James Clerk Maxwell para niños
Datos para niños James Clerk Maxwell |
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| Información personal | ||
| Nacimiento | 13 de junio de 1831 Edimburgo (Reino Unido) |
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| Fallecimiento | 5 de noviembre de 1879 Cambridge, Inglaterra, Reino Unido de Gran Bretaña e Irlanda |
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| Causa de muerte | Cáncer de estómago | |
| Sepultura | Abadía de Westminster | |
| Nacionalidad | británico | |
| Religión | Evangelicalismo | |
| Lengua materna | Inglés | |
| Familia | ||
| Padres | John Clerk Maxwell de Middlebie y Frances Cay | |
| Cónyuge | Katherine Clerk Maxwell | |
| Educación | ||
| Educación | Marischal College de Aberdeen, King's College de Londres, Universidad de Cambridge | |
| Educado en | Universidad de Edimburgo Cambridge |
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| Supervisor doctoral | William Hopkins | |
| Información profesional | ||
| Ocupación | Catedrático | |
| Área | Electromagnetismo, termodinámica | |
| Años activo | 1860-1865 | |
| Conocido por | Descubrimiento de la teoría electromagnética y la teoría cinética de gases. | |
| Empleador | Marischal College de Aberdeen (1856-1860) King's College de Londres (1860-1871) Universidad de Cambridge (1871-1879) |
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| Estudiantes doctorales | John Henry Poynting George Chrystal |
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| Alumnos | Arthur Schuster, John Ambrose Fleming y John Henry Poynting | |
| Obras notables |
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| Miembro de |
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| Distinciones | Premio Smith (1854) Premio Adams (1857) Medalla Rumford (1860) Medal Keith (1869) |
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| Firma | ||
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James Clerk Maxwell (nacido en Edimburgo el 13 de junio de 1831 y fallecido en Cambridge el 5 de noviembre de 1879) fue un brillante matemático y científico británico. Su logro más importante fue crear la teoría clásica de la radiación electromagnética. Esta teoría unió por primera vez la electricidad, el magnetismo y la luz, mostrando que eran diferentes formas de un mismo fenómeno.
Las ecuaciones de Maxwell, que describen el electromagnetismo, son consideradas la "segunda gran unificación de la física". La primera fue la de Isaac Newton con sus leyes del movimiento.
En 1865, Maxwell publicó un trabajo donde demostró que los campos eléctricos y magnéticos viajan por el espacio como ondas a la velocidad de la luz. También sugirió que la luz era una onda que se movía a través del mismo medio que los fenómenos electromagnéticos. Al unir la luz con la electricidad, predijo la existencia de las ondas de radio. Por todo esto, Maxwell es visto como el fundador de la ingeniería eléctrica moderna.
Maxwell también ayudó a desarrollar la distribución de Maxwell-Boltzmann, una forma de describir cómo se mueven las partículas en los gases. Además, en 1861, presentó la primera fotografía en color que duró mucho tiempo.
Sus descubrimientos fueron muy importantes para el inicio de la física moderna. Sentaron las bases para campos como la relatividad especial y la mecánica cuántica. Muchos físicos creen que Maxwell fue el científico del siglo XIX con más influencia en la física del siglo XX. Su aporte a la ciencia se compara con el de Isaac Newton o Albert Einstein.
Contenido
Vida de James Clerk Maxwell
Sus primeros años
James Clerk Maxwell nació el 13 de junio de 1831 en Edimburgo. Su padre, John Clerk Maxwell, era abogado y su madre, Frances Cay. La familia de James era de buena posición. James era primo de la artista Jemima Blackburn y del ingeniero civil William Dice Cay, quien fue su padrino de boda.
Cuando James era pequeño, su familia se mudó a la casa Glenlair, que sus padres habían construido en su propiedad. Desde muy niño, James mostró una gran curiosidad. A los tres años, ya preguntaba cómo funcionaba todo lo que se movía, brillaba o hacía ruido. Su madre escribió que él siempre quería saber "cómo funciona" y que investigaba cómo el agua llegaba a los estanques.
Su familia era parte de la nobleza escocesa. Su padre, John, era un hombre interesado en la ciencia y le enseñó a James a amar la naturaleza y la ciencia. Entre sus juguetes, James tenía un fenaquistiscopio, un aparato antiguo que es como un antepasado del cine. Al principio, James fue educado en casa por un tutor que no lo motivaba. A los 10 años, lo enviaron a la Academia de Edimburgo. Allí, sus compañeros se burlaban de él por su acento y su ropa. Sin embargo, cuatro años después, ganó la medalla de matemáticas.
