近代电磁学的奠基人之一麦克斯韦.pptVIP

近代电磁学的奠基人之一 -麦克斯韦 詹姆斯克拉克麦克斯韦 ，英国物理学家、数学家 。科学史上，称牛顿把天 上和地上的运动规律统一 起来，是实现第一次大综 合，麦克斯韦把电、光统 一起来，是实现第二次大 综合，因此应与牛顿齐名 。1873年出版的论电和 磁，也被尊为继牛顿 自然哲学的数学原理之 后的一部最重要的物理学 经典。没有电磁学就没有 现代电工学，也就不可能 有现代文明。 简介 James Clerk Maxwell 公元1831公元1879 詹姆斯克拉克麦克斯韦是伟大的英国物理学家 ，经典电磁理论的创始人。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光是在大 学里当教授，最后是在剑桥大学任教。他结过婚，但 没有孩子。 麦克斯韦生前没有享受到他应得的荣誉，因为他的 科学思想和科学方法的重要意义直到20世纪科学革命 来临时才充分体现出来。然而他没能看到科学革命的 发生。1879年11月5日，麦克斯韦因病在剑桥逝世， 年仅48岁。那一年正好爱因斯坦出生。科学史上这种 巧合还有一次是在1642年，那一年伽利略去世，牛顿 出生。 家庭情况 詹姆斯克拉克麦克斯韦1831年6月13日生于苏格 兰古都爱丁堡，麦克斯韦的父亲约翰是一名不随流 俗 的机械设计师，他对麦克斯韦的影响非常大。他 是长老会教友，但思路开阔，思想敏锐，讲求实际 ，特别能干。家里的事情，不分巨细，他都料理得 很好。修缮房屋，打扫庭院，给孩子们制做玩具， 乃至裁剪衣服，他样样都能胜任。1847年，麦克斯 韦16岁，中学毕业，进入爱丁堡大学学习。这里是 苏格兰的最高学府。他是班上年纪最小的学生，但 考试成绩却总是名列前茅。他在这里专攻数学物理 ，并且显示出非凡的才华。他读书非常用功，但并 非死读书，在学习之余他仍然写诗，不知满足地读 课外书，积累了相当广泛的知识。 大学学习 在爱丁堡大学，麦克斯韦获得了攀登科学高峰所必备的基础训练。其 中两个人对他影响最深，一是物理学家和登山家福布斯，一是逻辑学和形 而上学教授哈密顿。福布斯是一个实验家，他培养了麦克斯韦对实验技术 的浓厚兴趣，一个从事理论物理的人很难有这种兴趣。他强制麦克斯韦写 作要条理清楚，并把自己对科学史的爱好传给麦克斯韦。哈密顿教授则用 广博的学识影响着他，并用出色的怪异的批评能力刺激麦克斯韦去研究基 础问题。在这些有真才实学的人的影响下，加上麦克斯韦个人的天才和努 力，麦克斯韦的学识一天天进步，他用三年时间就完成了四年的学业，相 形之下，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 步深造，1850年，他征得了父亲的同意，离开爱丁堡，到人才济济的剑桥 去求学。 赫兹是德国的一位青年物理学家。麦克斯韦的电磁学通论发表之 时，他只16岁。在当时的德国，人们依然固守着牛顿的传统物理学观念， 法拉第、麦克斯韦的理论对物质世界进行了崭新的描绘，但是违背了传统 ，因此在德国等欧洲中心地带毫无立足之地，甚而被当成奇谈怪论。当时 支持电磁理论研究的，只有波尔茨曼和赫尔姆霍茨。赫兹后来成了赫姆霍 茨的学生。在老师的影响下，赫兹对电磁学进行了深入的研究，在进行了 物理事实的比较后，他确认，麦克斯韦的理论比传统的“超距理论”更令人 信服。于是他决定用实验来证实这一点。1886年，赫兹经过反复实验，发 明了一种电波环，用这种电波环作了一系列的实验，终于在1888年发现了 人们怀疑和期待已久的电磁波。赫兹的实验公布后，轰动了全世界的科学 界，由法拉第开创、麦克斯韦总结的电磁理论，至此取得了决定性的胜利 。麦克斯韦的伟大遗愿终于实现了。 科研阶段 1847年进入爱丁堡大学学习数学和物理。