James Clerk Maxwell
James Clerk Maxwell » Inventores y científicos
| James Clerk Maxwell | |
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 James Clerk Maxwell (1831-1879) | |
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Con la publicación de "Una teoría dinámica del campo electromagnético" en 1865, Maxwell demostró que los campos eléctricos y magnéticos viajan a través del espacio como ondas que se mueven a la velocidad de la luz. Maxwell propuso que la luz es una ondulación en el mismo medio que causa los fenómenos eléctricos y magnéticos. La unificación de la luz y los fenómenos eléctricos condujeron a la predicción de la existencia de ondas de radio.
Maxwell ayudó a desarrollar la distribución de Maxwell-Boltzmann, un medio estadístico para describir aspectos de la teoría cinética de los gases. También es conocido por presentar la primera fotografía en color duradera en 1861 y por su trabajo fundamental en el análisis de la rigidez de los armazones de barra y unión (armaduras) como los de muchos puentes.
Sus descubrimientos ayudaron a marcar el comienzo de la era de la física moderna, sentando las bases para campos como la relatividad especial y la mecánica cuántica. Muchos físicos consideran a Maxwell como el científico del siglo XIX que tiene la mayor influencia en la física del siglo XX. Muchos consideran que sus contribuciones a la ciencia son de la misma magnitud que las de Isaac Newton y Albert Einstein. En la encuesta del milenio, una encuesta de los 100 físicos más destacados, Maxwell fue votado como el tercer físico más grande de todos los tiempos, solo detrás de Newton y Einstein. En el centenario del cumpleaños de Maxwell, Einstein describió el trabajo de Maxwell como el "más profundo y más fructífero que la física ha experimentado desde los tiempos de Newton".
Vida
Primeros años de vida, 1831-1839
James Clerk Maxwell nació el 13 de junio de 1831 en 14 India Street, Edimburgo, con John Clerk Maxwell de Middlebie, un defensor, y Frances Cay, hija de Robert Hodshon Cay y hermana de John Cay. (Su lugar de nacimiento ahora alberga un museo operado por la Fundación James Clerk Maxwell.) Su padre era un hombre de medios cómodos de la familia Clerk de Penicuik, titulares de la baronía de Clerk of Penicuik. El hermano de su padre fue el 6º Baronet. Había nacido "John Clerk", y agregó el apellido Maxwell al suyo después de haber heredado (cuando era un niño en 1793) la finca de Middlebie cerca de Corsock, Kirkcudbrightshire, de las conexiones con la familia Maxwell, ellos mismos miembros de la nobleza. James era primo hermano de la artista Jemima Blackburn (la hija de su padre) s hermana) y el ingeniero civil William Dyce Cay (el hijo del hermano de su madre). Cay y Maxwell eran amigos cercanos y Cay actuó como su padrino cuando Maxwell se casó.
Los padres de Maxwell se conocieron y se casaron cuando tenían poco más de treinta años; su madre tenía casi 40 años cuando nació. Tuvieron un hijo anterior, una hija llamada Elizabeth, que murió en la infancia.
Cuando Maxwell era joven, su familia se mudó a la Casa Glenlair, que sus padres habían construido en la finca Middlebie de 1.500 acres (610 ha). Todos los indicios sugieren que Maxwell había mantenido una curiosidad insaciable desde una edad temprana. A la edad de tres años, todo lo que se movía, brillaba o hacía ruido sacó la pregunta: "¿qué pasa con eso?" En un pasaje agregado a una carta de su padre a su cuñada Jane Cay en 1834, su madre describió este sentido innato de inquisición:
Educación, 1839-1847
Reconociendo el potencial del niño, la madre de Maxwell, Frances, asumió la responsabilidad de la educación temprana de James, que en la época victoriana era en gran medida el trabajo de la mujer de la casa. A los ocho años pudo recitar largos pasajes de Milton y todo el salmo 119 (176 versículos). De hecho, su conocimiento de las Escrituras ya estaba detallado; él podría dar capítulo y versículo para casi cualquier cita de los salmos. Su madre enfermó de cáncer abdominal y, después de una operación sin éxito, murió en diciembre de 1839 cuando tenía ocho años. Su educación fue supervisada por su padre y la cuñada de su padre, Jane, quienes desempeñaron un papel fundamental en su vida. Su educación formal comenzó sin éxito bajo la guía de un tutor contratado de 16 años. Poco se sabe sobre el joven contratado para instruir a Maxwell, excepto que trató duramente al chico más joven, reprendiéndolo por ser lento y díscolo. El tutor fue despedido en noviembre de 1841 y, tras una reflexión considerable, Maxwell fue enviado a la prestigiosa Academia de Edimburgo. Se alojó durante períodos de tiempo en la casa de su tía Isabella. Durante este tiempo, su primo mayor Jemima alentó su pasión por el dibujo.
