James Clerk Maxwell

James Clerk Maxwell (13 de junh de 1831, Edimborg - 5 de novembre de 1879, Cambridge) es un fisician e matematician escocés dau sègle XIX. Es considerat coma un fisician major de l'istòria dei sciéncias per aver unificat l'electromagnetisme a partir dei descubèrtas realizadas sus l'electricitat, lo magnetisme e l'induccion durant la premiera mitat dau sègle XIX (eqüacions de Maxwell). De mai, demostrèt que lei camps electric e magnetic se desplaçan dins l'espaci sota la forma d'una onda a la velocitat de la lutz. Aquelei resultats permetèron ulteriorament lo desvolopament de la relativitat generala e de la mecanica quantica. Dins leis autrei domenis de la fisica, Maxwell participèt a l'establiment de la teoria cinetica dei gas que foguèt lo premier modèl permetent d'explicar au nivèu microscopic lei nocions de temperatura e de pression. Pausèt tanben lei basas de l'analisi dei colors e de la fotografia color.

 Biografia 

 Jovença e formacion 

James Clerk Maxwell nasquèt lo 13 de junh de 1831 dins la vila escocesa d'Edimborg. Son paire, John Clerk Maxwell, èra avocat e aparentada a la familha Clerk de Penicuik que teniá lo títol de baronet Clerk. Apondiguèt lo nom Maxwell a Clerk après aver eiretat d'una proprietat dins la region de Middlebie gràcias a un liame amb la familha Maxwell. La maire de James Clerk Maxwell èra dicha Frances Cay e mens coneguda que son marit.

La familha, relativament aisada, s'installèt a Glenlair dins un ostau bastit sus la proprietat de Middlebie e James Clerk Maxwell recebèt una educacion dins la religion protestanta. L'enfant èra tanben fòrça curiós e sa maire s'interessèt rapidament au desvolopament de son potenciau intellectuau. Pasmens, moriguèt en 1839 en causa d'un cancèr. L'educacion de James Clerk Maxwell foguèt alora assegurada per son paire e per la sòrre de sa maire, Jane Cay. Puei, a la fin de 1841, James Clerk Maxwell foguèt mandat a l'Edinburgh Academy. Après de dificultats d'adaptacionSei problemas d'adaptacion èran principalament liats a son isolament sociau dins la proprietat de la familha., i rescontrèt Lewis Campbell (1830-1908) e Peter Guthrie Tait (1831-1901) que venguèron seis amics e foguèt pauc a pauc reconegut per sei talents scientifics. En particular, redigiguèt son premier article (sus leis ellipsas) a 14 ansL'article foguèt presentat a la Royal Society of Edinburgh per lo professor James Forbes (1809-1868) car Maxwell èra jutjat tròp jove. Son subjècte èra una simplificacion dei trabalhs de Descartes sus la construccion deis ellipsas..

En 1847, Maxwell contunièt seis estudis a l'Universitat d'Edimborg amb l'objectiu de venir scientific. Aguèt lo filosòf William Hamilton (1788-1856), lo matematician Philip Kelland (1808-1879) ò lo fisician James Forbes (1809-1868) coma professor. Pasmens, èra gaire content dau quadre d'estudi e decidèt de començar lei sieunas recèrcas. Aquò lo menèt a estudiar la lutz polarizada ò la birefringéncia. Comencèt tanben de publicar regularament d'articles dins de revistas e a legir lei trabalhs de matematicians francés coma Augustin Louis Cauchy (1789-1857) ò Siméon Denis Poisson (1781-1840).

 Començament de sa carriera universitària 


Après una formacion solida a Edimborg, Maxwell decidèt d'acabar seis estudis a l'Universitat de Cambridge que li permetiá d'aumentar sei possibilitats d'obtenir un pòste de scientific. I desvolopèt sei competéncias en matematicas mai comencèt subretot a s'interessar a l'optica e a l'electromagnetisme. Amb l'ajuda de Forbes, descurbiguèt que la lutz blanca es una mescla de lutz roge, verd e blau, çò que li permetèt de pausar lei basas de la combinason dei colors. Tre 1855, sei descubèrtas li permetèron de venir fellow dau Trinity College, una importanta institucion de Cambridge onte foguèt cargat de cors d'optica e d'idrostatica e de la preparacion de subjèctes d'examen.

En 1856, Maxwell obtenguèt un pòste a Aberdeen amb l'ajuda de son paire que moriguèt dins lo corrent de l'annada. Aquò li permetèt d'obtenir mai de libertat d'ensenhament e d'aprofichar lo materiau experimentau de son predecessor. I demorèt fins a 1860 e s'interessèt principalament a la question de la natura deis anèus de Saturne qu'èra l'objècte dau Prèmi Adams. Concluguèt qu'èran formadas de particulas finas en orbita a l'entorn de la planeta e foguèt reconegut venceire en 1859. Son ipotèsi foguèt confiermada dins lo corrent deis ans 1980 per lo programa Voyager. En parallèl, Maxwell se maridèt amb Katherine Mary Dewar, la filha d'un reverend qu'èra vengut son amicKatherine Maxwell ajudèt son marit dins sei trabalhs, especialament dins l'estudi dei colors e en termodinamica..