1850年转 入剑桥大学三一学院数学系学习，1854年以第二名的成绩 获史密斯奖学金，毕业留校任职两年。1856年在苏格兰阿 伯丁的马里沙耳任自然哲学教授。1860年到伦敦国王学院 任自然哲学和天文学教授。1861年选为伦敦皇家学会会员 。1865年春辞去教职回到家乡系统地总结他的关于电磁学 的研究成果，完成了电磁场理论的经典巨著论电和磁 ，并于1873年出版，1871年受聘为剑桥大学新设立的卡 文迪什试验物理学教授，负责筹建著名的卡文迪什实验室 ，1874年建成后担任这个实验室的第一任主任，直到 1879年11月5日在剑桥逝世。 主要研究领域 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。这种理论遇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。在热力学与统计物理学方面麦克斯韦 也作出了重要贡献，他是气体动理论的创始人之一。1859 年他首次用统计规律得出麦克斯韦速度分布律，从而找到 了由微观两求统计平均值的更确切的途径。1866年他给出 了分子按速度的分布函数的新推导方法，这种方法是以分 析正向和反向碰撞为基础的。他引入了驰豫时间的概念， 发展了一般形式的输运理论，并把它应用于扩散、热传导 和气体内摩擦过程。1867年引入了“统计力学”这个术语。 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。 詹姆斯克拉克麦克斯韦 电磁情缘 回顾电磁学的历史，物理学的历程一直到1820年的时候都是以牛顿 的物理学思想为基础的。自然界的“力”热、电、光、磁以及化学 作用正在被逐渐归结为一系列流体的粒子间的瞬时吸引或排斥。人们 已经知道磁和静电遵守类似引力定律的平方反比定律。在19世纪以前 的40年中，出现了一种反对这种观点的动向，这种观点赞成“力的相 关”。1820年，奥斯特发现的电磁现象马上成了这种新趋势的第一个 证明和极为有力的推动力，但当时的人又对此捉摸不定和感到困惑。 奥斯特所观察到的电流与磁体间的作用有两个基本点不同于已知的现 象：它是由运动的电显示出来的，而且磁体既不被引向带电流的金属 线，也不被它推开，而是对于它横向定位。同一年，法国科学家安培 用数学方法总结了奥斯特的发现，并创立了电动力学，此后，安培和 他的追随者们便力图使电磁的作用与有关瞬时的超距作用的现存见解 调和起来。 麦克斯韦的电学研究始于1854年，当时他刚从剑桥毕业不过几星期。 他读到了法拉第的电学实验研究，立即被书中新颖的实验和见解 吸引住了。在当时人们对法拉第的观点和理论看法不一，有不少非议 。最主要原因就是当时“超距作用”的传统观念影响很深。另一方面的 原因就是法拉第的理论的严谨性还不够。法拉第是实验大师，有着常 人所不及之处，但唯独欠缺数学功力，所以他的创见都是以直观形式 来表达的。一般的物理学家恪守牛顿的物理学理论，对法拉第的学说 感到不可思议。有位天文学家曾公开宣称：“谁要在确定的超距作用 和模糊不清的力线观念中有所迟疑，那就是对牛顿的亵渎！”在剑桥 的学者中，这种分歧也相当明显。汤姆逊也是剑桥里一名很有见识的 学者之一。麦克斯韦对他敬佩不已，特意给汤姆逊写信，向他求教有 关电学的知识。汤姆逊比麦克斯韦大7岁，对麦克斯韦从事电学研究 给予过极大的帮助。在汤姆逊的指导下，麦克斯韦得到启示，相信法 拉第的新论中有着不为人所了解的真理。认真地研究了法拉第的著作 后，他感受到力线思想的宝贵价值，也看到法拉第在定性表述上的弱 点。于是这个刚刚毕业的青年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论法拉第的力线。 个人简历 中