Maxwell, de 10 años, que se crió aislado en el campo de su padre, no encajó bien en la escuela. El primer año había estado lleno, obligándolo a unirse al segundo año con compañeros de clase un año mayor que él. Sus gestos y acento de Galloway llamaron la atención de los otros niños como rústicos. Habiendo llegado a su primer día de escuela con un par de zapatos caseros y una túnica, se ganó el apodo desagradable de "Daftie". Nunca pareció ofenderse por el epíteto, llevándolo sin quejarse durante muchos años. El aislamiento social en la Academia terminó cuando conoció a Lewis Campbell y Peter Guthrie Tait, dos muchachos de una edad similar que se convertirían en notables eruditos más tarde en la vida. Siguieron siendo amigos de por vida.
Maxwell estaba fascinado por la geometría a una edad temprana, redescubriendo los poliedros regulares antes de recibir ninguna instrucción formal. A pesar de ganar el premio de biografía de las Escrituras en su segundo año, su trabajo académico permaneció inadvertido hasta que, a la edad de 13 años, ganó la medalla matemática de la escuela y el primer premio tanto en inglés como en poesía.
Los intereses de Maxwell iban mucho más allá del plan de estudios de la escuela y no prestó especial atención al rendimiento de los exámenes. Escribió su primer artículo científico a la edad de 14 años. En él describió un medio mecánico para dibujar curvas matemáticas con un cordel, y las propiedades de elipses, óvalos cartesianos y curvas relacionadas con más de dos focos. Su obra "Curvas ovaladas" fue presentada a la Royal Society of Edinburgh por James Forbes, profesor de filosofía natural en la Universidad de Edimburgo, porque a Maxwell se le consideró demasiado joven para presentar el trabajo él mismo. El trabajo no era del todo original, ya que René Descartes también había examinado las propiedades de tales elipses multifocales en el siglo XVII, pero había simplificado su construcción.
Universidad de Edimburgo, 1847-1850
Maxwell dejó la Academia en 1847 a la edad de 16 años y comenzó a asistir a clases en la Universidad de Edimburgo. Tuvo la oportunidad de asistir a la Universidad de Cambridge, pero decidió, después de su primer término, completar el curso completo de sus estudios de pregrado en Edimburgo. El personal académico de la Universidad incluyó algunos nombres muy respetados; sus tutores de primer año incluyeron a Sir William Hamilton, que le dio clases de lógica y metafísica, Philip Kelland sobre matemáticas y James Forbes sobre filosofía natural. No encontró exigentes sus clases en la Universidad y, por lo tanto, pudo sumergirse en estudios privados durante el tiempo libre en la Universidad y particularmente cuando estaba en su casa en Glenlair. Allí experimentaría con aparatos químicos, eléctricos y magnéticos improvisados, sin embargo, sus principales preocupaciones consideraban las propiedades de la luz polarizada. Construyó bloques de gelatina en forma, los sometió a diversas tensiones, y con un par de prismas polarizantes que le dio William Nicol, vio los flecos de colores que se habían desarrollado dentro de la gelatina. A través de esta práctica, descubrió la fotoelasticidad, que es un medio para determinar la distribución del estrés dentro de las estructuras físicas.