Puei, Maxwell s'interessèt ai trabalhs dau fisician alemand Rudolf Clausius (1822-1888), pionier de la termodinamica. Participèt ansin a la formacion de la teoria cinetica dei gas en calculant la fraccion de moleculas que lo modul de la velocitat es comprés entre lei velocitats v e v + dv per un gas perfiech monoatomic. Publiquèt aquelei resultats en 1860.

 Lo periòde londonenc 

En 1860, Maxwell perdiguèt son pòste après la fusion de son establiment amb una autra institucion. Obtenguèt una cadiera de filosofia naturala au King's College de Londres. Tocat per la variòla, deguèt esperar la fin de l'annada per s'installar dins la capitala britanica. Aquò li permetèt d'assistir a de reünions de la Royal Society e de rescontrar lo fisician Michael Faraday (1791-1867). Durant aqueu periòde, s'interessèt principalament a l'electromagnetisme. D'efiech, lo domeni èra estat l'objècte d'avançadas importantas durant lei decennis precedents mai l'ensemble èra pas estat unificat.

Premier, Maxwell contunièt son trabalh sus lei colors que li permetèron de recebre la medalha Rumford de la Society en 1860 e de'n èsser elegit sòci un an pus tard. Puei, estudièt la natura dei camps electromagnetics. Aquò li permetèt de definir un modèl conceptuau de l'induccion electromagnetica, de discutir de la natura de l'electrostatica e dei corrents de desplaçament e de tractar de la rotacion de plans de polarizacion de la lutz sota l'efiech d'un camp magnetic.

De 1864 a 1865, desvolopèt leis idèas de Faraday e arribèt a unificar l'electromagnetisme dau periòde au sen d'una teoria unica centrada sus lei quatre relacions que pòrtan desenant son nom. De mai, definiguèt una partida dau vocabulari utilizat dins la disciplina e capitèt de calcular una valor quasi corrècta de la velocitat de la lutz ( km/s).

 Fin de vida 


En 1865, James Clerk e Katherine Maxwell decidèron de s'entornar en Escòcia a Glenlair. L'objectiu de Maxwell èra de sintetizar sei trabalhs e de realizar de melhoraments sus sa proprietat. En 1867, durant de trabalhs d'agradiment de l'ostau, realizèron lor Grand Tour en Itàlia. De mai, cada an, lo pareu aguèt a Londres per de conferéncias ò car Maxwell demorèt examinator per l'Universitat de Cambridge. Aprofichèt aqueu periòde per escriure un obratge sus l'electromagnetisme qu'es una sintèsi de sei publicacions precedentas amb quauquei detalhs suplementaris. Dins un autre tèxte, depintèt lo foncionament matematic dei regulators permetent de contraròtlar la velocitat dei maquinas de vapor, çò que marquèt la fondacion de l'engenhariá de contraròtle.

En 1871, Maxwell s'installèt tornarmai a Cambridge per concebre un laboratòri de sciéncia experimentala finançat per William Cavendish. La construccion durèt de 1872 a 1874. Maugrat aqueu succès, Maxwell se retirèt pauc a pauc de la vida scientifica en causa de la degradacion de la santat de sa femna. Acceptèt pasmens de participar a la redaccion dei recèrcas de Henry Cavendish (1731-1810) realizada a partir de divèrsei documents originaus. En particular, descurbiguèt que Cavendish aviá d'estudis sus la densitat de la Tèrra e sus la composicion de l'aiga.

La santat de Maxwell se desgradèt a son torn a partir de la prima de 1877 en causa d'un cancèr de l'estomac. Aquela malautiá entraïnèt sa mòrt lo 5 de novembre de 1879. Foguèt enterrat dins lo cementèri de Parton Kirk a proximitat de Galloway. L'ensemble de sei trabalhs foguèt publicat per l'Universitat de Cambridge en 1890.

