物理學(xué)家簡(jiǎn)介：歐姆

1、喬治西蒙歐姆(Georg Simon Ohm，17871845)1787年3月16日生于德國(guó)埃爾蘭根城，父親是鎖匠。父親自學(xué)了數(shù)學(xué)和物理方面的知識(shí)，并教給少年時(shí)期的歐姆，喚起了歐姆對(duì)科學(xué)的興趣。16歲時(shí)他進(jìn)入埃爾蘭根大學(xué)研究數(shù)學(xué)、物理與哲學(xué)，由于經(jīng)濟(jì)困難，中途綴學(xué)，到1813年才完成博士學(xué)業(yè)。歐姆是一個(gè)很有天才和科學(xué)抱負(fù)的人，他長(zhǎng)期擔(dān)任中學(xué)教師，由于缺少資料和儀器，給他的研究工作帶來(lái)不少困難，但他在孤獨(dú)與困難的環(huán)境中始終堅(jiān)持不懈地進(jìn)行科學(xué)研究，自己動(dòng)手制作儀器。1歐姆對(duì)導(dǎo)線中的電流進(jìn)行了研究。他從傅立葉發(fā)現(xiàn)的熱傳導(dǎo)規(guī)律受到啟發(fā)，導(dǎo)熱桿中兩點(diǎn)間的熱流正比于這兩點(diǎn)間的溫度差。因而歐姆認(rèn)為，電流現(xiàn)象

2、與此相似，猜想導(dǎo)線中兩點(diǎn)之間的電流也許正比于它們之間的某種驅(qū)動(dòng)力，即現(xiàn)在所稱的電動(dòng)勢(shì)。歐姆花了很大的精力在這方面進(jìn)行研究。開(kāi)始他用伏打電堆作電源，但是因?yàn)殡娏鞑环€(wěn)定，效果不好。后來(lái)他接受別人的建議改用溫差電池作電源，從而保證了電流的穩(wěn)定性。但是如何測(cè)量電流的大小，這在當(dāng)時(shí)還是一個(gè)沒(méi)有解決的難題。開(kāi)始，歐姆利用電流的熱效應(yīng)，用熱脹冷縮的方法來(lái)測(cè)量電流，但這種方法難以得到精確的結(jié)果。后來(lái)他把奧斯特關(guān)于電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和庫(kù)侖扭秤結(jié)合起來(lái)，巧妙地設(shè)計(jì)了一個(gè)電流扭秤，用一根扭絲懸掛一磁針，讓通電導(dǎo)線和磁針都沿子午線方向平行放置；再用鉍和銅溫差電池，一端浸在沸水中，另一端浸在碎冰中，并用兩個(gè)水銀槽作電極，

3、與銅線相連。當(dāng)導(dǎo)線中通過(guò)電流時(shí)，磁針的偏轉(zhuǎn)角與導(dǎo)線中的電流成正比。實(shí)驗(yàn)中他用粗細(xì)相同、長(zhǎng)度不同的八根銅導(dǎo)線進(jìn)行了測(cè)量，得出了如下的等式：2Xa(bx)。式中X為磁效應(yīng)強(qiáng)度，即電流的大?。籥是與激發(fā)力(即溫度差)有關(guān)的常數(shù)，即電動(dòng)勢(shì)；x表示導(dǎo)線的長(zhǎng)度，b是與電路其余部分的電阻有關(guān)的常數(shù)，bx實(shí)際上表示電路的總電阻。這個(gè)結(jié)果于1826年發(fā)表。1827年歐姆又在動(dòng)電電路的數(shù)學(xué)研究一書中，把他的實(shí)驗(yàn)規(guī)律總結(jié)成如下公式：E。式中S表示電流；E表示電動(dòng)力，即導(dǎo)線兩端的電勢(shì)差，為導(dǎo)線對(duì)電流的傳導(dǎo)率，其倒數(shù)即為電阻。歐姆定律發(fā)現(xiàn)初期，許多物理學(xué)家不能正確理解和評(píng)價(jià)這一發(fā)現(xiàn)，并遭到懷疑和尖銳的批評(píng)。研究成果被忽

