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詹姆斯·克拉克·麦克斯韦思维导图

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本思维导图介绍古今中外著名人物詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的事迹及成就

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思维导图大纲

詹姆斯·克拉克·麦克斯韦思维导图模板大纲

简介

詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell),出生于英国苏格兰爱丁堡,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。1831年6月13日生于英国苏格兰爱丁堡,1879年11月5日卒于英国剑桥。

求学生涯

1846年,智力发育格外早的麦克斯韦就向爱丁堡皇家学院递交了一份科研论文。

1847年,16岁中学毕业,进入爱丁堡大学学习。这里是英国苏格兰的最高学府。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,但并非读死书,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。

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。

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。

科学研究

1850年,麦克斯韦转入剑桥大学三一学院数学系学习。

1854年,他以第二名的成绩获得史密斯奖学金,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,当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许试验物理学教授,负责筹建著名的卡文迪许实验室。

1874年,担任卡文迪许实验室的第一任主任,直到1879年11月5日在剑桥逝世。

主要成就

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世纪物理学发展最光辉的成果,是科学史上最伟大的综合之一。

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。

麦克斯韦的主要贡献是建立了麦克斯韦方程组,创立了经典电动力学,并且预言了电磁波的存在,提出了光的电磁说。麦克斯韦是电磁学理论的集大成者。他出生于电磁学理论奠基人法拉第提出电磁感应定理的1831年,后来又与法拉第结成忘年之交,共同构筑了电磁学理论的科学体系。物理学史上认为牛顿的经典力学打开了机械时代的大门,而麦克斯韦电磁学理论则为电气时代奠定了基石。

虽然麦克斯韦成名主要是在于他对电磁学和光学做出的巨大贡献,但是他对许多其它学科也做出了重要的贡献,其中包括天文学和热力学。他的特殊兴趣之一是气体运动学。麦克斯韦认识到并非所有的气体分子都按同一速度运动。有些分子运动慢,有些分子运动快,有些以极高速度运动。麦克斯韦推导出了求已知气体中的分子按某一速度运动的百分比公式,这个公式叫做“麦克斯韦分布式”,是应用最广泛的科学公式之一,在许多物理分支中起着重要的作用。

麦克斯韦在力学方面的贡献主要有:1853年推广用偏振光测量应力的方法;1864年提出结抅力学中桁架内力的图解法,指出桁架形状和内力图是一对互易图,并提出求解静不定桁架位移的单位载荷法。1868年对粘弹性材料提出一种模型(后称麦克斯韦模型),并引进松弛时间的概念。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问题。1870年将G.R.艾里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年给出荷电系统中引力和斥力引起的应力场。

麦克斯韦的另一项重要工作是筹建了剑桥大学的第一个物理实验室——著名的卡文迪许实验室。该实验室对整个实验物理学的发展产生了极其重要的影响,众多著名科学家都曾在该实验室工作过。卡文迪许实验室甚至被誉为“诺贝尔物理学奖获得者的摇篮”。作为该实验室的第一任主任,麦克斯韦在1871年的就职演说中对实验室未来的教学方针和研究精神作了精彩的论述,是科学史上一个具有重要意义的演说。麦克斯韦的本行是理论物理学,但他却清楚地知道实验称雄的时代还没有过去。他批评当时英国传统的“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,为后世确立了实验科学精神。

人物著作

《论物理的力线》

《论电学量的基本关系》

《电磁场的动力学理论》

《电磁学通论》

人物评价

1931年,爱因斯坦在麦克斯韦百年诞辰的纪念会上,评价其建树“是牛顿以来,物理学最深刻和最富有成果的工作。

麦克斯韦在电磁学上取得的的成就被誉为继艾萨克·牛顿之后,“物理学的第二次大统一”。麦克斯韦被普遍认为是对二十世纪最有影响力的十九世纪物理学家。他对基础自然科学的贡献仅次于艾萨克·牛顿。

科学史上,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。

《电磁学通论》是一部经典的电磁理论著作,可与牛顿的《自然哲学的数学原理》(力学)、达尔文的《物种起源》(生物学)相提并论。

人物影响

2016年6月17日,NASA对外宣布,他们正在测试一款机翼独特的混合动力小型飞机,带有14个电动马达。NASA将其命名为X-57,也称为“麦克斯韦”(Maxwell)。Maxwell的名称来自19世纪苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(Jams Clerk Maxwell)。

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