Desde los 12 años, James acompañaba a su padre a las reuniones de la Sociedad Real de Edimburgo. Esto influyó mucho en su camino. En 1845, a los 14 años, escribió su primer trabajo científico. Describía un método para dibujar elipses y otras figuras. Como era muy joven, un profesor de la Universidad de Edimburgo presentó su trabajo a la Sociedad de Edimburgo. Su trabajo fue publicado, y esto le permitió ser miembro de la Sociedad a tan temprana edad.
Estudios en la Academia de Edimburgo
Su madre, Frances, se encargó de su educación cuando era muy pequeño. A los siete años, James ya había leído pasajes largos de libros importantes. Su madre falleció en diciembre de 1839, cuando James tenía solo ocho años. A partir de entonces, su padre y su tía Jane se encargaron de su educación.
Cuando James tenía diez años, fue a la prestigiosa Academia de Edimburgo. Como no había sitio en el primer curso, entró en el segundo con compañeros un año mayores. Sus modales y su acento de campo eran diferentes a los de los otros chicos. Al principio, sus compañeros le pusieron el apodo de "Dafty" (que significa algo así como "tontito"). Pero a James no parecía importarle. Más tarde, se hizo amigo de Lewis Campbell y Peter Guthrie Tait, quienes también se convertirían en importantes estudiosos.
A James le encantaba la geometría desde pequeño. Descubrió los poliedros regulares por sí mismo antes de que se los enseñaran. Aunque al principio su trabajo académico no destacaba, a los 13 años ganó la medalla de matemáticas y el primer premio en inglés y poesía.
Sus intereses iban más allá de las clases. A los catorce años, escribió un artículo científico sobre cómo dibujar curvas especiales usando un hilo. Su trabajo, Oval Curves, fue presentado a la Sociedad Real de Edimburgo por James Forbes, un profesor de la Universidad de Edimburgo, porque Maxwell era demasiado joven para presentarlo él mismo. Aunque René Descartes ya había estudiado estas curvas, Maxwell simplificó el método.
Universidad de Edimburgo (1847–1850)
En 1847, a los 16 años, Maxwell dejó la Academia y empezó a estudiar en la Universidad de Edimburgo. Podría haber ido a la Universidad de Cambridge, pero decidió terminar sus estudios en Edimburgo. Sus profesores en Edimburgo eran muy reconocidos.
Las clases no le resultaban muy difíciles, así que tenía tiempo libre para sus propios experimentos, especialmente cuando volvía a Glenlair. Allí, experimentaba con materiales químicos, eléctricos y magnéticos. Le interesaba mucho la luz polarizada. Usando bloques de gelatina y prismas, descubrió la fotoelasticidad, una forma de ver cómo se distribuyen las fuerzas en las estructuras.
A los 18 años, presentó dos artículos científicos más a la Royal Society de Edimburgo. Uno de ellos, "On the Equilibrium of Elastic Solids", sentó las bases para un descubrimiento posterior sobre cómo la luz se comporta en líquidos bajo presión. El otro, "Rolling Curves", también fue presentado por su tutor debido a su juventud.
Universidad de Cambridge
En octubre de 1850, Maxwell se fue a la Universidad de Cambridge para estudiar matemáticas. Al principio, estuvo en Peterhouse, pero luego se cambió al Trinity College, buscando una beca. En Trinity, fue elegido miembro de una sociedad secreta de debate intelectual.
En noviembre de 1851, Maxwell estudió con William Hopkins, un profesor muy exitoso. En 1854, Maxwell se graduó en Trinity con un título en matemáticas. Fue el segundo mejor en su examen final. Después de graduarse, presentó un trabajo sobre la transformación de superficies.
Maxwell decidió quedarse en Trinity para investigar. Le interesaba la naturaleza y la percepción del color, algo que había empezado a estudiar en Edimburgo. Con unos discos de colores inventados por Forbes, Maxwell demostró que la luz blanca se forma mezclando luz roja, verde y azul. Su trabajo "Experimentos sobre el Color" explicó los principios de la combinación de colores. Fue aceptado en Trinity en octubre de 1855. En febrero de 1856, le ofrecieron un puesto de profesor en el Marischal College de Aberdeen. Su padre le ayudó a preparar las referencias, pero falleció el 2 de abril. Maxwell aceptó el puesto y se fue de Cambridge en noviembre de 1856.
Marischal College, Aberdeen (1856–1860)
A los 25 años, Maxwell era mucho más joven que los otros profesores del Marischal College. Tenía muchas responsabilidades, como organizar los programas y preparar las clases. Daba 15 horas de clase a la semana. Vivía en Aberdeen durante el curso y pasaba los veranos en Glenlair, la propiedad que había heredado de su padre.
Maxwell se dedicó a un problema que había desconcertado a los científicos durante 200 años: la naturaleza de los anillos de Saturno. Nadie sabía cómo podían mantenerse estables sin romperse. Maxwell pasó dos años estudiando el problema. Demostró que un anillo sólido o líquido no sería estable. Concluyó que los anillos estaban formados por muchísimas partículas pequeñas, cada una orbitando de forma independiente alrededor de Saturno.