4、視，經(jīng)濟(jì)極其困難，使歐姆精神抑郁。直到1841年英國(guó)皇家學(xué)會(huì)授予他最高榮譽(yù)的科普利金牌，才引起德國(guó)科學(xué)界的重視。歐姆在自己的許多著作里還證明了：電阻與導(dǎo)體的長(zhǎng)度成正比，與導(dǎo)體的橫截面積和傳導(dǎo)性成反比；在穩(wěn)定電流的情況下，電荷不僅在導(dǎo)體的表面上，而且在導(dǎo)體的整個(gè)截面上運(yùn)動(dòng)。3歐姆定律發(fā)現(xiàn)與被承認(rèn) 歐姆定律的發(fā)現(xiàn) 1780年3月6日，歐姆出生在南德意志巴伐利亞的愛(ài)爾朗根。他在1805年考入愛(ài)爾朗根大學(xué)，但他只讀了三個(gè)學(xué)期就被父親送到了瑞士農(nóng)村。歐姆的父親認(rèn)為農(nóng)村的清新空氣和純樸的社會(huì)關(guān)系，將會(huì)更有利于歐姆潛心學(xué)習(xí)。在這以后的歲月里，歐姆一邊自學(xué)，一邊擔(dān)任中學(xué)教師和家庭教師。1811年，歐姆再度進(jìn)入

5、愛(ài)爾朗根大學(xué)，并于同年月10月獲得了博士學(xué)位。畢業(yè)后，他在母校擔(dān)任了一年半的無(wú)薪助教，這是他直到1849年以前在大學(xué)的唯一的一次任教。歐姆考慮到，在德國(guó)等級(jí)森嚴(yán)的師資隊(duì)伍中，無(wú)薪助教處于最低層，想要登上這個(gè)金字塔的頂端是可望而不可及的事。4于是，他決定暫時(shí)離開(kāi)大學(xué)，以便能夠較自由地從事科學(xué)研究。1813-1817年間，他在巴姆堡一所中學(xué)任教。1819年，他又轉(zhuǎn)到科隆一所經(jīng)過(guò)改革的耶穌學(xué)校當(dāng)教師?？坡〉慕逃L(fēng)氣之濃，在當(dāng)時(shí)的德國(guó)是屈指可數(shù)的。他在那里系統(tǒng)地學(xué)習(xí)和研究了著名科學(xué)家拉普拉斯、泊松，傅立葉和菲涅耳的經(jīng)典著作，從而為自己今后從事科學(xué)研究打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。 從18世紀(jì)末到19世紀(jì)初，在

6、科學(xué)領(lǐng)域最領(lǐng)先的是法國(guó)。法國(guó)的科學(xué)不僅遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)德國(guó)，而且居于世界之冠。而德國(guó)在當(dāng)時(shí)還相當(dāng)落后，這種形勢(shì)在物理學(xué)方面尤為明顯。把持當(dāng)時(shí)德國(guó)物理學(xué)界的是一批老年持重的物理學(xué)家，他們片面強(qiáng)調(diào)定性的實(shí)驗(yàn)，忽視理論概括的作用，他們對(duì)于法國(guó)人數(shù)學(xué)物理方法甚為不滿。德國(guó)物理學(xué)家孟克曾經(jīng)這樣說(shuō)過(guò)：自從牛頓和笛卡兒時(shí)代以來(lái)，數(shù)學(xué)的價(jià)值已越來(lái)越高。5我們不能不看到這處價(jià)值已充斥了法國(guó)地廣大領(lǐng)域，而且正德國(guó)襲來(lái)。如果我們誠(chéng)心誠(chéng)意地為著促進(jìn)科學(xué)的發(fā)展，并且正確而又全面地考慮目前物理學(xué)狀態(tài)的話，那么我們一時(shí)也不能不想我們更需要的是觀察和實(shí)驗(yàn)，而不是計(jì)算和幾何公式。當(dāng)然，德國(guó)也在發(fā)生變化。1806年拿破侖在耶拿戰(zhàn)爭(zhēng)中挫敗