A los 18 años, Maxwell contribuyó con dos documentos para las Transacciones de la Royal Society of Edinburgh. Uno de ellos, "Sobre el equilibrio de los sólidos elásticos", sentó las bases para un descubrimiento importante más adelante en su vida, que fue la doble refracción temporal producida en líquidos viscosos por el estrés de cizallamiento. Su otro trabajo fue "Rolling Curves" y, al igual que con el papel "Oval Curves" que había escrito en la Academia de Edimburgo, se lo consideró demasiado joven para presentarse en la tribuna y presentarlo él mismo. El documento fue entregado a la Royal Society por su tutor Kelland en su lugar.
Universidad de Cambridge, 1850-1856
En octubre de 1850, ya matemático consumado, Maxwell dejó Escocia para la Universidad de Cambridge. Inicialmente asistió a Peterhouse, sin embargo, antes del final de su primer mandato se transfirió a Trinity, donde creía que sería más fácil obtener una beca. En Trinity fue elegido miembro de la sociedad secreta de élite conocida como los Apóstoles de Cambridge. La comprensión intelectual de Maxwell de su fe cristiana y de la ciencia creció rápidamente durante sus años en Cambridge. Se unió a los "Apóstoles", una sociedad de debate exclusiva de la élite intelectual, donde a través de sus ensayos buscó desarrollar esta comprensión.
El grado en que Maxwell "floreció" sus creencias cristianas y las sometió a la prueba intelectual, puede ser juzgado solo de forma incompleta por sus escritos. Pero hay muchas pruebas, especialmente de sus días de estudiante, de que examinó profundamente su fe. Ciertamente, su conocimiento de la Biblia fue notable, así que su confianza en las Escrituras no se basaba en la ignorancia.
En el verano de su tercer año, Maxwell pasó algún tiempo en la casa Suffolk del Rev CB Tayler, el tío de un compañero de clase, GWH Tayler. El amor de Dios demostrado por la familia impresionó a Maxwell, sobre todo después de que el ministro y su esposa le devolvieran la mala salud.
A su regreso a Cambridge, Maxwell escribe a su anfitrión reciente una carta afectuosa y afectuosa que incluye el siguiente testimonio:
En noviembre de 1851, Maxwell estudió con William Hopkins, cuyo éxito en cultivar el genio matemático le había valido el sobrenombre de "fabricante de wranglers senior".
En 1854, Maxwell se graduó de Trinity con un título en matemáticas. Obtuvo el segundo mejor puntaje en el examen final, por detrás de Edward Routh y se ganó el título de Segundo Wrangler. Más tarde fue declarado igual a Routh en la dura prueba del examen del Premio Smith. Inmediatamente después de obtener su título, Maxwell leyó su ensayo "Sobre la transformación de superficies al doblarse" para la Cambridge Philosophical Society. Este es uno de los pocos artículos puramente matemáticos que escribió, demostrando la creciente estatura de Maxwell como matemático. Maxwell decidió permanecer en Trinity después de graduarse y solicitar una beca, que era un proceso que podría esperar tomar un par de años. Animado por su éxito como estudiante de investigación, sería libre, aparte de algunas tareas de tutoría y examen,
La naturaleza y la percepción del color era uno de esos intereses que había comenzado en la Universidad de Edimburgo cuando era estudiante de Forbes. Con los trompos coloreados inventados por Forbes, Maxwell pudo demostrar que la luz blanca sería el resultado de una mezcla de luz roja, verde y azul. Su trabajo "Experiments on Color" presentó los principios de la combinación de colores y fue presentado a la Royal Society of Edinburgh en marzo de 1855. Maxwell pudo esta vez entregarlo él mismo.
