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麦克斯韦的电磁理论提出(电磁理论的重要奠基人——麦克斯韦)

麦克斯韦的电磁理论提出(电磁理论的重要奠基人——麦克斯韦)

麦克斯韦,有多牛逼?(摇摇欲坠的麦克斯韦方程组出自他自己之手。)

从18世纪到19世纪,欧洲像开放一样,诞生了无数天才科学家。

这些天才科学家取得的辉煌成就奠定了现代学科的理论基础,为20世纪人类科学技术的全面发展创造了条件。

以我们通信行业为例。目前我们最前沿的通信技术,无论是5G还是Wi-Fi 6,都是基于电磁理论。电磁理论是在18 ~ 19世纪奠定的。

我们今天这篇文章的主角是著名的麦克斯韦,电磁理论的重要奠基人之一。

麦克斯韦,全名叫詹姆斯克拉克麦克斯韦,是英国著名的物理学家和数学家。除了建立电磁理论和开创经典电动力学之外,他还是统计物理学的奠基人之一。

麦克斯韦的生活和过去

让首先回顾麦克斯韦的整个生命历程。

相比之前小枣君给大家介绍的其他大神,Maxwell s的人生经历可以说是非常平淡,不富不贵,也不跌宕起伏。

麦克斯韦于1831年6月13日出生在苏格兰的爱丁堡。他的父亲是一名辩护律师,名叫詹姆斯克拉克。之所以有多余的麦克斯韦尔姓是克拉克家族和麦克斯韦家族关系很深,小麦克斯韦的曾祖母就来自麦克斯韦家族。麦克斯韦史小的父亲也继承了麦克斯韦家族的一些财产。

在他的童年时代,麦克斯韦虽然家境富裕,但由于他的口音很重,经常被同龄人嘲笑,所以他很孤僻,没有我不喜欢说话。他的教育主要由他母亲负责。

8岁时,麦克斯韦他的母亲因病去世,这使他更加沉默寡言。

然而,幸运的是,麦克斯韦父亲没有没有放弃对他的爱,积极鼓励和陪伴他成长。他父亲发现儿子经常画一些几何图形,就亲自教他学数学。

当时他父亲还雇了一个家教来指导他。但是这个导师对小麦克斯韦极其刻薄,经常骂他愚钝任性。因此,他的父亲在1841年11月解雇了家庭教师,并把小麦克斯韦尔送到了著名的爱丁堡学院。

在此期间,麦克斯韦住在他的姨妈伊莎贝拉这是我们的家。这位阿姨对小麦克斯韦照顾有加,教育有方,对他的人生产生了很多积极的影响。阿姨的女儿,也就是小麦克斯韦杰迈玛的表兄启发了小麦克斯韦他对绘画的兴趣和热爱。据不可靠消息,杰迈玛也是小麦克斯韦的初恋。

15岁时,麦克斯韦在《爱丁堡皇家学会杂志》上发表了他的第一篇论文—— 《卵形线》(椭圆曲线),在当地引起了不小的轰动。

1847年,16岁的麦克斯韦如愿进入爱丁堡大学。此时,他是班里年龄最小的学生,但成绩却总是名列前茅。他专攻数学物理,也接受过实验物理、逻辑等学科的严格训练。

1850年,经父亲同意,他转学到剑桥大学。起初,他在彼得学院学习,后来,根据他自己的意愿,他转到了三一学院。在三一学院,他被推选加入剑桥使徒3354,这是剑桥大学的一个秘密精英社团。

马克斯韦尔是三一学院的学生,手里拿着一个自己发明的比色环。

1851年,他开始跟随著名数学家威廉霍普金斯学习数学。

1854年,23岁的麦克斯韦以第二名的成绩从剑桥大学三一学院数学系毕业,并留校任教。

1855年,麦克斯韦看了法拉第大神的《电学实验研究》一书,被书中各种电磁感应实验所吸引。他正式开始研究电磁学,从此一发不可收拾(后面会详细介绍)。

1856年,麦克斯韦来到苏格兰阿伯丁的马歇尔学院,担任自然哲学教授。他当时才25岁,比其他教授至少年轻15岁。

1858年6月,麦克斯韦尔娶了马歇尔学院院长丹尼尔杜瓦的女儿凯瑟琳玛丽杜瓦。凯瑟琳比麦克斯韦大7岁,比麦克斯韦高,漂亮开朗。他们的婚姻生活非常和谐,浪漫而甜蜜,后来他们有了两个女儿。