7、了普俄聯(lián)軍，給了德國(guó)以巨大的打擊。代表新興資產(chǎn)階段利益的改革者在奮起改造社會(huì)的同時(shí)，提出要以法國(guó)科學(xué)為榜樣，徹底發(fā)行德國(guó)的科學(xué)體制。德國(guó)的教育有了較快的發(fā)展，大學(xué)引進(jìn)法國(guó)科學(xué)經(jīng)典著作為教本，開(kāi)辦討論班和研究生班，以培養(yǎng)具有特殊技能的人才。法國(guó)人的武力還擊碎了德國(guó)的世襲貴族特權(quán)，1807年10月9日發(fā)布的普魯士皇家家敕令不得不擴(kuò)大公民的權(quán)利。在這種情況下，不同背景的青年學(xué)生得以在泛德情感的紐帶中團(tuán)結(jié)起來(lái)，沖破少數(shù)人的專制和束縛，從而進(jìn)入了以往所不能進(jìn)入的科學(xué)禁區(qū)。歐姆正是在這種環(huán)境中開(kāi)始了電路的實(shí)驗(yàn)的理論研究，發(fā)現(xiàn)歐姆定律的。61826年，歐姆獲準(zhǔn)半年假期，到柏林去研究電路。在柏林，歐姆根據(jù)庫(kù)侖

8、在1784年發(fā)明的扭力抨，設(shè)計(jì)出一種絲懸磁針電流計(jì)，這種儀器使他能正確地將電流強(qiáng)度作為一個(gè)電路參量抽象出來(lái)。另外，他又根據(jù)塞貝克在1822年發(fā)現(xiàn)的溫差電效應(yīng)，設(shè)計(jì)出一臺(tái)溫差電池。溫差電池的優(yōu)點(diǎn)在于，它的電動(dòng)勢(shì)與溫差所固有的電極化的現(xiàn)象，這就使他能夠?qū)㈦妱?dòng)勢(shì)抽象出來(lái)，作為電路的另一個(gè)重要參量。歐姆就是這樣在1826年通過(guò)實(shí)驗(yàn)總結(jié)出了歐姆定律：I = E / ( R + r)其中，I表示電流強(qiáng)度，E表示電動(dòng)勢(shì)，R為電路電阻，r為電池內(nèi)阻。1827年，歐姆從熱和電的相似性出發(fā)，進(jìn)行類比，運(yùn)用傅立葉熱分析理論，從理論上推導(dǎo)出了歐姆定律，并引入了歐姆定律的微分形式，從而肯定了他在一年前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。他將這

9、項(xiàng)成果總結(jié)在數(shù)學(xué)推導(dǎo)的伽伐尼電路（以下簡(jiǎn)稱電路）一書中。歐姆的這部著作，是19世紀(jì)德國(guó)的第一部數(shù)學(xué)物理論著。 7承認(rèn)歐姆定律的艱難過(guò)程當(dāng)電路發(fā)表后，歐姆給普魯士教育部長(zhǎng)蘇爾茲贈(zèng)送了一本書，并附上一封信，請(qǐng)求蘇爾茲把他安排在大學(xué)工作。蘇爾茲是黑格爾唯心論哲學(xué)的信徒，他對(duì)歐姆的工作毫不經(jīng)意，結(jié)果他把歐姆安排在柏林一所軍校，還把這當(dāng)作是他對(duì)歐姆最大的恩典。歐姆希望到一所實(shí)驗(yàn)條件好的大學(xué)，以便進(jìn)一步研究電路，柏林軍校自然不是他所向往的地方，不過(guò)為了生計(jì)，他也沒(méi)有太多選擇的余地。一個(gè)不搞科學(xué)研究的人不重視歐姆的發(fā)現(xiàn)是不足為奇的。但是，對(duì)歐姆的責(zé)難，首先來(lái)自德國(guó)物理學(xué)界一些有影響的人物。德國(guó)物理學(xué)家鮑爾首