Maxwell se hizo un compañero de Trinity el 10 de octubre de 1855, antes de lo que era la norma, y se le pidió que preparara conferencias sobre hidrostática y óptica y para establecer documentos de examen. En febrero siguiente, Forbes le solicitó que se postulara para la Cátedra de Filosofía Natural recientemente vacante en Marischal College, Aberdeen. Su padre lo ayudó en la tarea de preparar las referencias necesarias, pero murió el 2 de abril en Glenlair antes de saber el resultado de la candidatura de Maxwell. Maxwell aceptó la cátedra en Aberdeen, dejando Cambridge en noviembre de 1856.
Marischal College, Aberdeen, 1856-1860
Maxwell, de 25 años, era 15 años más joven que cualquier otro profesor en Marischal. Se comprometió con sus nuevas responsabilidades como jefe de departamento, diseñando el plan de estudios y preparando conferencias. Se comprometió a dar conferencias 15 horas a la semana, incluida una conferencia pro bono semanal a la universidad local de hombres trabajadores. Vivió en Aberdeen durante los seis meses del año académico y pasó los veranos en Glenlair, que había heredado de su padre.
Concentró su atención en un problema que había eludido a los científicos durante 200 años: la naturaleza de los anillos de Saturno. No se sabía cómo podrían mantenerse estables sin romperse, alejarse o estrellarse contra Saturno. El problema adquirió una resonancia particular en ese momento porque St John's College, Cambridge lo había elegido como el tema del Premio Adams de 1857. Maxwell dedicó dos años a estudiar el problema, demostrando que un anillo sólido regular no podía ser estable, mientras que un anillo fluido se veía forzado por la acción de las olas para romperse en burbujas. Como ninguno de los dos se observó, Maxwell llegó a la conclusión de que los anillos deben estar compuestos de numerosas partículas pequeñas a las que llamó "murciélagos de ladrillo", cada una orbitando alrededor de Saturno. Maxwell recibió el Premio Adams de £ 130 en 1859 por su ensayo "Sobre la estabilidad del movimiento de los anillos de Saturno"; él era el único participante que había avanzado lo suficiente como para enviar una entrada. Su trabajo fue tan detallado y convincente que cuando George Biddell Airy lo leyó, comentó: "Es una de las aplicaciones más notables de las matemáticas a la física que jamás haya visto". Se consideró la última palabra sobre el tema hasta que las observaciones directas delLos sobrevuelos del Voyager de la década de 1980 confirmaron la predicción de Maxwell.
En 1857, Maxwell se hizo amigo del reverendo Daniel Dewar, que entonces era el director de Marischal. A través de él, Maxwell conoció a la hija de Dewar, Katherine Mary Dewar. Fueron contratados en febrero de 1858 y se casaron en Aberdeen el 2 de junio de 1858. En el registro de matrimonio, Maxwell figura como Profesor de Filosofía Natural en Marischal College, Aberdeen. Siete años mayor que Maxwell, comparativamente poco se sabe de Katherine, aunque se sabe que ella ayudó en su laboratorio y trabajó en experimentos de viscosidad. El biógrafo y amigo de Maxwell, Lewis Campbell, adoptó una reticencia poco característica sobre el tema de Katherine, aunque describió su vida conyugal como "una de devoción sin precedentes".
En 1860 Marischal College se fusionó con el vecino King's College para formar la Universidad de Aberdeen. No había lugar para dos profesores de Filosofía Natural, por lo que Maxwell, a pesar de su reputación científica, se vio despedido. No tuvo éxito en la solicitud de la silla recientemente abandonada de Forbes en Edimburgo, la publicación en cambio fue a Tait. Maxwell recibió la Cátedra de Filosofía Natural en el King's College de Londres. Después de recuperarse de un ataque casi mortal de viruela en 1860, Maxwell se mudó a Londres con su esposa.