En 1859, Maxwell ganó un premio por su ensayo On the stability of the motion of Saturn’s rings. Su trabajo fue tan detallado que George Biddell Airy dijo que era una de las aplicaciones más memorables de las matemáticas a la física. Sus predicciones fueron confirmadas más tarde por las observaciones de las naves espaciales Voyager.
En 1857, Maxwell conoció a Katherine Mary Dewar, la hija del director del Marischal College. Se comprometieron en febrero de 1858 y se casaron el 2 de junio de ese año. Katherine ayudaba a Maxwell en el laboratorio con sus experimentos.
En 1860, el Marischal College se unió con el King’s College, formando la Universidad de Aberdeen. Como no había lugar para dos profesores de filosofía natural, Maxwell se quedó sin trabajo. No consiguió el puesto en Edimburgo, pero le ofrecieron una cátedra en el King's College de Londres. Después de recuperarse de una enfermedad grave en 1860, Maxwell se mudó a Londres con su esposa.
King’s College, Londres (1860–1865)
El tiempo de Maxwell en el King’s College fue muy productivo. Recibió la Medalla Rumford en 1860 por su trabajo sobre el color y fue aceptado en la Royal Society en 1861. Durante este tiempo, presentó la primera fotografía en color del mundo, desarrolló sus ideas sobre cómo se mueven los gases y propuso un sistema para definir cantidades físicas. Maxwell asistía a conferencias donde se encontraba con Michael Faraday, otro gran científico.
Este periodo es importante por los avances de Maxwell en electricidad y magnetismo. Estudió la naturaleza de los campos eléctricos y magnéticos en su trabajo "On physical lines of force", publicado en 1861. Allí, explicó la inducción electromagnética. Más tarde, añadió más partes a su trabajo, explicando la electrostática y la corriente de desplazamiento, y analizando cómo un campo magnético afecta la polarización de la luz, un fenómeno descubierto por Faraday.
Últimos años (1865–1879)
En 1865, Maxwell dejó el King’s College y regresó a Glenlair con Katherine. Escribió libros importantes como Theory of Heat (1871) y Matter and Motion (1876). También fue el primero en usar el análisis dimensional de forma clara en 1871.
En 1871, se convirtió en el primer Profesor Cavendish de Física en Cambridge. Maxwell se encargó de construir el Laboratorio Cavendish, supervisando cada detalle. Una de sus últimas grandes contribuciones fue editar y anotar las investigaciones de Henry Cavendish, que incluían estudios sobre la densidad de la Tierra y la composición del agua.
Maxwell falleció en Cambridge el 5 de noviembre de 1879, a los 48 años, debido a una enfermedad abdominal, la misma que había afectado a su madre. Fue enterrado en Parton Kirk, cerca de donde creció. Su amigo Lewis Campbell publicó una biografía de Maxwell en 1882.
Vida personal
Maxwell estaba casado con Katherine Clerk Maxwell, quien es conocida por sus observaciones que ayudaron a los descubrimientos de su esposo.
Le gustaba mucho la poesía escocesa y escribía sus propios poemas. El más conocido es Rigid Body Sings, que se parece a una canción de Robert Burns. Su amigo Lewis Campbell publicó una colección de sus poemas en 1882.
Maxwell era una persona de fe presbiteriana. En sus últimos años, se convirtió en un anciano de la iglesia.
Contribuciones científicas de Maxwell
Electromagnetismo
Maxwell empezó a estudiar la electricidad y el magnetismo en 1855. Presentó un modelo simplificado del trabajo de Michael Faraday y habló sobre la relación entre electricidad y magnetismo. Redujo todo lo que se sabía sobre el tema a un conjunto de ecuaciones. Este trabajo se publicó en 1861.
Alrededor de 1862, Maxwell calculó la velocidad a la que se propaga un campo electromagnético y descubrió que era casi igual a la velocidad de la luz. Pensó que esto no era una simple coincidencia y dijo: "Difícilmente podemos evitar la conclusión de que la luz consiste en ondulaciones transversales del mismo medio que causa los fenómenos eléctricos y magnéticos."
Maxwell demostró que sus ecuaciones predecían la existencia de ondas de campos eléctricos y magnéticos que viajaban por el vacío a una velocidad que se podía calcular con experimentos eléctricos simples. Usando los datos de su época, Maxwell obtuvo una velocidad de 310.740.000 metros por segundo. En su artículo de 1864, afirmó que la luz y el magnetismo son efectos de la misma cosa, y que la luz es una perturbación electromagnética que se propaga según las leyes electromagnéticas.
Sus famosas ecuaciones aparecieron en su forma moderna (cuatro ecuaciones) en su libro A Treatise on Electricity and Magnetism (1873). Gran parte de este trabajo lo hizo mientras estaba en Glenlair.
