|
Dagens Philosoph : James Clerk Maxwell |
16:42:01 |
 James Clerk Maxwell, Portræt
James Clerk Maxwells signatur
Maxwells 4 ligninger
James Clerk Maxwell's families gravsten i Parton, hvor også James Clerk Maxwell ligger begravet.
James Clerk Maxwell's mindeplade i gulvet i Westminster Abbey.ALIBI SEPULTI betyder: Begravet andetsteds. James Clerk Maxwell ligger begravet på kirkegården i Parton, Kirkcudbright, Skotland sammen med sine forældre og sin hustru. |
James Clerk Maxwell, 13. juni 1831 - 5. november 1879
Indholdsfortegnelse :James Clerk MaxwellMaxwells fire ligninger Maxwells danske arvtagere Maxwells 4 ligninger Den første ligning fortæller os Den anden ligning handler om Den tredje ligning fortæller at Den sidste ligning handler om Nedenstående tekst består af ialt: 56 afsnit James Clerk MaxwellJames Clerk Maxwell (født 13. juni 1831, død 5. november 1879) var en skotsk matematiker og teoretisk fysiker. Blandt hans vigtigste resultater kan nævnes opstillingen af Maxwells ligninger, inklusive en vigtig modifikation af Amperes lov. Disse var den hidtil mest samlede beskrivelse af elektromagnetisme. Med ligningerne forudsagde Maxwell, at der findes elektromagnetiske bølger, der bevæger sig med lysets hastighed og at lys er sådanne bølger.Han udviklede også Maxwell-Boltzmann-fordelingen, et statistisk værktøj til at beskrive aspekter af kinetiske varmeteori. Disse to opdagelser var foreløbere i den moderne fysiks æra og lagde grunden for senere arbejde indenfor felter som speciel relativitetsteori og kvantemekanik. Maxwell er også kendt for at have skabt det først rigtige farvefotografi i 1861. Han anses af mange fysikere for at være den videnskabsmand fra det 19. århundrede, der har påvirket det 20. århundredes fysik mest. Hans bidrag til videnskaben anses af mange for at være på højde med bidragene fra Isaac Newton og Albert Einstein. I 1931 beskrev Einstein selv Maxwells arbejder som "det dybeste og mest frugtbare fysikken har oplevet siden Newtons tid." Maxwells fire ligningerTv-signalerne der er på vej fra sendemast til husets modtageantenne, lys der finder vej til Jorden fra fjerne galakser, mobiltelefonernes signaler, røntgenstråling der gennemlyser mennesker. Det hele kan beskrives med et og samme sæt ligninger: Maxwells ligninger.Maxwells ligninger sammenknytter det elektriske og magnetiske felt (E og H) med den elektriske forskydning D, den magnetiske flux B, strømtætheden J og den elektriske ladningstæthed r. De fire Maxwells ligninger gav fysikerne en forklaring på udbredelsen af radiobølger og lys, men de var også forudsætningen for Einsteins relativitetsteori. Og som den første feltteori var de grundlag for hele den moderne fysiks tænkemåde. Historien begynder i Danmark i 1820 med H. C. Ørsteds (1777-1851) påvisning af en sammenhæng mellem elektricitet og magnetismen i det berømte ledning-kompasnål forsøg. Ørsteds opdagelse blev fulgt op af en lang række videnskabsmænd og ikke mindst datidens største eksperimentalist, Michael Faraday (1791-1867), ydede i en lang række forsøg store bidrag til forståelse af forholdene omkring elektricitet og magnetisme. I 1831 demonstrerede Faraday eksempelvis induktionsprincippet (at et magnetfelt kan producere en elektrisk strøm). Den nuværende elegante formulering af ligningerne skyldes dog ikke Maxwell selv, men Oliver Heaviside (1850-1925), der omformulerede ligningerne efter hans død. Oliver Heaviside arbejdede i en kort periode som telegrafoperatør for Store Nordiske Telegrafselskab i Danmark, så det, der begyndte med Ørsted, fik på en måde også en slags dansk afslutning. Maxwell var et geni, men på et område gik han dog helt galt i byen. For Maxwell var det naturligt, at de elektromagnetiske bølger altid ville udbrede sig i et medium. Han indførte derfor æteren som et begreb. De elektromagnetiske bølger var altså svingninger i æteren. Da Jorden på sin rejse rundt om Solen også må bevæge sig i forhold til æteren, måtte det være muligt at finde en forskel på lysets hastighed i forhold til æteren. Det var indlysende for alle datidens fysikere. Amerikanerne Albert Michelson (1852-1931) og Edward Morley (1838-1923) forsøgte i 1887 at finde den forskel. Men deres yderst nøjagtige målinger viste, at lysets hastighed var ens i alle retninger. Dette verdenshistoriens måske vigtigste eksperiment »uden et resultat« fik først sin forklaring, da Albert Einstein i 1905 