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德国物理学家——乔治·西蒙·欧姆

乔治西蒙欧姆 (georg simon ohm,1789—1854)一个天才的研究者,1789年3月16日生于德国埃尔兰根城,父亲自学了数学和物理方面的知识,并教给少年时期的欧姆,唤起了欧姆对科学的兴趣。然而他的成就对我们后人的意义是非常远大的。

欧姆是德国物理学家,提出了经典电磁理论中著名的欧姆定律。为纪念其重要贡献,人们将其名字作为电阻单位。欧姆的名字也被用于其他物理及相关技术内容中,比如“欧姆接触”、“欧姆杀菌”、“欧姆表”等。

欧姆的父亲是锁匠,父亲自学了数学和物理方面的知识,并教给少年时期的欧姆,唤起了欧姆对科学的兴趣。然而他的成就对我们后人的意义是非常远大的。16岁时他进入埃尔兰根大学研究数学、物理与哲学,由于经济困难,中途辍学,到1813年才完成博士学业。欧姆是一个很有天才和科学抱负的人,他长期担任中学教师,由于缺少资料和仪器,给他的研究工作带来不少困难,但他在孤独与困难的环境中始终坚持不懈地进行科学研究,自己动手制作仪器。

欧姆对导线中的电流进行了研究。他从傅立叶发现的热传导规律受到启发,导热杆中两点间的热流正比于这两点间的温度差。因而欧姆认为,电流现象与此相似,猜想导线中两点之间的电流也许正比于它们之间的某种驱动力,即现在所称的电动势。欧姆花了很大的精力在这方面进行研究。开始他用伏打电堆作电源,但是因为电流不稳定,效果不好。后来他接受别人的建议改用温差电池作电源,从而保证了电流的稳定性。但是如何测量电流的大小,这在当时还是一个没有解决的难题。

开始,欧姆利用电流的热效应,用热胀冷缩的方法来测量电流,但这种方法难以得到精确的结果。后来他把奥斯特关于电流磁效应的发现和库仑扭秤结合起来,巧妙地设计了一个电流扭秤,用一根扭丝悬挂一磁针,让通电导线和磁针都沿子午线方向平行放置;再用铋和铜温差电池,一端浸在沸水中,另一端浸在碎冰中,并用两个水银槽作电极,与铜线相连。当导线中通过电流时,磁针的偏转角与导线中的电流成正比。实验中他用粗细相同、长度不同的八根铜导线进行了测量,得出了如下的等式:x=a/(b x)。

式中x为磁效应强度,即电流的大小;a是与激发力(即温度差)有关的常数,即电动势;x表示导线的长度,b是与电路其余部分的电阻有关的常数,b x实际上表示电路的总电阻。这个结果于1826年发表。1827年欧姆又在《动电电路的数学研究》一书中,把他的实验规律总结成如下公式:s=γe。

式中s表示电流;e表示电动力,即导线两端的电势差,γ为导线对电流的传导率,其倒数即为电阻。

欧姆定律发现初期,许多物理学家不能正确理解和评价这一发现,并遭到怀疑和尖锐的批评。研究成果被忽视,经济极其困难,使欧姆精神抑郁。直到1841年英国皇家学会授予他最高荣誉的科普利金牌,才引起德国科学界的重视。

欧姆在自己的许多著作里还证明了:电阻与导体的长度成正比,与导体的横截面积和传导性成反比;在稳定电流的情况下,电荷不仅在导体的表面上,而且在导体的整个截面上运动。

欧姆1789年3月16日出生于德国埃尔朗根的一个锁匠世家,父亲乔安渥夫甘欧姆是一位锁匠,母亲玛莉亚伊丽莎白贝克是埃尔朗根的裁缝师之女。虽然欧姆的父母亲从未受过正规教育,但是他的父亲是一位受人尊敬的人,高水平的自学程度足以让他给孩子们出色的教育。欧姆的一些兄弟姊妹们在幼年时期死亡,只有三个孩子存活下来,这三个孩子分别是他、他后来成为著名数学家的弟弟马丁欧姆(martinohm,1792年—1872年)和他的姊姊伊丽莎白芭芭拉。他的母亲在他十岁的时候就去世了。

幼年时期的初期,格奥尔格西蒙和马丁高程度的数学、物理、化学和哲学是受他们的父亲所教。格奥尔格西蒙在11岁至15岁时曾上埃朗根高级中学,在那里他接受到了一点点科学知识的培养,并且感受到学校所教授的与父亲所传授的有着非常鲜明的不同。格奥尔格西蒙欧姆15岁时接受了埃尔朗根大学教授卡尔克利斯坦凡兰格斯多弗(karlistianvonlangsdorf)的一次测试,他注意到欧姆在数学领域异于常人的出众天赋,他甚至在结论上写道,从锁匠之家将诞生出另一对伯努利兄弟。

1805年,16岁的欧姆进入埃尔朗根大学学习数学、物理和哲学。他并没有把精力放在学习上,而是在跳舞、滑冰和台球上花费了大把的时间。欧姆的父亲对于欧姆如此浪费受教育的机会,而感到非常愤怒,于是把欧姆送到了瑞士。1806年9月,欧姆在gottstadtbeinydau的一所学校取得了数学教师的职务。