King's College, Londres, 1860-1865
El tiempo de Maxwell en King's fue probablemente el más productivo de su carrera. Fue galardonado con la Medalla Rumford de la Royal Society en 1860 por su trabajo sobre el color y más tarde fue elegido miembro de la Sociedad en 1861. Este período de su vida lo vería mostrar la primera fotografía en color a prueba de luz del mundo, desarrollar sus ideas sobre la viscosidad de gases, y propone un sistema de definición de cantidades físicas, ahora conocido como análisis dimensional. Maxwell solía asistir a conferencias en la Royal Institution, donde mantenía contacto regular con Michael Faraday. La relación entre los dos hombres no podía describirse como cercana, porque Faraday tenía 40 años Maxwell y mostraba signos de senilidad. Sin embargo, mantuvieron un fuerte respeto por los talentos de los demás.
Esta vez es especialmente notable por los avances que Maxwell hizo en los campos de la electricidad y el magnetismo. Examinó la naturaleza de los campos eléctricos y magnéticos en su documento en dos partes "Sobre las líneas físicas de la fuerza", que se publicó en 1861. En él proporcionó un modelo conceptual para la inducción electromagnética, que consiste en diminutas células giratorias de flujo magnético. Posteriormente, se agregaron y se publicaron dos partes más en el mismo documento a principios de 1862. En la primera parte adicional, se discutió la naturaleza de la electrostática y la corriente de desplazamiento. En la segunda parte adicional, se ocupó de la rotación del plano de la polarización de la luz en un campo magnético, un fenómeno que había sido descubierto por Faraday y ahora se conoce como el efecto Faraday.
Años posteriores, 1865-1879
En 1865, Maxwell renunció a la cátedra en King's College, Londres, y regresó a Glenlair con Katherine. En su artículo "Sobre figuras recíprocas, marcos y diagramas de fuerzas" (1870), discutió la rigidez de varios diseños de celosía. Escribió el libro de texto Theory of Heat (1871) y el tratado Matter and Motion(1876). Maxwell también fue el primero en hacer un uso explícito del análisis dimensional, en 1871.
En 1871 regresó a Cambridge para convertirse en el primer profesor Cavendish de Física. Maxwell se hizo cargo del desarrollo del Laboratorio Cavendish, supervisando cada paso en el progreso del edificio y de la compra de la colección de aparatos. Una de las últimas grandes contribuciones de Maxwell a la ciencia fue la edición (con copiosas notas originales) de la investigación de Henry Cavendish, de la que parecía que Cavendish investigó, entre otras cosas, cuestiones tales como la densidad de la Tierra y la composición del agua.
Maxwell murió en Cambridge de cáncer abdominal el 5 de noviembre de 1879 a la edad de 48 años. Su madre había muerto a la misma edad del mismo tipo de cáncer. El ministro que lo visitaba regularmente en sus últimas semanas estaba asombrado por su lucidez y el inmenso poder y alcance de su memoria, pero comenta más particularmente,
Cuando se acercó la muerte Maxwell le dijo a un colega de Cambridge:
Maxwell está enterrado en Parton Kirk, cerca de Castle Douglas en Galloway, cerca de donde creció. La biografía ampliada La vida de James Clerk Maxwell , de su antiguo compañero de escuela y amigo de toda la vida, el profesor Lewis Campbell, se publicó en 1882. Sus trabajos fueron publicados en dos volúmenes por Cambridge University Press en 1890.
Vida personal
Como gran amante de la poesía escocesa, Maxwell memorizó poemas y escribió los suyos. El más conocido es Rigid Body Sings , basado cercanamente en "Comin 'Through the Rye" de Robert Burns, que aparentemente solía cantar mientras se acompañaba con una guitarra. Tiene las líneas de apertura
Una colección de sus poemas fue publicada por su amigo Lewis Campbell en 1882.
Las descripciones del comentario de Maxwell sobre sus notables cualidades intelectuales se combinan con la incomodidad social.
Maxwell era un presbiteriano evangélico y en sus últimos años se convirtió en un Anciano de la Iglesia de Escocia. Las creencias religiosas de Maxwell y las actividades relacionadas han sido el foco de una serie de documentos. Asistió a los servicios de la Iglesia de Escocia (denominación de su padre) y episcopalianos (la denominación de su madre) cuando era niño, Maxwell luego sufrió una conversión evangélica en abril de 1853. Una faceta de esta conversión puede haberlo alineado con una posición antipositivista.
