麦克斯韦.ppt

(JamesClerkMaxwel1831~1879)英国物理学家,1831年6月13日生于英国爱丁堡的一个地主家庭,16岁时进入爱丁堡大学,1850年转入剑桥大学研****数学,1854年以优异成绩毕业于该校三一学院数学系,并留校任职。1856年到阿伯丁的马里沙耳学院任自然哲学教授。1860年到伦敦任皇家学院自然哲学及天文学教授。1865年辞去教职还乡,专心治学和著述。1871年受聘为剑桥大学的实验物理学教授,负责筹建该校的第一所物理学实验室——卡文迪许实验室,1874年建成后担任主任。1879年第11月5日在剑桥逝世,终年只有49岁。(1)麦克斯韦在物理学中的最大贡献是建立了统一的经典电磁场理论和光的电磁理论,预言了电磁波的存在。而这种理论预见后来得到了充分的实验证实。1873年,麦克斯韦完成巨著《电磁学通论》,这是一部可以同牛顿的《自然哲学的数学原理》相媲美的书,具有划时代的意义。(2)麦克斯韦在分子动理论方面的功绩也是不可磨的,他是气体动理论的创始人之一。他运用数学统计的方法导出了分子运动的麦克斯韦速度分布律。(3)通过研究土星的光环和视觉理论,创立了定量色度学。(4)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”。(1)用类比方法揭示物理现象的内在联系类比通常指对两类对象在性质或关系方面的类似性进行研究,并在此基础上做出推断,由一类对象已知的属性和关系,而达到对另一类对象的某种未知属性和关系的推测,所以它是一种从特殊到特殊的思维方式。在科学研究中起着触类旁通、启迪思维、为新的科学探索开辟道路的重要作用。麦克斯韦指出:“物理类比的意思是利用一种科学定律和另一种科学定律之间的部分类似性,用它们中的一个去说明另一个。”“类比是建立在两类定律在数学形式上相似的基础上。”类比可以沟通不同领域的研究方法,可以在解析的抽象形式和假设之间提供媒介,还可以启发新的物理思想,帮助人们去认识和发现一些尚待研究的物理过程和规律。麦克斯韦从汤姆孙(,1824-1907,即开尔文,)的类比中受到启发,在《论法拉第力线》中,他为了对法拉第的观念做出精密的处理,采用了类比方法,把力线和不可压缩流体的流线加以比较。因为流体的速度方向与流线的切线方向相同且反比于流管的截面积,所以力的强度也反比于力管的截面积,这就获得了既表示力的强度又表示力的方向的几何模型。因为在各向同性的无限大的均匀介质中,以流体源为球心,在与此源距离f处的速度与距离的平方成反比,所以点电荷产生的电场强度与流体源在流体中产生的速度相对应。从这些类比中麦克斯韦得出:流体中的压强与静电电势相对应,流体中的压力梯度与电势梯度相对应。他明确指出,由于导体中电阻的存在,为了在一个闭合回路中产生稳恒电流,还必须有电动势存在。麦克斯韦通过把电场和流速场类比,在对法拉第力线作出了精密的数学处理的基础上,他依据电磁学的一些基本原理(如欧姆定律、安培环路定理等),确立了各电磁量之间的相互联系,采用通量、环流、散度、旋度等具有明确定义的量,来描述电场和磁场在空间中的变化情况,并建立起电磁场的基本方程。(2)用精确的数学语言建立电磁场简明精确的数学语言是表述科学概念、科学理论的重要形式,是科学发展的要求,也是科学成熟的标志之一。正如马克思所说::“一门科学只有成功运用数学时,才算达到了完善的地步。”随着科学技术的进步,现代科学的发展己日趋定量化,只有定量化的数学描述才能经得起在量上的实验检验,也才能从量的细微差别上寻写找理论的不足之处和改进办法。麦克斯韦凭借他深厚的数学基础和娴熟的数学技巧,将他的思想、模型和图象最终表述为电磁场的基本方程组。麦克斯韦在《论法拉第力线》中,用数学语言表述法拉第的电紧张态和力线概念,引进了感生电场概念,推导出了感受生电场与变化磁场的关系。他在《论物理力线》中,借助于分子涡旋模型,推导出涡旋物质中波以光速传播的公式,揭示了电磁现象与光现象的联系,做出了光是电磁波的预言。他在《电磁场的动力学理论》中,确立了场的概念,引进了位移电流概念,按照电磁学的基本原理(高斯定理、电荷守恒定律)推导出全电流定理,最后建立起电磁场的基本方程。用精确而定量的数学语言描述物理观念在麦克斯韦的工作中得到充分体现。他用数学公理化的方法对前人的成果加以综合整理,使理论系统化、形式化、规范化,他的电磁场方程组就是科学理论公理化的典范。在《物理学的进化》一书中,爱因斯坦和英费尔德评论说:“这些