馬克士威

均分定理

均分定理(Equipartition theorem)
國立臺灣大學物理系博士後研究員 羅雅琳

所謂均分定理是指對於古典系統來說,在當系統處在絕對溫度T之熱平衡下,每個自由度所貢獻的能量權重相同。舉例來說:若欲考慮理想氣體的平均動能,我們可透過馬克士威-波茲曼統計,來得知氣體分子運動時的方均根速率為[1]

\(v=\displaystyle\sqrt{v_x^2+v_y^2+v_z^2}=\sqrt{\frac{3k_BT}{m}}\cdots(1)\)

,其中 \(m\) 為粒子的質量,而 \(k_B=1.38\times 10^{-23}\)(單位:焦耳/絕對溫度)是為了紀念波茲曼在物理上的貢獻,而用其名字來命名的波茲曼常數。

馬克士威James Clerk Maxwell

馬克士威 James Clerk Maxwell
國立彰化師範大學物理學系研究所許嘉榕研究生/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

馬克士威〈1831年6月13日-1879年11月5日〉集過去關於電學、磁學理論與實驗之大成,寫成馬克士威方程組。他研究氣體分子動力論,發展出馬克士威分布。還研究光色的三原色理論;在1861年做成了第一張彩色相片。他被認為是十九世紀科學家對二十世紀物理影響最大的人,與牛頓及愛因斯坦的成就可相提並論。

馬克士威1831出生於英國愛丁堡,他的父親是一位學士淵博的律師,馬克士威從小求知慾很強,他天資聰敏加上認真向學,成績一直很優異,14歲就寫了 一篇「談橢圓之製圖法」的論文,發表在皇家學會會刊上。進入愛丁堡大學,學習數學、物理和邏輯學等。畢業後便進入劍橋大學研讀數學博士,他的數學才華吸引 了當時著名數學家霍普金斯,並收馬克士威為研究生,後來也在數學家斯托克指導下學習數學和流體力學。1854年獲得了劍橋大學博士學位。

之後馬克士威便開始研究電磁學,從法拉第的《電學實驗研究》開始學習,因馬克士威用數學方法呈現出法拉第「力線」的概念,隔年他發表了《論法拉第力線》的論文,並推導出庫倫定律和高斯定律。

瞧 ! 馬克斯威爾來了

瞧 ! 馬克斯威爾來了
知識通訊評論第102期

馬克斯威爾

一個半世紀前電磁學理論的發表,常被描繪為一個純粹科學理論的大突破,此一理論帶來的巨大社會影響,也被用來作為支持基礎科學研究正當性的例證。事實上,電磁理論的成功,得益於電報傳輸問題的需要,科學理論也多是在社會需求中正常發展而成。

一百五十年前的上個月,年方三十的馬克斯威爾(James Clerk Maxwell)發表了他討論電磁學數學物理面向不凡論文〈論物理力線〉的頭一部分。十分吸引人的是,在其中有許多現代社會更加熟稔的事物,諸如遠距通訊、資訊科技以及微電子學。但是從當時那些理論進而成就現況,其途徑並不如看起來的那麼直接。景仰馬克斯威爾的人,有時候把他的成就視為一項證據,證明了然無趣的科學,最終會帶來巨大的經濟和實際的回報。比方說,在英國,「馬克斯威爾已經成為公眾贊助的地區科技與創新研發中心的金字招牌,野心勃勃地想要拉近大學與工業界之間的鴻溝。

電磁波理論

電磁波理論 (Electromagnetic theory
國立臺南第一高級中學二年級陳奕廷/國立臺南第一高級中學物理科王俊乃老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

某時刻下,一個線性的偏振光束 (linearly-polarized)會有兩種振盪:相互垂直的電場與磁場,而它們又同時垂直於光的前進方向(橫波(transverse wave))

在 1845 年,法拉第 (Michael Faraday)發現:光束在通過偏振物質的偏振角度產生的變化可以被磁場偏轉,這個現象就是著名的法拉第旋轉。這是第一次發現光與電磁學 (electromagnetism)的關聯性的證據。法拉第又在 1847 年提出光是一個高頻率的電磁振動,即使在缺少介質(如乙太 (ether))的情 況下也可以傳導。

1871 年6 月:馬克士威(James Clerk Maxwell)和他的惡魔

1871 年6 月:馬克士威(James Clerk Maxwell)和他的惡魔(Maxwell’s Demon)
高瞻計畫特約編譯蕭如珀、臺灣大學物理系楊信男 編譯/國立臺灣大學化學系陳竹亭教授責任編輯

機器持續不間斷運轉的概念—即供應著固定的能量就可以永遠運轉的裝置是很令人嚮往的,美國的專利局每年都會收到無數個相關裝置的專利申請,其中大多數都可根據熱力學定律而予以退件,但最詭異、最有名、違反熱力學定律的恆久運轉概念之一是由馬克士威(James Clerk Maxwell,1831-1879)所提出的。