格奥尔格·西蒙·欧姆笔下人物的生活
欧姆1789出生于16年3月6日,德国赫勒姆的一个锁匠家庭。他的父亲琼·沃夫根·欧姆是一名锁匠,母亲玛丽亚·伊丽莎白·贝克是赫勒姆一名裁缝的女儿。欧姆的父母虽然没有接受过正规的教育,但他的父亲是一个受人尊敬的人,他的自学水平很高,足以让他给孩子一个优秀的教育。欧姆的一些兄弟姐妹在童年时就去世了,但只有三个孩子活了下来。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(1792-1872),以及他的姐姐伊丽莎白·芭芭拉。他母亲在他十岁时去世了。1805年,16岁的欧姆进入埃尔兰根大学学习数学、物理和哲学。他没有专注于学习,而是花了很多时间跳舞、滑冰和打台球。欧姆的父亲对欧姆浪费教育机会非常生气,于是把欧姆送到了瑞士。
1806年9月,欧姆在Gottstadtbei Nydau的一所学校担任数学老师。
16岁进入埃尔兰根大学学习数学、物理和哲学。因经济困难辍学,直到1813才完成博士学业。欧姆当中学老师已经很长时间了。由于缺乏资料和仪器,他的研究工作带来了许多困难。但他一直在孤独艰苦的环境中坚持不懈地进行科研,自己制作仪器。
欧姆研究了导线中的电流。他受到傅立叶发现的热传导定律的启发,导热棒中两点之间的热流与这两点之间的温差成正比。所以欧姆认为电流现象与此类似,猜测导线中两点之间的电流可能与它们之间的某种驱动力成正比,这种驱动力称为电动势。欧姆在这项研究上花费了大量精力。一开始他用伏打堆做电源,但因为电流不稳定,效果并不好。后来他接受了别人的建议,用热电电池做电源,这样就保证了电流的稳定性。但是如何测量电流在当时还是一个没有解决的问题。最初欧姆利用电流的热效应,通过热胀冷缩来测量电流,但这种方法很难得到准确的结果。后来,他把奥斯特发现电流磁效应和库仑扭秤结合起来,巧妙地设计了一台电流扭秤,用一根扭绞的导线悬挂一根磁针,使通电的导线和磁针沿经线方向平行放置。然后用一个铋铜温差电池,一端浸在开水里,另一端浸在碎冰里,用两个水银槽做电极,用铜线连接。当电流通过导线时,磁针的偏转角与导线中的电流成正比。在实验中,他测量了八根粗细相同、长度不同的铜线,得出如下方程:
X=a/(b+x)
其中x是磁效应的强度,即电流的大小;a是与激励力(即温差)即电动势有关的常数;x代表导线的长度,B是与电路其余部分的电阻相关的常数,b+x实际上代表电路的总电阻。这个结果发表在1826。1827年,欧姆在《动电学电路的数学研究》一书中把他的实验定律总结成以下公式:
S=γE .
其中s代表电流;e代表电动力,即导线两端的电位差,γ是导线对电流的电导率,它的倒数是电阻。
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,受到怀疑和尖锐批评。研究成果被忽视,经济极度困难,这让欧姆情绪低落。直到1841皇家学会授予他最高荣誉——科普利金质奖章,才引起了德国科学界的关注。
欧姆在他的许多著作中也证明了电阻与导体的长度成正比,与导体的截面积和电导率成反比;在稳恒电流的情况下,电荷不仅在导体表面运动,而且在导体的整个截面上运动。Karl Kristen van Langestoffer于1809年离开埃尔兰根大学到海德堡大学任教。欧姆提出和他一起去海德堡重新开始他的数学学习,但是朗格斯托弗建议欧姆继续自学数学,阅读欧拉、拉普拉斯和拉克劳的著作。欧姆接受了朗格斯多夫的建议,继续自学数学。
22岁时,欧姆回到了赫勒姆,在那里他以论文《Lichtund Farben》获得了博士学位181,然后在赫勒姆做了三个学期的数学讲师。之后于1813年在班贝格,1817年在科隆,1826年在柏林任教。
欧姆的主要研究兴趣是电学,当时电学还没有被广泛研究。
1833年成为纽伦堡皇家理工学院教授,1839年成为该校校长,1849年成为慕尼黑大学教授,1852年成为实验物理学教授。欧姆热爱物理和数学。欧姆从小受父亲教导,获得了很多科技方面的启蒙。大学期间,因为生活困难,不得不辍学去做家教。但是他坚持学习,终于完成了学业,拿到了博士学位。曾在多所中学任教,繁重工作后坚持科研。
欧姆正处于电学飞速发展的时期,新的电学成果不断涌现。其他科学家的发现启发他进一步探索一个重要问题:在使用伏打电池的电路中,电流强度可能随着电池数量的增加而增加,但这中间的规律是什么?他决心通过实验找到答案。
那时,没有测量电流强度的仪器。欧姆曾设想用电流的热效应来测量电流的强度,但没有成功。
1821年,Schwaiger和Bergendorf发明了原始的检流计,鼓励了欧姆。他利用业余时间向工人学习各种加工技能,并决心制作必要的电气仪器和设备。为了精确测量电流,他巧妙地利用电流的磁效应设计了电流扭秤。用绞线挂一根磁针,使通电导线与磁针平行放置。当导线中有电流时,磁针偏转一定角度,由此可以判断导线中电流的强弱。他把自己的检流计接在电路上,创造性地在磁针的表盘上做了标记,记录实验数据。
这样从1825的实验结果中得出了一个公式,但是是错误的。用这个公式计算的结果与欧姆后来的实验不一致。欧姆后悔了,意识到问题的严重性,打算收回发表的论文,但为时已晚,论文已经分发出去了。他为自己草率的成功方式吃了不少苦头,科学家们也对他表示厌恶,认为他是个假专家。
欧姆决心挽回影响和损失,更重要的是他会继续通过实验寻找规律。欧姆此时此刻多么需要人们的理解和支持!当时,一位名叫波根多夫的科学家从中学老师欧姆身上看到了追求真理、勇于创新的天赋,并写信鼓励欧姆走下去。建议他在实验中使用更稳定的Zeebek热电电池。这种电池是Zeebek在1821年发明的。它的原理是,在两根不同导线组成的电路中,两个接头的温度不同,电流就更强。欧姆鼓起勇气,用热电电池再次实现。他把一个接头浸入沸水中,保持温度在100℃,另一个接头放在冰块中,保持温度在0℃,这样就保证了一个能提供稳定电压的电源。经过多次实验,1827终于提出了一个关系式:X=a/(b+x),其中X代表电流强度,a代表电动势(高中物理学过),b+x代表电阻,b代表电源内阻,X代表外电路电阻。这就是欧姆定律,这是电学史上里程碑式的贡献。
然而,科学界仍然不认可欧姆的科学发现,很多人仍然对他持有偏见,甚至认为该定律过于简单,难以相信。这一切让欧姆感到无比痛苦和失望。
然而,真理之光终将放射。无独有偶,在1831年,一位名叫博朴荣苏的科学家发表了一篇论文,得到了与欧姆相同的结果。这引起了科学界对欧姆的再次关注。
1841年,英国皇家学会授予他科普利金质奖章,并宣称欧姆定律是“精密实验领域最杰出的发现”。他得到了他应得的荣誉。
欧姆死于1854。十年后,英国科学促进会决定用欧姆这个名字作为电阻单位的名称,以纪念他。每当人们使用这个词的时候,总会想到这位勤劳又有才华的中学老师。