麦克斯韦和凯瑟琳。

1860年,马歇尔学院与国王学院合并。阿伯丁学院将成为阿伯丁大学。虽然麦克斯韦有一定的影响力,但他仍然没有获得了新学派自然哲学教授的职位,他还没有成功地申请了爱丁堡大学的同一职位。绝望中,麦克斯韦被介绍给金他是伦敦大学的自然哲学和天文学教授。

这时,麦克斯韦进入了他一生中最多产的时期。他在电磁学领域的几篇重要论文都是在这个时期发表的。1861年,麦克斯韦被选为伦敦皇家学会的成员。

1865年,麦克斯韦辞去教职,和凯瑟琳一起回到家乡格伦莱尔,开始系统总结电磁学的研究成果。在此期间,他完成了电磁场理论的经典巨著3354 《电磁通论》,并于1873年出版。

1871年,麦克斯韦受聘为剑桥大学第一任实验物理学教授,负责筹建该校第一个物理实验室——卡文迪许实验室3354。

1874年,卡文迪许实验室建成后,麦克斯韦担任了实验室的首任主任。

卡文迪许实验室闻名于世,对实验物理学的发展产生了极其重要的影响,被誉为诺贝尔物理学奖获得者的摇篮。

卡文迪什实验室旧址,29位诺贝尔奖获得者诞生于此。

后来,一直致力于照顾生病的妻子(在照顾生病的父亲之前)的麦克斯韦精疲力尽。不久,我被发现生病了。

1879年11月5日,麦克斯韦因胃癌在剑桥去世,享年48岁。

此时,他刚刚修改完第二版《电磁通论》的前九章。值得一提的是,他的母亲在同样的年龄死于同样的癌症(也有人说他的母亲死于肺结核)。

麦克斯韦死了,葬在苏格兰西南部的洛克肯附近的一个教堂里。

麦克斯韦的墓碑

麦克斯韦的成就和贡献

好,接下来,让让我们看看麦克斯韦人生的成就。

一直以来,麦克斯韦在学术界和史学界都被赋予了非常高的地位。他的学术贡献被认为可以与牛顿和爱因斯坦相媲美。

普通人可能会质疑,麦克斯韦真的有那么牛逼吗?能和牛魔王,丘比特平起平坐吗?没他不就在麦克斯韦尔上工作吗?s方程?值得推崇吗?

霍霍,麦克斯韦民间名气不够大是因为他患了麦克斯韦方程。

看牛魔王的三大法则。我们在中学的时候就能理解他们。简而言之,这个公式围绕着F=ma ,这很简单。

爱上帝 相对论,反正大家都不我不明白,只知道它这太棒了,而且够了。公式E=MC ^ 2,至少看起来简单,容易记忆。

麦克斯韦Duang的方程如下:

你能理解吗?记得吗?你会写吗?

可能你在大学的时候,曾经理解过。我相信你我现在已经忘了。

以上,这是改进的天才物理学家奥利弗亥维赛德的翻版。最初的麦克斯韦方程有20个方程,更惨。

所以麦克斯韦属于普通人能我不明白他为什么牛逼,而专业人士明明知道他牛逼,可I don’我无法解释他为什么这么棒。

麦克斯韦生活中很少有八卦新闻,他的名字也没有成为和安培、赫兹、特斯拉一样的物理单位,影响了他在普通人眼中的知名度。

事实上,总而言之,麦克斯韦最大的贡献是共同参与了电磁理论的基础,找出了光、电、磁的真相,最终帮助人类控制了电磁波。

没有麦克斯韦,就不会有电磁波的广泛应用(或者多年以后),就不会有手机、收音机、收音机、微波炉、雷达、卫星、CT、b超……人类社会,那将是完全不同的景象。历史的发展会是另一种结局。

让让我们回顾一下电磁理论的诞生过程。

1820年,丹麦科学家奥斯特通过磁针偏转的偶然发现,提出电流具有磁效应。

不久之后,毕奥和萨伐尔在拉普拉斯的帮助下,提出了著名的毕奥-萨伐尔定律,可以计算空间中任何电流产生的磁场。然而,这种方法在实际使用中很麻烦。

后来安培发现了一种更实用简单的计算电流周围磁场的方法,这就是安培回路定理。安培还总结了一个非常实用的判断电流产生磁场方向的法则,就是大家熟知的安培法则(也就是右手螺旋法则)。

后来法拉第大神出来了。经过反复实验,他提出了电磁感应定律(1831年),引入了电场和磁场的概念(1837年),指出电和磁周围都有场,打破了距离动作在牛顿力学中。

迈克尔法拉第(1791~1867)