卡尔克利斯坦凡兰格斯多弗在1809年离开埃尔朗根大学前往海德堡大学任教,欧姆提出希望跟他一起前往海德堡重新开始他的数学学习,但是兰格斯多弗建议欧姆继续自学数学,并建议他阅读欧拉、拉普拉斯和拉克洛瓦的著作。欧姆接受了兰格斯多弗的建议,一边任教一边继续自学数学。22岁时,欧姆回到埃尔朗根,并在1811年以论文《lichtundfarben》(光线和色彩)获得博士学位,此后在埃尔朗根做了3个学期的数学讲师。此后分别于1813年在班贝格、1817年在科隆、1826年在柏林的几家中学任教。

欧姆的主要研究兴趣在于当时仍没有被普遍研究的电学,1833年成为纽伦堡皇家综合技术学校的教授,1839年起担任该校的校长,1849年起任教于慕尼黑大学,1852年成为实验物理学教授。

欧姆爱好物理和数学,欧姆自幼受到父亲的教导,在科学和技术方面得到了不少的启迪。在大学期间,因生活困难,不得不退学去做家庭教师。但他仍然坚持学习,终于完成了学业,获得了博士学位。他曾在几处中学任教,并在繁重的工作之余,坚持进行科学研究。

欧姆正处在电学飞速发展的时期,新的电学成果不断地涌现,其他科学家的发现激励着他去进一步探索一个重要的问题:使用伏打电池的电路中,电流强度可能随电池数目的增多而增大,但是,这中间到底存在什么规律呢?他决心通过实验寻找答案。

当时还没有测量电流强弱的仪器,欧姆曾设想用电流的热效应去测量电流的强弱,但没有成功。

1821年施魏格尔和波根多夫发明了一种原始的电流计,这个仪器的发明使欧姆受到鼓舞。他利用业余时间,向工人学习多种加工技能,决心制作必要的电学仪器与设备。为了准确地量度电流,他巧妙地利用电流的磁效应设计了一个电流扭秤。用一根扭丝挂一个磁针,让通电的导线与这个磁针平行放置,当导线中有电流通过时,磁针就偏转一定的角度,由此可以判断导线中电流的强弱了。
他把自己制作的电流计连在电路中,并创造性地在放磁针的度盘上划上刻度,以便记录实验的数据。这样,1825年从根据实验结果得出了一个公式,可惜是错的,用这个公式计算的结果与欧姆本人后来的实验也不一致。欧姆很后悔,意识到问题的严重性,打算收回已发出的论文,可是已经晚了,论文已发散出去了。急于求成的轻率做法,使他吃了苦头,科学家对他也表示反感,认为他是假充内行。

欧姆决心要挽回影响和损失,更重要的是还要继续通过实验找规律。这时欧姆多么需要人们的理解和支持啊!当时有位科学家叫波根多夫,从欧姆这位中学教师身上看到了追求真理勇于创新的才华,写信鼓励欧姆继续干下去。并建议他在实验中,使用更加稳定的塞贝克温差电池。

这种电池是1821年由塞贝克发明的,它的原理是:用钢、铋两种不同的导线连接而组成的电路中,两个接头的温度不同时可以产生电流,温差越大,电流越强。欧姆鼓起勇气,用了温差电池重新认真地做实现,他把一个接头浸入沸水中,温度保持100℃,另一接头埋入冰块,温度保持0℃,从而保证一个能供应稳定电压的电源。多次实验之后,终于在1827年提出了一个关系式:x=a/(b x)式中x表示电流强度,a表示电动势(高中物理中学到),b x表示电阻,b是电源内部的电阻,x为外部电路的电阻。这就是欧姆定律,这在电学史上是具有里程碑意义的贡献。

但是,科学界仍不承认欧姆的科学发现,许多人对他还抱有成见,甚至认为定律太简单,不足为信。这一切使欧姆也感到万分痛苦和失望。

但是,真理之光终究会放射出来的。说来也凑巧,1831年有位叫波利特的科学家发表了一篇论文,得到的是与欧姆同样的结果。这才引起科学界对欧姆的重新注意。

1841年,英国皇家学会授予他科普利金质奖章,并且宣称欧姆定律是“在精密实验领域中最突出的发现”。他得到了应有的荣誉。

1854年欧姆与世长辞。十年之后英国科学促进会为了纪念他,决定用欧姆的名字作为电阻单位的名称。使人们每当使用这个术语时,总会想起这位勤奋顽强、卓有才能的中学教师。

从1820年起,他开始研究电磁学。欧姆的研究工作是在十分困难的条件下进行的。

他不仅要忙于教学工作,而且图书资料和仪器都很缺乏,他只能利用业余时间,自己动手设计和制造仪器来进行有关的实验。1826年,欧姆发现了电学上的一个重要定律——欧姆定律,这是他最大的贡献。这个定律在我们今天看来很简单,然而它的发现过程却并非如一般人想象的那么简单。欧姆为此付出了十分艰巨的劳动。

在那个年代,人们对电流强度、电压、电阻等概念都还不

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