第一节 欧姆定律

欧姆

　　一、生平简介

　　欧姆(GeorgSimonOhm，1787～1854年)，德国物理学家．1787年3月16日出生于德国埃尔兰根．欧姆是家里七个孩子中的长子，他的父亲是一位熟练的锁匠，爱好哲学和数学．欧姆从小就在父亲的教育下学习数学，这对欧姆以后的发展起了一定的作用．
　　欧姆曾在埃尔兰根大学求学，由于经济困难，于1806年中途辍学，去外地当家庭教师．1811年他重新回到埃尔兰根取得博士学位．在埃尔兰根教了三个学期的数学，因收入菲薄，不得不去班堡中等学校教书．1817年出版了欧姆的第一著作（几何教科书），他被聘为科隆的耶稣会学院的数学、物理教师，那里实验室设备良好，为欧姆研究电学提供了条件．
　　1825年欧姆发表了有关伽伐尼电路的论文，但其中的公式是错误的．第二年他改正了这个错误，得出有名的欧姆定律．
　　欧姆定律刚发表时，并没有被大学所接受，连柏林学会也没有注意到它的重要性．欧姆非常失望，他辞去了在科隆的职务，又去当了几年私人教师．随研究电路工作的进展，人们逐渐认识到欧姆定律的重要性，欧姆本人的声誉也大大提高．1833年他被聘为纽伦堡工艺学校物理教授．1841年伦敦皇家学会授予他勋章．1849年他当上了慕尼黑大学物理教授．他在晚年还写了光学方面的教科书．1854年7月6日，欧姆在德国曼纳希逝世．

　　二、科学成就

　　欧姆在物理学中的主要贡献是发现了欧姆定律．
　　奥斯特发现电流磁效应之后，欧姆开始研究导线中电流本身遵循什么规律．他受到热流规律（一根导热杆中两点间的热流大小正比于这两点的温度差）的启发，推想导线中两点之间的电流大小也许正比于这两点之间的某种驱动力．欧姆把这种未知的驱动力称作“验电力”，也就是现在所说的电势差或电压．欧姆在这个设想的基础上，作了一系列实验，不过实验遇到了不少困难．起初，欧姆采用伏打电堆作电源，效果不理想．后来采用刚发明不久的温差电池作电源，才获得了稳定的电流．第二个困难是电流大小的测量．欧姆原来利用电流的热效应，通过热胀冷缩方法来测量电流的大小，但是没有取得理想的效果．后来他巧妙地利用电流的磁效应，设计了一个电流扭秤，才有效地解决了这个问题．欧姆用一根扭丝悬挂一根水平放置的磁针，待测的通电导线放在磁针的下面，并和磁针平行，用铋-铜温差电池作电源．欧姆反复作了多次实验，得到了如下关系：X＝a／(b＋x)．
　　式中a、b是常数，分别和电源的电动势和内电阴相对应；X是磁针偏转角，和导线中电流强度相对应；x是导线长度，和外电路的电阻相对应．这是欧姆定律的最早的形式，发表在1826年德国《化学和物理学杂志》上，论文题目是《金属导电定律的测定》．这个公式与今天的全电路欧姆定律公式 相比较，X和电流强度相对应．x和外电路总电阻R相对应，a和电源电动势ε相对应，b和电源内电阻r相对应，这个公式相当于今天的全电路欧姆定律公式．
　　1827年出版了他最著名的著作《伽伐尼电路的数学论述》，文中列出了公式 ，明确指出伽伐尼电路中电流的大小与总电压成正比，与电路的总电阻成反比，式中S为导体中的电流强度（I），A为导体两端的电压（U），L为导体的电阻（R），可见，这就是今天的部分电路欧姆定律公式．
　　另外，欧姆还发现了电阻与导线的长度及横截面的关系．
　　此外，欧姆对声学也有过研究，1843年发现人耳只能分辨作为纯音的正弦声波，并能自动地把任何一种周期性声波分解成各种谐音加以吸收．1852年他还对单轴晶体中的光的干涉现象进行了研究．

　　三、趣闻轶事

　　1、灵巧的手艺是从事科学实验之本
　　欧姆的家境十分困难，但从小受到良好的重陶，父亲是个技术熟练的锁匠，还爱好数学和哲学．父亲对他的技术启蒙，使欧姆养成了动手的好习惯，他心灵手巧，做什么都像样．物理是一门实验学科，如果只会动脑不会动手，那么就好像是用一条腿走路，走不快也走不远．欧姆要不是有这一手好手艺，木工、车工、钳工样样都能来一手，那么他是不可能获得如此成就的．
　　在进行了电流随电压变化的实验中，正是欧姆巧妙地利用电流的磁效应，自己动手制成了电流扭秤，用它来测量电流强度，才取得了较精确的结果．
　　2、乌云和尘埃遮不住科学真理之光
　　1827年，欧姆发表《伽伐尼电路的数学论述》，从理论上论证了欧姆定律，欧姆满以为研究成果一定会受到学术界的承认也会请他去教课．可是他想错了．书的出版招来不少讽刺和诋毁，大学教授们看不起他这个中学教师．德国人鲍尔攻击他说：“以虔诚的眼光看待世界的人不要去读这本书，因为它纯然是不可置信的欺骗，它的唯一目的是要亵渎自然的尊严．”这一切使欧姆十分伤心，他在给朋友的信中写道：“伽伐尼电路的诞生已经给我带来了巨大的痛苦，我真抱怨它生不逢时，因为深居朝庭的人学识浅薄，他们不能理解它的母亲的真实感情．”
　　当然也有不少人为欧姆抱不平，发表欧姆论文的《化学和物理杂志》主编施韦格（即电流计发明者）写信给欧姆说：“请您相信，在乌云和尘埃后面的真理之光最终会透射出来，并含笑驱散它们．”欧姆辞去了在科隆的职务，又去当了几年私人教师，直到七、八年之后，随着研究电路工作的进展，人们逐渐认识到欧姆定律的重要性，欧姆本人的声誉也大大提高．1841年英国皇家学会授予他科普利奖章，1842年被聘为国外会员，1845年被接纳为巴伐利亚科学院院士．为纪念他，电阻的单位“欧姆”，以他的姓氏命名．