Legado científico
Electromagnetismo
Maxwell había estudiado y comentado sobre la electricidad y el magnetismo ya en 1855, cuando su trabajo "Sobre las líneas de fuerza de Faraday" fue leído en la Sociedad Filosófica de Cambridge. El documento presentó un modelo simplificado del trabajo de Faraday y cómo la electricidad y el magnetismo están relacionados. Redujo todo el conocimiento actual en un conjunto vinculado de ecuaciones diferenciales con 20 ecuaciones en 20 variables. Este trabajo fue publicado más tarde como "On Physical Lines of Force" en marzo de 1861.
Alrededor de 1862, mientras daba una conferencia en King's College, Maxwell calculó que la velocidad de propagación de un campo electromagnético es aproximadamente la de la velocidad de la luz (ver velocidad de la luz # constantes electromagnéticas). Consideró que esto era más que una mera coincidencia, y comentó: "Difícilmente podemos evitar la conclusión de que la luz consiste en las ondulaciones transversales del mismo medio que es la causa de los fenómenos eléctricos y magnéticos".
Trabajando aún más en el problema, Maxwell demostró que las ecuaciones predicen la existencia de ondas de campos eléctricos y magnéticos oscilantes que viajan a través del espacio vacío a una velocidad que podría predecirse a partir de experimentos eléctricos simples; utilizando los datos disponibles en el momento, Maxwell obtuvo una velocidad de 310,740,000 metros por segundo (1,0195 × 10 pies / s). En su artículo de 1864 "Una teoría dinámica del campo electromagnético", Maxwell escribió: "El acuerdo de los resultados parece mostrar que la luz y el magnetismo son afecciones de la misma sustancia, y que la luz es una perturbación electromagnética propagada a través del campo de acuerdo con leyes electromagnéticas ".
Sus famosas veinte ecuaciones, en su forma moderna de cuatro ecuaciones en derivadas parciales, aparecieron por primera vez en forma completamente desarrollada en su libro de texto Tratado de Electricidad y Magnetismo.en 1873. La mayor parte de este trabajo fue realizado por Maxwell en Glenlair durante el período comprendido entre la celebración de su puesto en Londres y la toma de la silla Cavendish. Maxwell expresó el electromagnetismo en el álgebra de los cuaterniones e hizo del potencial electromagnético la pieza central de su teoría. En 1881 Oliver Heaviside reemplazó el campo de potencial electromagnético de Maxwell por 'campos de fuerza' como la pieza central de la teoría electromagnética. Heaviside redujo la complejidad de la teoría de Maxwell a cuatro ecuaciones diferenciales, conocidas ahora colectivamente como las Leyes de Maxwell o las ecuaciones de Maxwell. Según Heaviside, el campo del potencial electromagnético era arbitrario y necesitaba ser "asesinado". El uso de potenciales escalares y vectoriales es ahora estándar en la solución de las ecuaciones de Maxwell.
Unos años más tarde hubo un debate entre Heaviside y Peter Guthrie Tait sobre los méritos relativos del análisis de vectores y los cuaterniones. El resultado fue la constatación de que no era necesario contar con las mejores perspectivas físicas proporcionadas por los cuaterniones si la teoría era puramente local, y el análisis de vectores se hizo común. Se demostró que Maxwell era correcto, y su conexión cuantitativa entre la luz y el electromagnetismo se considera uno de los grandes logros de la física matemática del siglo XIX.
