欧姆定律。科学发现的历史和本质

欧姆定律。科学发现的历史和本质

最重要的科学发现

导体只是电路的无源元件。这种观点一直流行到十九世纪四十年代。那么为什么要浪费时间研究它呢？

Stefano Mariaini (1790–1866) 是最早解决导体电导率问题的科学家之一。他偶然发现了他的发现，研究了电池的电压。 Stefano 注意到，随着伏打柱元素数量的增加，箭头上的电磁效应并没有明显增加。这让马里亚尼尼立刻想到，每一个伏打元素都是电流通过的障碍。他用成对的“有源”和“无源”（即由两块被湿垫片隔开的铜板组成）进行了实验，并凭经验发现了现代读者认识到欧姆定律的一个特殊情况的关系，当电阻的没有像马里亚尼尼的经验那样关注外部电路。

奥姆承认马里亚尼尼的优点，尽管他的作品并没有成为工作中的直接帮助。

乔治·西蒙·欧姆 (1789-1854) 出生于埃尔兰根的一个世袭锁匠家庭。父亲在这个男孩的成长过程中所扮演的角色是巨大的，也许，他一生所取得的一切成就都归功于他的父亲。离开学校后，乔治进入了城市体育馆。 Erlangen Gymnasium由大学监管，是与那个时代相对应的教育机构。

1805 年春天，格奥尔格成功地从体育馆毕业后，开始在埃尔兰根大学哲学系学习数学、物理和哲学。

经过三个学期的学习，Ohm 接受了一份邀请，在瑞士哥特施塔特的一所私立学校担任数学老师。 1809 年，格奥尔格被要求腾出职位并接受在新城教数学的邀请。没有别的选择，到了圣诞节，他搬到了一个新的地方。但大学毕业的梦想并没有离开奥马。 1811年他回到埃尔兰根。 Om 的自学成果丰硕，同年大学毕业，顺利通过论文答辩，获得博士学位。大学毕业后，他立即获得了同一所大学数学系的私人教师职位。

教学工作与欧姆的愿望和能力非常一致。但是，只工作了三个学期，由于物质原因几乎困扰了他一生，他被迫寻找一个薪水更高的职位。

根据 16 年 1812 月 1816 日的皇家决定，欧姆被任命为班贝格学校的数学和物理教师。 XNUMX 年 XNUMX 月，班贝格真正的学校关闭了。一位数学老师被邀请以同样的费用在当地一所预科学校教过度拥挤的教室。

绝望的博士对找到一份合适的教学工作失去了所有希望，却意外地收到了一份在科隆耶稣会学院担任数学和物理老师的工作。他立即前往未来工作的地方。

在这里，在科隆，他工作了九年。正是在这里，他从数学家“蜕变为”物理学家。空闲时间的存在促成了欧姆作为研究物理学家的形成。他满怀热情地投入到一份新工作中，在董事会的车间和乐器店里坐了很长时间。

欧姆开始研究电。他通过确定各种导体的电导率的相对值开始了他的实验研究。应用现在已成为经典的方法，他在电路的两点之间串联了相同直径的各种材料的细导体，并改变了它们的长度，从而获得了一定量的电流。

作为 V.V. Koshmanov，“欧姆知道巴洛和贝克勒尔作品的出现，这些作品描述了对电路定律的实验搜索。他也知道这些研究人员得出的结果。虽然欧姆、巴洛和贝克勒尔都使用一个磁针作为记录装置，在连接电路和电流源时要特别小心，原则上是相同的设计，但他们得到的结果却不同。真相顽固地避开了研究人员。

首先，有必要消除最重要的错误来源，根据 Ohm 的说法，这是原电池。

欧姆在他的第一个实验中就注意到，当用任意电线闭合电路时，电流的磁效应随着时间的推移而减弱......