med den specielle relativitetsteori fastslog lystes hastighed som en universel størrelse og endegyldigt lagde æteren i graven. Da var måske nok Heinrich Hertz (1847-94) og Gugliemo Marconi (1874-1937), der fik gjort radiokommunikation praktisk anvendelig, men det var Maxwell, der gav dem fundamentet. Maxwells danske arvtagereI år 1954 blev Hans Lottrup Knudsen udnævnte til professor i elektromagnetisk feltteori, på Den Polytekniske Læreanstalt og laboratoriet af samme navn (Elektromagnetisk Feltteori), blev oprettet. Med en lang række dygtige medarbejdere fik Lottrup gjort laboratoriet, som senere skiftede navn til Elektromagnetisk Institut, til et af DTU's flagskibe med en enorm betydning for den teknologiske forskning og industriudviklingen i Danmark.Instituttets medarbejdere har med Maxwells ligninger i bagagen og moderne teknologi på mange vidt forskellige områder givet os ny viden og innovation. Preben Gudmandsen var drivende i kortlægningen af Grønlands undergrund under indlandsisen ved hjælp af radarmålinger. Jesper Hansen perfektionerede teorien for antennemålingerne i instituttets store radiodøde rum. Jørgen Bach Andersen rejste til Aalborg og var nøgleperson bag Aalborg Universitets satsning på mobilkommunikation, der har været af enorm betydning for de mange virksomheder i Nordjylland. Palle Jeppesen lagde grunden til den danske optiske industri og det nuværende COM-center på DTU. Maxwells 4 ligningerDen moderne formulering af Maxwells ligninger i form af fire vektorielle differentialligninger blev foretaget af den engelske ingeniør og fysiker Oliver Heaviside i 1884.Maxwells ligninger (med Oliver Heavisides formulering) er ikke blot smukke, de er også af stor praktisk betydning.  Den første ligning fortæller osat kilden til et elektrisk felt, her repræsenteret ved E, er ladning, her repræsenteret ved ρ. Ligningen kaldes også Gauss' lov opkaldt efter den tyske matematiker og fysiker Carl Friedrich Gauss (1777-1855).Den anden ligning handler ommagnetiske felter, der repræsenteres ved B, og fortæller os, at der ikke findes magnetiske ladninger, derfor er der et nul til højre for lighedstegnet. Det er derfor, vi ikke kan isolere en magnets nordpol og sydpol i en monopol. Hvis vi fx tager en stangmagnet og saver den over, får vi to stangmagneter med hver en nordpol og sydpol.[Red.] En magnetisk monopol er en hypotetisk partikel eller et legeme der besidder en "magnetisk ladning" forskellig fra 0 — populært sagt; en magnet der har enten en nord- eller en sydpol, men ikke begge dele. En moderne kuriøsitet er dog opstået: Ifølge blandt andet teorierne om superstrenge kan der godt eksistere magnetiske monopoler, men hidtil har man aldrig fundet eller fremstillet dem. Den tredje ligning fortæller atet magnetisk felt, der varierer, kan frembringe et elektrisk felt. Dette fænomen kaldes også elektromagnetisk induktion. Ligningen kaldes Faradays ligning opkaldt efter den engelske fysiker Michael Faraday (1791-1867), der som den første i 1831 opdagede elektromagnetisk induktion.Den sidste ligning handler omat et magnetisk felt kan frembringes af et elektrisk felt, der varierer, og af en elektrisk strøm, her repræsenteret ved j. Så vi finder Ørsteds opdagelse i den sidste ligning. Bemærk også symbolerne ɛo, μo og c der alle repræsenterer de fysiske konstanter dielektricitetskonstanten, vakuumpermeabiliteten og lysets hastighed i vakuum og har den indbyrdes relation ɛoμoc2 = 1. Specielt er det her interessant, at lysets hastighed i vakuum, der ca. per sekund eller tæt på 300.000 km/s, optræder i Maxwells ligninger. Det afspejler, at med formuleringen af sine fire ligninger, der fuldstændig beskriver elektromagnetismen, afslørede Maxwell, at lyset er et elektromagnetisk fænomen. Inden formuleringen af Maxwells ligninger var ingen i stand til at forestille sig, at der er en fundamental forbindelse mellem elektricitet, magnetisme og lys. Lys indgår i det elektromagnetiske spektrum, der omfatter radiobølger, mikrobølger, radarbølger, infrarød stråling, synligt lys, ultraviolet stråling og røntgenstråling. Uden Ørsteds opdagelse af sammenhængen mellem elektricitet og magnetisme og Maxwells formulering af de fire ligninger ville moderne teknologier såsom røntgen, tv, radio, mobiltelefoni og mikrobølgeovne sikkert ikke have eksisteret. Maxwells ligninger forandrede ikke kun verden, de åbnede også op for en helt ny verden. |
|