Maxwell también introdujo el concepto del campo electromagnéticoen comparación con las líneas de fuerza que describió Faraday. Al comprender la propagación del electromagnetismo como un campo emitido por partículas activas, Maxwell podría avanzar su trabajo en la luz. En ese momento, Maxwell creía que la propagación de la luz requería un medio para las ondas, denominado éter luminífero. Con el tiempo, la existencia de dicho medio, que impregna todo el espacio y, sin embargo, aparentemente indetectable por medios mecánicos, resultó imposible de conciliar con experimentos como el experimento de Michelson-Morley. Además, parecía requerir un marco de referencia absoluto en el cual las ecuaciones eran válidas, con el desagradable resultado de que las ecuaciones cambiaban de forma para un observador en movimiento. Estas dificultades inspiraron a Albert Einstein a formular la teoría de la relatividad especial;
Visión del color
Junto con la mayoría de los físicos de la época, Maxwell tenía un gran interés en la psicología. Siguiendo los pasos de Isaac Newton y Thomas Young, estaba particularmente interesado en el estudio de la visión del color. De 1855 a 1872, Maxwell publicó a intervalos una serie de investigaciones sobre la percepción del color, el daltonismo y la teoría del color, y recibió la Medalla Rumford por "On the Theory of Color Vision".
Isaac Newton había demostrado, utilizando prismas, que las luces blancas, como la luz solar, están compuestas por una serie de componentes monocromáticos que luego podrían recombinarse en luz blanca. Newton también demostró que una pintura naranja hecha de amarillo y rojo podría verse exactamente como una luz anaranjada monocromática, aunque se compone de dos luces monocromáticas amarillas y rojas. De ahí la paradoja que desconcertaron a los físicos de la época: dos luces complejas (compuestas de más de una luz monocromática) podrían parecerse pero ser físicamente diferentes, llamadas metameras . Thomas Young más tarde propuso que esta paradoja podría explicarse por la percepción de los colores a través de un número limitado de canales a los ojos, que propuso ser triple, la teoría del color tricromática. Maxwell usó el álgebra lineal recientemente desarrollada para probar la teoría de Young. Cualquiera de los tres receptores estimulantes de la luz monocromática debería ser igualmente estimulado por un conjunto de tres luces monocromáticas diferentes (de hecho, por cualquier conjunto de tres luces diferentes). Demostró que ese era el caso, inventando experimentos de combinación de colores y colorimetría.
Maxwell también estaba interesado en aplicar su teoría de la percepción del color, es decir, en la fotografía en color. Tomado directamente de su trabajo psicológico sobre la percepción del color: si una suma de tres luces podía reproducir cualquier color perceptible, entonces las fotografías en color podrían producirse con un conjunto de tres filtros de colores. En el transcurso de su artículo de 1855, Maxwell propuso que, si se tomaban tres fotografías en blanco y negro de una escena a través de filtros rojos, verdes y azules y se proyectaban copias transparentes de las imágenes en una pantalla usando tres proyectores equipados con filtros similares Cuando se superpone en la pantalla, el resultado sería percibido por el ojo humano como una reproducción completa de todos los colores de la escena.
Durante una conferencia de la Royal Institution de 1861 sobre teoría del color, Maxwell presentó la primera demostración de fotografía en color del mundo por este principio de análisis y síntesis de tres colores. Thomas Sutton, inventor de la cámara réflex de una sola lente, tomó la foto. Hizo una fotografía de una cinta de tartán tres veces, a través de filtros rojos, verdes y azules, y también hizo una cuarta fotografía a través de un filtro amarillo, que, según la cuenta de Maxwell, no se usó en la demostración. Debido a que las placas fotográficas de Sutton eran insensibles al rojo y apenas sensibles al verde, los resultados de este experimento pionero estuvieron lejos de ser perfectos. En la explicación publicada de la conferencia, se comentó que "si las imágenes rojas y verdes hubieran sido fotografiadas por completo como el azul", "habría sido una imagen verdaderamente real de la cinta".
Teoría cinética y termodinámica
Maxwell también investigó la teoría cinética de los gases. Originada por Daniel Bernoulli, esta teoría fue avanzada por los sucesivos trabajos de John Herapath, John James Waterston, James Joule y particularmente Rudolf Clausius, a tal punto que puso su precisión general fuera de toda duda; pero recibió un gran desarrollo por parte de Maxwell, quien en este campo apareció como un experimentador (en las leyes de la fricción gaseosa) y también como un matemático.