然而,法拉第是一个实验物理学家。小时候,因为家里穷,他没有没有接受正统的教育,他的数学能力很弱,所以他不能他无法通过数学公式来证明他的理论,他一直对此很担心。

法拉第书3354 《电学的实验研究》,从头到尾没有公式。

在法拉第在无声的召唤中,上帝派了——麦克斯韦,一位数学和物理方面的天才,来帮助法拉第实现他的愿望。

1855年,麦克斯韦发表了一篇论文—— 《论法拉第的力线》,首次尝试将数学形式引入法拉第的磁力线概念,从而初步建立了电与磁的数学关系。这篇文章引起了物理学界的关注,也得到了法拉第本人的称赞。

1862年,麦克斯韦发表了他的第二篇论文—— 《论物理学的力线》。在这篇论文中,他提出了诸如位移电流和电磁场第一次,并给出了电磁理论更完整的数学表述。

1864年,麦克斯韦发表了他的第三篇论文—— 《电磁场的动力学理论》。这篇论文不仅给麦克斯韦方程,还提出了电磁波第一次。

麦克斯韦认为变化的电场会激发磁场,磁场反过来会激发电场。这种不断变化的电场和磁场共同构成电磁场,以横波的形式在空间传播,也就是电磁波。

麦克斯韦计算了电磁波的传播速度,发现非常接近光速。所以,他指出:光和磁是同一物质的两种性质,光是按照电磁定律在电磁场中传播的电磁扰动。"

这些突破极大地验证了法拉第他发现了电磁感应定律,让法拉第毫无遗憾地离开了这个世界(1867年)。

法拉第很幸运,但麦克斯韦就没那么幸运了。

麦克斯韦虽然通过完善的数学公式奠定了电磁理论的基础,但由于理论过于深奥复杂,公式过于抽象,并没有得到大众的广泛认可。

在牛顿力学仍然占主导地位的时期,麦克斯韦的理论遭到主流学术界的抵制,很少有年轻学者愿意追随他。

据说在麦克斯韦在他去世后,当他还在坚持不懈地宣传电磁波理论时,只有两个听众愿意听他的课。一个是来自美国的研究生,另一个是后来发明电子管的弗莱明。

他死后,主流学术界仍然没有我不接受他的理论。

这不是直到他死后9年,即1888年,年轻的德国物理学家赫兹通过实验首次证实了电磁波的存在,这才真正验证了麦克斯韦理论。麦克斯韦他的贡献和地位得到了全世界的认可。如果他知道

海因里希鲁道夫赫兹(海因里希鲁道夫赫兹)

在科学史上,一般认为牛顿中国统一了天空和地球的运动规律,这是&首先大统一,而麦克斯韦他的电、磁、光的统一是第二大一统。

值得一提的是,爱因斯坦受到麦克斯韦方程之后,想要以同样的方式统一力场,把宏观力和微观力放在同一个公式中,实现最终的统一理论。结果不成功。否则,世界将再次变得不同。

此外,麦克斯韦 《电磁学通论》作为电磁学的经典著作,常被拿来与牛顿 《自然哲学的数学原理》(力学)和达尔文 《物种起源》(生物)。

所有这些都足以证明麦克斯韦的伟大。

上面提到的贡献只有麦克斯韦电磁理论方面的工作。除了电磁理论,麦克斯韦还在光学、天文学、分子运动理论、热力学等诸多领域进行了深入的研究,对后世产生了深远的影响。

比如物理学四大神兽之一的麦克斯韦妖,就是麦克斯韦围绕热力学第二定律提出的一个悖论。

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回顾麦克斯韦的出生和死亡,我们会发现两个惊人的巧合。在麦克斯韦——年,法拉第发现了电磁感应;麦克斯韦去世的那一年,爱因斯坦诞生了。

爱因斯坦一生非常推崇麦克斯韦,他后来的许多研究成果(狭义相对论等。)都离不开麦克斯韦早期的贡献。有些人还开玩笑说爱因斯坦是麦克斯韦的终身弟子。

1931年,在麦克斯韦百年诞辰之际。的诞生,爱因斯坦评价麦克斯韦的成就是自牛顿以来最深刻和最有成果的物理学著作。"

量子理论的创始人普朗克也是麦克斯韦的忠实粉丝。他这样评价麦克斯韦:他光辉的名字将永远镌刻在经典物理学的大门上,永放光芒。从出生地来说,他属于爱丁堡;在性格上,他属于剑桥大学;就功绩而言,他属于全世界。"

来自20世纪最伟大天才的肯定,足以说明19世纪最伟大天才的价值。不是不是吗?

标签:麦克斯韦理论电磁


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