De 1855 a 1856, Maxwell publicó su primer artículo electromagnético: Sobre las líneas del campo magnético de Faraday. Este artículo no solo expresa la imagen intuitiva de la línea de fuerza de Faraday en una forma matemática abstracta y promueve la investigación experimental de Faraday, sino que también contiene una serie de ideas importantes y abre nuevas vías para futuras investigaciones.
Después de un análisis en profundidad del fenómeno de la fuerza electromotriz inducida generada por cambios en el campo magnético en 1861, Maxwell sintió profundamente que incluso si no hay un bucle conductor, el campo magnético cambiante estimulará un "campo" alrededor a través del medio, lo vio como un campo eléctrico inducido o un campo eléctrico de vórtice. Este fue el primer postulado importante de la teoría electromagnética unificada de Maxwell. En 1862, Maxwell publicó un importante artículo "Sobre las líneas de campo magnético en física", que introdujo el concepto de "corriente de desplazamiento". Esta es una creación del pensamiento teórico de Maxwell y un paso clave para establecer la teoría. Esto lo llevó a generalizar los dos principios básicos de que la corriente en el conductor produce líneas de fuerza magnéticas alrededor de la corriente y la corriente inducida en el conductor cuando el conductor es secante, formando los siguientes dos principios: el campo eléctrico cambiante en el espacio produce una campo magnético; un campo magnético cambiante crea un campo eléctrico. Esto conduce a una nueva imagen física: los campos eléctricos alternos producen campos magnéticos alternos, y los campos magnéticos alternos producen campos eléctricos alternos. Estos dos procesos interconectados y mutuamente excitantes hacen que el campo eléctrico y el campo magnético formen un "campo electromagnético" unificado. Formando así gradualmente un sistema teórico completo de campo electromagnético.
De 1864 a 1865, Maxwell publicó su famoso artículo "La teoría dinámica de los campos electromagnéticos". En este artículo, derivó las ecuaciones de Maxwell para el campo electromagnético en el vacío. El estatus de esta ecuación en el electromagnetismo es equivalente al estatus de las leyes de la mecánica de Newton en la mecánica clásica. La comunidad científica ha elogiado durante mucho tiempo la simplicidad y la belleza de su forma.
En 1868, Maxwell publicó otro importante artículo, "La teoría electromagnética de la luz", que resumía claramente la luz como teoría electromagnética. Esta es la famosa teoría de las ondas electromagnéticas de la luz. En este punto, Maxwell combinó la electricidad, el magnetismo y la luz originalmente independientes para completar una importante síntesis de la física a mediados de este siglo.
Además, siguiendo a Faraday, Maxwell utilizó el poder de las matemáticas para eliminar aún más la fuerza de distancia, que fue de gran importancia para el desarrollo de la física. Porque si no se excluye la fuerza de distancia, no habrá teoría electromagnética ni teoría de la relatividad. Si se utiliza la transformación de Lorentz, el principio de que la velocidad de la luz es constante puede derivarse de Maxwell, que es una premisa básica de la teoría de la relatividad. No es de extrañar que Einstein dijera una vez que el establecimiento de la teoría especial de la relatividad se atribuyó a las ecuaciones de Maxwell.
En 1871, Maxwell se convirtió en el primer profesor de física experimental en la Universidad de Cambridge y estableció y dirigió el Laboratorio de Física Cavendish. Esta unidad académica, llamada Laboratorio, fue en realidad el Instituto de Física, que luego se convirtió en uno de los centros académicos más importantes y famosos de la historia de la ciencia.
La mayor aportación de Maxwell fue el establecimiento de la teoría electromagnética de la luz. Ya en la universidad, se dio cuenta de que la teoría de Faraday era una base importante para establecer una nueva teoría física. Estaba decidido a utilizar medios matemáticos para compensar las deficiencias de Faraday y expresar el genio de Faraday en una forma matemática clara y precisa.
En 1873, Maxwell completó su obra clásica sobre electricidad y magnetismo, que se considera el clásico de la física más importante después de los Principios de Newton. El electromagnetismo de Maxwell es un profundo legado científico en el tesoro del conocimiento humano. Además del electromagnetismo, también fueron destacadas las contribuciones de Maxwell a la dinámica molecular del calor. En 1871, Maxwell publicó "La teoría del calor". Este libro expresa algunas relaciones entre las derivadas parciales de variables termodinámicas como presión, volumen, entropía, temperatura, etc., conocidas como "relaciones de Maxwell". El estatus de estas relaciones en termodinámica es equivalente al estatus de las ecuaciones de Maxwell en dinámica clásica.
Del 65438 al 0879, Maxwell comenzó a centrar su atención en la teoría de los gases.
Usó métodos de estadística matemática para derivar la ley de distribución de velocidad de Maxwell para el movimiento molecular. Este logro puede considerarse como el punto de partida de la física estadística clásica. Además, Maxwell desarrolló aún más la teoría de Hamilton sobre el análisis vectorial y la racionalidad de los operadores diferenciales simbólicos, e hizo importantes contribuciones en diferentes campos, como la teoría del sentido del caballo y la colorimetría, la investigación de los anillos de Saturno, la óptica geométrica y los servomecanismos (elasticidad óptica, mecánica estructural, etc. del regulador de velocidad). El 5 de octubre de 165438+ del mismo año, Maxwell murió de cáncer a la edad de 49 años. En la historia de la física, murió una estrella gigante que podía comunicarse con Newton. Para conmemorarlo, las generaciones posteriores llamaron a la unidad de flujo magnético Maxwell.