 Òbra scientifica 

 Fisica 

 Electromagnetisme 


L'estudi de l'electricitat representa la màger part de l'òbra scientifica de Maxwell. D'efiech, perseguiguèt lei trabalhs de Michael Faraday e d'André-Marie Ampère per obtenir un ensemble de 20 eqüacions diferencialas amb 20 variablas que foguèron pauc a pauc reduchas a 4. Lo resultat finau d'aquelei trabalhs es un ensemble de quatre eqüacions que son dichas eqüacions de Maxwell. Fòrça importantas, permèton de descriure lo comportament e lei relacions dau camp electromagnetic e son interaccion amb la matèria :
 l'eqüacion de Maxwell-Gauss depinta la generacion d'un camp electric per de cargas electricas.
 l'eqüacion de Maxwell-flux descriu la generacion d'un camp magnetic. En particular, permet de precisar l'inexisténcia d'un monopòl magnetic.
 l'eqüacion de Maxwell-Faraday descriu la formacion d'un camp electric entraïnada per la variacion d'un camp magnetic.
 l'eqüacion de Maxwell-Ampère depinta lei dos mòdes de formacion d'un camp magnetic : siá per de corrents electrics siá per la variacion d'un camp electric.
De mai, lei trabalhs de Maxwell necessitan l'existéncia d'una onda associada ai variacions dei camps electric e magnetic. A l'origina de l'electromagnetisme, aquela teoria permetèt de calcular la velocitat de la lutz. Maxwell trobèt una valor de  m/s qu'es relativament pròcha de la valor modèrna ( m/s). En revènge, per explicar aquela propagacion deis ondas electromagneticas dins lo mitan interstellar, foguèt obligat d'introdurre un supòrt, dich etèr, que son existéncia foguèt invalidada a la fin dau sègle.

 Teoria cinetica e termodinamica 

En fòra de sei contribucions a l'electromagnetisme, Maxwell participèt tanben a l'establiment de la teoria cinetica dei gas qu'es una teoria fondamentala de la termodinamica. D'efiech, capitèt de calcular la proporcion dei moleculas d'un gas perfiech se desplaçant a una velocitat donada per una temperatura donada. Aquò permetèt d'establir un metòde estatistic per explicar lo comportament d'un gas a partir dei caracteristicas dei movements dei particulas que lo compausan. Ansin, venguèt possible d'interpretar au nivèu microscopic ai nocions de :
 temperatura coma una mesura de l'energia cinetica dei particulas, es a dire de lor agitacion.
 pression coma la fòrça exercida per lei tuerts dei particulas de gas còntra la paret dau recipient contenent lo gas.
Au començament deis ans 1870, Maxwell establiguèt egalament un ensemble de relacions, dichas relacions termodinamicas de Maxwell, que permèton d'exprimir l'egalitat entre certanei derivadas segondas dei potenciaus termodinamics a respècte de divèrsei variablas termodinamicas. Enfin, en 1874, realizèt un motlatge de gip permetent de visualizar lei transicions de fasa a partir dei trabalhs dau quimista estatusnidenc Josiah Willard Gibbs (1839-1903).

 Analisi dei colors 


De 1855 a 1872, Maxwell foguèt l'autor de plusors recèrcas regardant la percepcion dei colors e lo daltonisme. En particular, s'interessèt a la construccion dei colors a partir de mesclas dei tres colors primàrias. En 1861, aquò li permetèt d'ajudar Thomas Sutton (1819-1875) a realizar la premiera fotografia color(fr) La couleur sensible, Musées de Marseille, 1996, p. 12..

 Matematicas 

En matematicas, Maxwell es sovent considerat coma lo fondator de l'engenhariá de contraròtle gràcias a sa descripcion matematica d'un sistèma de contraròtle de la velocitat d'una maquina de vapor.

 Influéncia e posteritat 


James Clerk Maxwell es uei considerat coma un fisician major de l'istòria de la fisica amb Isaac Newton (1642-1727) ò Albert Einstein (1879-1955). D'efiech, sei trabalhs en electromagnetisme, en termodinamica  ò dins la construccion dei colors son totjorn utilizats au començament dau sègle XXI. De mai, aguèron una influéncia importanta au començament dau sègle XX car permetèron la definicion de la relativitat generala e l'estudi de la lutz.

En causa d'aquela importància, Maxwell recebèt divèrsei guierdons durant sa vida coma la medalha Rumford. Un trentenau de relacions fisicas ò matematicas ò d'instruments scientifics pòrtan tanben son nom. Enfin, pus recentament, son nom foguèt donat a una importanta cadena de montanhas de Vènus (Maxwell Montes), a una lacuna deis anèus de Saturne (lacuna de Maxwell), a un asteroïde ((12760) Maxwell), a un cratèr lunar e a quatre prèmis scientifics.

 Annèxs 

 Liames intèrnes 

 Electromagnetisme.
 Eqüacions de Maxwell.
 Estatistica de Maxwell-Boltzmann.
 Teoria cinetica dei gas.

 Bibliografia 

 (en) Lewis Campbell e William Garnett, The Life of James Clerk Maxwell, MacMillan, 1882.
 (en) R. T. Glazebrook, James Clerk Maxwell and Modern Physics, MacMillan, 1896.
 (en) Roy Porter, Hutchinson Dictionary of Scientific Biography,, Hodder Arnold H&S, 2000.
 (fr) Manuel Quesada Pérez (trad. Celyne Rey), Les mathématiques de l'électromagnétisme : Maxwell, RBA Coleccionables, 2019.
 (en) Ivan Tolstoy, James Clerk Maxwell : A Biography, University of Chicago Press, 1982.

 Nòtas e referéncias 

Categoria:Fisician escocés
Categoria:Fisician dau sègle XIX
Categoria:Naissença a Edimborg
Categoria:Naissença en 1831
Categoria:Decès en 1879