Entre 1859 y 1866, desarrolló la teoría de las distribuciones de velocidades en partículas de un gas, trabajo más tarde generalizado por Ludwig Boltzmann. La fórmula, llamada distribución de Maxwell-Boltzmann, da la fracción de moléculas de gas que se mueven a una velocidad específica a cualquier temperatura dada. En la teoría cinética, las temperaturas y el calor implican solo movimiento molecular. Este enfoque generalizó las leyes de termodinámica previamente establecidas y explicó las observaciones y experimentos existentes de una manera mejor que la que se había logrado anteriormente. El trabajo de Maxwell sobre la termodinámica lo llevó a idear el experimento mental que llegó a conocerse como el demonio de Maxwell, donde la segunda ley de la termodinámica es violada por un ser imaginario capaz de clasificar partículas por energía.
En 1871 estableció las relaciones termodinámicas de Maxwell, que son declaraciones de igualdad entre las segundas derivadas de los potenciales termodinámicos con respecto a las diferentes variables termodinámicas. En 1874, construyó una visualización termodinámica de yeso como una forma de explorar las transiciones de fase, basada en los documentos gráficos de termodinámica del científico estadounidense Josiah Willard Gibbs.
Teoría de control
Maxwell publicó un documento "Sobre los gobernadores" en el Proceedings of the Royal Society , vol. 16 (1867-1868). Este documento se considera un documento central de los primeros días de la teoría del control. Aquí "gobernadores" se refiere al gobernador o al gobernador centrífugo utilizado para regular las máquinas de vapor.
Legado
Su nombre es honrado de varias maneras:
- El maxwell (Mx), un compuesto derivado de la unidad CGS que mide el flujo magnético
- Premio James Clerk Maxwell en Física de Plasma de la Sociedad Física Estadounidense
- Premio IEEE Maxwell
- Maxwell Montes, una cordillera en Venus
- La brecha de Maxwell en los anillos de Saturno
- El Telescopio James Clerk Maxwell, el telescopio astronómico de longitud de onda submilimétrica más grande del mundo, con un diámetro de 15 metros (49 pies).
- El edificio James Clerk Maxwell de la Universidad de Edimburgo, que alberga las escuelas de matemáticas, física y meteorología
- El edificio James Clerk Maxwell en el campus de Waterloo del King's College de Londres, una cátedra de Física y una sociedad de físicos de pregrado llevan su nombre en la universidad.
- El Centro de Ciencias James Clerk Maxwell de la Academia de Edimburgo
- El Centro Maxwell de la Universidad de Cambridge, dedicado a las interacciones academia-industria en Ciencias Físicas y Tecnología.
- Una estatua en la calle George de Edimburgo
- El fabricante de GPU Nvidia ha nombrado la arquitectura de su serie GeForce 900 después de Maxwell
- Una escultura propuesta llamada La Estrella de Caledonia es para rendir homenaje a James Clerk Maxwell
- Software ANSYS para análisis electromagnético, llamado Maxwell
Publicaciones
- Maxwell, James Clerk (1873),
Un tratado sobre electricidad y magnetismo Vol I , Oxford: Clarendon Press - Maxwell, James Clerk (1873),
Un tratado sobre electricidad y magnetismo Vol II , Oxford: Clarendon Press - Maxwell, James Clerk (1881),
un tratado elemental sobre electricidad , Oxford: Clarendon Press - Maxwell, James Clerk (1890),
Los artículos científicos de James Clerk Maxwell Vol I , Publicación de Dover - Maxwell, James Clerk (1890),
Los artículos científicos de James Clerk Maxwell Vol II , Cambridge, University Press - Maxwell, James Clerk (1908),
Teoría del calor , Longmans Green Co. - Tres de las contribuciones de Maxwell a Encyclopædia Britannica aparecieron en la Novena Edición (1878): Atom , [1] Attraction , [2] y Ether [3]; y tres en la Undécima Edición (1911): Acción Capilar , [4] Diagrama , [5] y Faraday, Michael [6].
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