Maxwell también introdujo el concepto de campo electromagnético, diferente al concepto de líneas de fuerza de Faraday. Al entender la propagación del electromagnetismo como un campo, Maxwell pudo avanzar en su trabajo sobre la luz. En esos años, su teoría de la luz necesitaba un medio para las ondas, llamado éter lumínico. Con el tiempo, se demostró que este éter no existía, lo que inspiró a Albert Einstein a crear su teoría de la relatividad especial, que eliminó la necesidad de un éter.
Percepción del color
Como muchos físicos de su tiempo, Maxwell se interesó en cómo vemos los colores, siguiendo los pasos de Isaac Newton y Thomas Young. Entre 1855 y 1872, publicó investigaciones sobre la percepción del color, el daltonismo y la teoría del color.
Isaac Newton había demostrado que la luz blanca se compone de muchos colores que pueden volver a combinarse en luz blanca. Thomas Young propuso que vemos los colores a través de un número limitado de "canales" en los ojos, probablemente tres. Maxwell usó las matemáticas para probar la teoría de Young. Demostró que cualquier color puede ser reproducido mezclando tres luces de colores diferentes. Para esto, inventó experimentos de combinación de colores.
Maxwell también aplicó su teoría del color a la fotografía en color. Propuso que si se tomaban tres fotografías en blanco y negro a través de filtros rojos, verdes y azules, y luego se proyectaban las imágenes transparentes en una pantalla usando filtros similares, el ojo humano vería una reproducción completa de todos los colores de la escena.
En una conferencia en 1861, Maxwell presentó la primera demostración de fotografía en color del mundo usando este principio. Thomas Sutton, el inventor de la cámara réflex, tomó la fotografía. Fotografió una cinta de tela escocesa tres veces, a través de filtros rojos, verdes y azules. Los resultados no fueron perfectos porque las placas fotográficas de Sutton no eran muy sensibles al rojo y al verde. Sin embargo, este experimento fue un gran avance.
Teoría cinética y termodinámica
Maxwell también trabajó en la teoría cinética de los gases, que estudia cómo se mueven las partículas en un gas. Él la desarrolló mucho, haciendo experimentos y usando matemáticas.
Entre 1859 y 1866, creó una teoría sobre cómo se distribuyen las velocidades de las partículas en un gas. Esta teoría, llamada distribución de Maxwell-Boltzmann, permite calcular cuántas partículas se mueven a una velocidad determinada a una temperatura dada. En la teoría cinética, la temperatura y el calor son solo el resultado del movimiento de las moléculas. Este enfoque mejoró las leyes de la termodinámica y explicó muchos experimentos. El trabajo de Maxwell en termodinámica lo llevó a imaginar el famoso experimento mental del demonio de Maxwell, que explora los límites de la entropía.
En 1871, Maxwell estableció las relaciones termodinámicas de Maxwell, que son igualdades entre las propiedades de los sistemas termodinámicos. En 1874, construyó un modelo de yeso para visualizar los cambios de fase de la materia, basándose en las ideas de Josiah Willard Gibbs.
Teoría del control
Con su trabajo "On governors", Maxwell sentó algunas de las bases de la teoría del control actual. En este artículo, habló sobre los reguladores centrífugos que se usaban para controlar las máquinas de vapor de su época.
Legado de James Clerk Maxwell
El nombre de James Clerk Maxwell ha sido honrado de muchas maneras:
- El maxwell (Mx), una unidad para medir el flujo magnético.
- El Premio James Clerk Maxwell en física de plasmas.
- El Premio Maxwell del IEEE.
- El cráter lunar Maxwell lleva su nombre.
- El asteroide (12760) Maxwell también lo conmemora.
- Los Maxwell Montes en Venus llevan su nombre.
- La brecha Maxwell en los anillos de Saturno.
- El telescopio James Clerk Maxwell, el telescopio astronómico más grande del mundo para ciertas longitudes de onda.
- El Edificio James Clerk Maxwell en la Universidad de Edimburgo, donde están las facultades de meteorología, matemáticas y física.
- El edificio James Clerk Maxwell en el King’s College de Londres.
- El Centro James Clerk Maxwell de la Academia de Edimburgo.
- El Centro Maxwell de la Universidad de Cambridge, dedicado a la relación entre la academia y la industria en ciencias físicas.
- Una estatua en la Calle George de Edimburgo.
- La empresa de tarjetas gráficas Nvidia nombró una de sus arquitecturas en honor a Maxwell.
- El software de análisis electromagnético de ANSYS se llama Maxwell.
- Existe un Colegio James Clerk Maxwell en Arequipa.
Galería de imágenes
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Retrato de James Clerk Maxwell.
-
Firma de James Clerk Maxwell.
Véase también
En inglés: James Clerk Maxwell Facts for Kids
