己的工作进行了综合概括,将电磁场理论用简洁、对称、完美数学形式表示出来,经后人整理和改写,成为经典电动力学主要基础的麦克斯韦方程组。
麦克斯韦方程组(Maxwell's equations)
麦克斯韦方程组(Maxwell's equations)是英国物理学家麦克斯韦在19世纪建立的描述电磁场的基本方程,它包含有四个方程组,不仅分别描述了电场和磁场的行为,也描述了它们之间的关系。
麦克斯韦的四个方程分别表达了:电荷是如何产生电场的(高斯定律);验证了磁单极子的不存在(高斯磁场定律);电流和变化的电场是怎样产生磁场的(安培定律),以及变化的磁场是如何产生电场(法拉第电磁感应定律)。
1865年,麦克斯韦建立了最初形式的方程组,由20个等式和20个变量组成。
他在1873年尝试用四元数来表达,但未成功。
当代使用的数学表达式是由奥利弗•亥维赛和乌伊拉德·吉
布斯于1884年使用矢量分析的形式重新表达的。
据此,1865年他预言了电磁波的存在,电磁波只可能是横波,并计算了电磁波的传播速度等于光速,同时得出结论:光是电磁波的一种形式,揭示了光现象和电磁现象之间的联系。
1888年德国物理学家赫兹用实验验证了电磁波的存在。
麦克斯韦于1873年出版了科学名著《电磁理论》。
系统、全面、完美地阐述了电磁场理论。
这一理论成为经典物理学的重要支柱之一。
麦克斯韦的科学思想方法
麦克斯韦是运用数学工具分析物理问题和精确地表述科学思想的大师,他非常重视实验,由他负责建立起来的卡文迪什实验室,在他和以后几位主任的领导下,发展成为举世闻名的学术中心之一。
他善于从实验出发,经过敏锐的观察思考,应用娴熟的数学技巧,从缜密的分析和推理,大胆地提出有实验基础的假设,建立新的理论,再使理论及其预言的结论接受实验检验,逐渐完善,形成系统、完整的理论。
特别是汤姆孙W卓有成效地运用类比的方法使麦克斯韦深受启示,使他成为建立各种模型来类比研究不同物理现象的能手。
在他的电磁场理论的三篇论文中多次使用了类比研究方法,寻找到了不同现象之间的联系,从而逐步揭示了科学真理。
麦克斯韦严谨的科学态度和科学研究方法是人类极其宝贵的精神财富。
其科学思想方法主要表现在:
(1)用类比方法揭示物理现象的内在联系
类比通常指对两类对象在性质或关系方面的类似性进行研究,并在此基础上做出推断,由
一类对象已知的属性和关系,而达到对另一类对象的某种未知属性和关系的推测,所以它是一
种从特殊到特殊的思维方式。
在科学研究中起着触类旁通、启迪思维、为新的科学探索开辟道路的重要作用。
麦克斯韦指出:“物理类比的意思是利用一种科学定律和另一种科学定律之间的部分类似性,用它们中的一个去说明另一个。
”“类比是建立在两类定律在数学形式上相似的基础上。
”类比可以沟通不同领域的研究方法,可以在解析的抽象形式和假设之间提供媒介,还可以启发
新的物理思想,帮助人们去认识和发现一些尚待研究的物理过程和规律。
麦克斯韦从汤姆孙(W.Thomson,1824-1907, 即开尔文, L.Kelvin)的类比中受到启发,在《论法拉第力线》中,他为了对法拉第的观念做出精密的处理,采用了类比方法,把力线和不可压缩流体的流线加以比较。
因为流体的速度方向与流线的切线方向相同且反比于流管的截面积,所以力的强度也反比于力管的截面积,这就获得了既表示力的强度又表示力的方向的几何模
型。
因为在各向同性的无限大的均匀介质中,以流体源为球心,在与此源距离f处的速度与距离的平方成反比,所以点电荷产生的电场强度与流体源在流体中产生的速度相对应。
从这些类比中麦克斯韦得出:流体中的压强与静电电势相对应,流体中的压力梯度与电势梯度相对应。
他明确指出,由于导体中电阻的存在,为了在一个闭合回路中产生稳恒电流,还必须有电动势存在。
麦克斯韦通过把电场和流速场类比,在对法拉第力线作出了精密的数学处理的基础上,他
依据电磁学的一些基本原理(如欧姆定律、安培环路定理等),确立了各电磁量之间的相互联系,采用通量、环流、散度、旋度等具有明确定义的量,来描述电场和磁场在空间中的变化情况,并建立起电磁场的基本方程。
(2)用精确的数学语言建立电磁场理论:
简明精确的数学语言是表述科学概念、科学理论的重要形式,是科学发展的要求,也是科学成熟的标志之一。
麦克斯韦在《电磁场的动力学理论》中,确立了场的概念,引进了位移电流概念,按照电磁学的基本原理(高斯定理、电荷守恒定律)推导出全电流定理,最后建立起电磁场的基本方程。
凭借他深厚的数学基础和娴熟的数学技巧,将他的思想、模型和图象最终表述为电磁场的基本方程组。
麦克斯韦方程组的意义
在麦克斯韦以前的许多年间,人们就对电和磁这两个领域进行了广泛的研究,人们都知道着两者是密切相关的,使用于各种场合的电磁定律已被发现,但是在麦克斯韦之前却没有完整统一的学说,麦克斯韦用简洁的四元方程组(但却十分复杂),就可以准确的描绘出电磁场的特性及其相互作用的联系,这样一来,他就把混乱纷繁的现象归纳成为一种统一完整的学说,麦克斯韦方程组在理论和应用科学上都已经广泛应用了一个多世纪,其最大的优点在于它的通用性,它在任何情况下都可以应用,在此以前所有的电磁定律都可以由麦克斯韦方程推导出来,许多以前没能解决的未知数也能从方程推导过程中寻出答案。
麦克斯韦根据他的方程组可以证明电磁场的周期振荡的存在,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,麦克斯韦就可以表达出电磁波的速度接近300000公里(186000英里)/秒,麦克斯韦意识到这同测到的光速是一样的,由此他得出光本身是由电磁波构成的这一正确理论。
因此,麦克斯韦方程组不仅是电磁学的基本定律,也是光学的基本定律。
的确如此,所有先前已知的光学定律都可以由方程导出,许多先前未发现的事实和关系也可以由方程导出。
1879年11月5日,麦克斯韦患癌症去世,终年只有49岁。
物理学史上一颗可以同牛顿交相辉映的明星陨落了。
他正当壮年就不幸夭折,这是非常可惜的。
他的理论为近代科学技术开辟了一条崭新的道路,可是他的功绩,在他活着的时候却没有得到人们重视。
麦克斯韦的一生,是咤叱风云的一生,也是自我牺牲的一生。
这位科学巨匠生前的荣誉远远不及法拉第,直到他死后许多年,在赫兹证明了电磁波存在以后人们才意识到,并且公认他是“牛顿以后世界上最伟大的数学物理学家”。
参考资料
《大学物理导论》——物理学的理论与方法、历史与前沿向义和著清华大学出版社
《破解电磁场奥秘的天才麦克斯韦》周兆平著安徽人民出版社
《麦克斯韦方程》(美)孔金瓯著高等教育出版社。