这种下降实际上并没有随着时间的推移而停止，很明显在这种情况下寻找电路规律是没有意义的。要么使用与现有的不同类型的电能发生器，要么创建一个新的，或者开发一种电路，其中 EMF 的变化不会影响实验结果。 Om 走的是第一条路。”

在欧姆的第一篇文章发表后，波根多夫建议他放弃化学元素，更好地使用塞贝克不久前推出的铜铋热电偶。欧姆听取了这个建议，并重复了他的实验，组装了一个带有热电电池的装置，在其外部电路中串联了八根相同直径但不同长度的铜线。他借助一种扭力天平测量了电流强度，这种扭力天平由悬挂在金属线上的磁针形成。当平行于针的电流使针偏转时，唵扭转悬挂针的线，直到针处于其通常的位置；电流强度被认为与线扭转的角度成正比。

欧姆得出的结论是，用八种不同的电线进行的实验结果可以用以下方程表示 - 的商 а除以 х + в哪里 х 指导体的磁作用强度，其长度等于 х和 а и в - 常数分别取决于激励力和电路其余部分的电阻。

实验的条件发生了变化：电阻和热电对被替换了，但结果仍然归结为上面的公式，如果我们替换它很容易进入我们知道的那个 х 目前的实力， а - 电动势和 в + х - 电路的总电阻。

欧姆还用四根黄铜线进行了实验 - 结果是相同的。科什马诺夫写道：“由此得出一个重要的结论，欧姆发现的公式涉及表征导体中电流流动过程的物理量，该公式不仅适用于铜导体。使用这个公式，无论本例中使用的导体材料如何，您都可以计算电路......

... 此外，Ohm 发现常数 β 不依赖于激振力或包含的导线的长度。这一事实为断言价值链中不变部分的特征提供了依据。并且由于结果公式的分母中的加法只能用于相同名称的量，因此，欧姆得出的常数 in 应该表征电路不变部分的电导率。

在随后的实验中，Ohm 研究了导体温度对其电阻的影响。他将研究过的导体放入火焰中，将它们放入装有碎冰的水中，并确保导体的电导率随着温度的升高而降低，随着温度的降低而升高。

获得他著名的公式后，欧姆用它来研究施韦格乘数对箭头偏转的作用，并研究通过电池组外部电路的电流，具体取决于它们的连接方式（串联或并联）。因此，他解释了决定电池外部电流的因素，这对于第一批研究人员来说是相当模糊的问题。

1826 年发表在《物理与化学杂志》上的欧姆著名文章《金属传导接触电所依据的定律的定义，以及伏打装置和施威格倍增器的理论草图》出现。

一篇包含电现象领域实验研究结果的文章的出现并没有给科学家留下深刻印象。他们甚至都无法想象欧姆建立的电路定律是未来所有电气计算的基础。

1827 年，他在柏林出版了他的主要著作《数学设计的电流电路》。

欧姆的研究受到让-巴蒂斯特·傅里叶 (Jean-Baptiste Fourier, 1822-1768) 热分析理论 (1830) 的启发。这位科学家意识到傅里叶所说的“热流”机制可以比作导体中的电流。就像在傅里叶理论中，两个物体之间或同一物体的两个点之间的热流是由温度差来解释的，所以欧姆解释了导体两点上“电势”的差异，电的发生它们之间的电流。

欧姆介绍了电动势的概念和精确定义，用科学家自己的话来说就是“电导力”，即电导率和电流强度。在用现代作者给出的微分形式表达了他推导出的定律后，欧姆还针对特定电路的特殊情况以有限值将其写下来，其中热电电路尤为重要。在此基础上，他制定了已知的电路电压变化规律。

但欧姆的理论研究也没有引起人们的注意，欧姆的理论工作与他的实验研究工作有着共同的命运。科学界仍在等待。直到 1841 年，欧姆的著作才被翻译成英语，1847 年被翻译成意大利语，1860 年被翻译成法语。

俄罗斯物理学家是第一个在外国科学家中承认欧姆定律的人。楞次和雅各比。他们还帮助其获得国际认可。在俄罗斯物理学家的参与下，5 年 1842 月 XNUMX 日，伦敦皇家学会授予欧姆一枚金质奖章，并选举欧姆为会员，欧姆成为仅有的第二位获此殊荣的德国科学家。

他的美国同事非常激动地谈到这位德国科学家的优点 J亨利 “当我第一次阅读欧姆的理论时，”他写道，“在我看来，它就像闪电，突然照亮了一个陷入黑暗的房间。”

慕尼黑大学物理学教授 E. Lommel 在 1895 年科学家纪念碑开幕式上准确地谈到了欧姆研究的意义。在他面前的黑暗中。欧姆显示了穿越难以理解的事实森林的唯一正确道路。近几十年来我们惊讶地观察到的电气工程发展的显着进步，只能在欧姆的发现的基础上实现。秘密并将其传递到同时代的人手中。

作者：萨明 D.K.

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