Наши проекты:

Про знаменитості

Джеймс Клерк Максвелл: биография


Іншим основним науковим заняттям Максвелла в цей час стала кінетична теорія газів, заснована на уявленнях про теплоту як роді руху частинок газу ( атомів або молекул). Максвелл виступив як продовжувача ідей Рудольфа Клаузіуса, який ввів поняття середньої довжини вільного пробігу і середньої швидкості молекул (передбачалося, що в стані рівноваги всі молекули мають одну і ту ж швидкість). Клаузіус же ввів у кінетичну теорію елементи теорії ймовірностей. Максвелл вирішив зайнятися цією темою після прочитання роботи німецького вченого у випуску журналуPhilosophical Magazineза лютий 1859 року, спочатку маючи на меті спростувати погляди Клаузіуса, але потім визнав їх заслуговують уваги і розвитку. Вже в вересні 1859 року Максвелл виступив на засіданні Британської асоціації в Абердіні з доповіддю про свою роботу. Результати, що містилися в доповіді, були опубліковані у статті «Пояснення до динамічної теорії газів» (Illustrations of the Dynamical Theory of Gases), що вийшла в трьох частинах у січні і липні 1860 року. Максвелл виходив з уявлення про газ як про ансамбль безлічі ідеально пружних кульок, хаотично рухомих в замкнутому просторі і стикаються один з одним. Кульки-молекули можна розділити на групи за швидкостями, при цьому в стаціонарному стані число молекул в кожній групі залишається постійним, хоча вони можуть змінювати швидкість після зіткнень. З такого розгляду слід було, що в рівновазі частинки мають не однакову швидкість, а розподіляються за швидкостями відповідно до кривої Гауса (розподіл Максвелла). За допомогою отриманої функції розподілу Максвелл розрахував ряд величин, що грають важливу роль в явищах переносу: число частинок у певному діапазоні швидкостей, середню швидкість і середній квадрат швидкості. Повна функція розподілу обчислювалася як добуток функцій розподілу для кожної з координат. Це мало на увазі їх незалежність, що багатьом тоді здавалося неочевидним і вимагало докази (воно було дано пізніше).

Далі Максвелл уточнив чисельний коефіцієнт у вираженні для середньої довжини вільного пробігу, а також довів рівність середніх кінетичних енергій в рівноважній суміші двох газів. Розглянувши проблему внутрішнього тертя (в'язкості), Максвелл зміг вперше оцінити значення середньої довжини пробігу, отримавши правильний порядок величини. Іншим наслідком теорії був здавався парадоксальним висновок про незалежність коефіцієнта внутрішнього тертя газу від його щільності, що було згодом підтверджено експериментально. Крім того, з теорії безпосередньо слід було пояснення закону Авогадро. Таким чином, в роботі 1860 Максвелл фактично побудував першу в історії фізики статистичну модель мікропроцесів, яка лягла в основу розвитку статистичної механіки.

У другій частині статті Максвелл, на додаток до внутрішнього тертя, розглянув з тих же позицій інші процеси переносу - дифузію і теплопровідність. У третій частині він звернувся до питання про обертальному русі частинок, що стикаються і вперше отримав закон равнораспределенія кінетичної енергії за поступальним і обертальним ступенями свободи. Про результати застосування своєї теорії до явищ переносу учений доповів на черговому з'їзді Британської асоціації в Оксфорді у червні 1860 року.

Максвелл був цілком задоволений своїм місцем роботи, яке вимагало його присутності тільки з жовтня по квітень; інший час він проводив у Гленлер. Йому подобалася атмосфера свободи в коледжі, відсутність жорстких обов'язків, хоча він, як один з чотирьох Ріджент (regent), повинен був відвідувати іноді засідання сенату коледжу. До того ж, раз на тиждень у так званої Абердинському науковій школі (Aberdeen School of Science) він читав платні лекції практичної спрямованості для ремісників і механіків, як і раніше, як і в Кембриджі, відчуваючи інтерес до навчання робітників. Положення Максвелла змінилося в кінці 1859 року, коли вийшла постанова про об'єднання двох абердинску коледжів - Марішаль-коледжу і Кінгс-коледжу - у рамках Абердинського університету. У зв'язку з цим з вересня 1860 скасовувалося місце професора, яке займалося Максвеллом (об'єднана кафедра була віддана впливовому професору Кінгс-коледжу Девіду Томсону). Спроба виграти конкурс на посаду професора натуральної філософії Единбурзького університету, що звільнилася після відходу Форбса, провалилася: цю позицію отримав його старий друг Пітер Тет. На початку літа 1860 Максвелл отримав запрошення зайняти посаду професора кафедри натуральної філософії лондонського Кінгс-коледжу.