10、先發(fā)難。他撰文攻擊電路，他蠱惑人心地說(shuō)：以虔誠(chéng)眼光看待世界的人不要去讀這本書，因?yàn)樗兪遣豢芍眯诺钠垓_，它的唯一目的是要褻瀆自然的尊嚴(yán)。鮑爾這種做法違反了科學(xué)家的常理，對(duì)歐姆定律采取了絕對(duì)否定的態(tài)度，不但歐姆本人不能接受，就連其他一些物理學(xué)家，也覺(jué)得言之過(guò)分。8但由于鮑爾在當(dāng)時(shí)的德國(guó)物理學(xué)界占有一隅之地，因此他對(duì)歐姆的攻擊產(chǎn)生了一定的效果。歐姆面對(duì)鮑爾的無(wú)理抨擊，怒不可遏地要進(jìn)行還擊，文學(xué)雜志的主編布朗德先生勸他暫忍氣吞聲，他告訴歐姆，鮑爾是黑格爾主義者，有很強(qiáng)的勢(shì)力。這樣才避免了一場(chǎng)風(fēng)波。1829年3月20日，歐姆給路德維希一世寫信以求公斷，信中寫道：我的科學(xué)著作是具有廣泛影響的，它已經(jīng)受到

11、公眾的注意。我遺憾地說(shuō)，現(xiàn)在我只遇到唯一的反對(duì)者 - 鮑爾，他的觀點(diǎn)是建立在黑格爾原理的基礎(chǔ)上的。歐姆已經(jīng)感受到來(lái)自黑格爾哲學(xué)的壓力。從歷史上看，一位科學(xué)家受到某一哲學(xué)體系的壓抑不多見(jiàn)，而歐姆所感受到的壓力，也并非指來(lái)自黑格爾的不良影響。國(guó)王把歐姆的信交給了巴伐利亞科學(xué)院，令他們組成一個(gè)專門的學(xué)術(shù)委員會(huì)來(lái)討論歐姆的著作，辯其真?zhèn)?，作出估價(jià)以判斷它在未來(lái)科學(xué)中的地位。然而，委員會(huì)成員的意見(jiàn)不一，他們中的大多數(shù)人缺乏對(duì)電學(xué)發(fā)展的歷史分析，自然難以作出裁決。最后，只好征求哲學(xué)家謝林的意見(jiàn)。9謝林是德國(guó)自然哲學(xué)的創(chuàng)始人，與國(guó)王保持著通信關(guān)系，在科學(xué)界頗有影響。但謝林拒絕作出評(píng)價(jià)，這件事后來(lái)不了了之。歐

12、姆在給斯威格的一封信上說(shuō)：伽伐尼電路的誕生已給我?guī)?lái)了巨大痛苦，我真抱怨它生不逢時(shí)，因?yàn)樯罹映⒌娜耍瑢W(xué)識(shí)淺薄，他們不能理解它的母親的真實(shí)感情。歐姆的電路理論誕生于德國(guó)理論物理學(xué)產(chǎn)生的前夕。歐姆使用溫差電池和絲懸磁針扭力秤做實(shí)驗(yàn)，這還是最新穎的實(shí)驗(yàn)方法，這就引起其他物理實(shí)驗(yàn)家們的懷疑；更何況歐姆定律的理論部分模仿了法國(guó)數(shù)學(xué)物理學(xué)家傅立葉的熱分析方法，傅立葉要求在均勻熱傳導(dǎo)情況下金屬導(dǎo)線與外界是完全絕熱的，歐姆同樣要求電傳導(dǎo)時(shí)導(dǎo)線下周圍是完全絕緣的。這種將復(fù)雜情況進(jìn)行理想化以抽象出現(xiàn)的本質(zhì)的做法是物理學(xué)理論研究的一種基本方法，而德國(guó)一些年老權(quán)重的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家們則認(rèn)為這在實(shí)際中是不可能的。與此相反

13、，德國(guó)年青一代物理學(xué)家能接受歐姆的思想。如費(fèi)希內(nèi)爾在30歲時(shí)發(fā)表的伽伐尼電學(xué)和電化學(xué)教科書第三卷上最先引用了歐姆定律，10然而這沒(méi)有能引起德國(guó)物理學(xué)界的注意。費(fèi)希內(nèi)爾在他的教本的序言中寫道：我已經(jīng)模仿了歐姆的理論，并用我的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明了它，因此，這個(gè)理論的最基本的結(jié)論已被事實(shí)所肯定。我迫切要推廣這個(gè)理論，使它與更多的現(xiàn)象結(jié)合。我敢說(shuō)，唯有這個(gè)理論才是第一次給伽伐尼電路的結(jié)構(gòu)輸入了真實(shí)的意義。在中年物理學(xué)家中，斯威格給予歐姆的支持最大。他自始至終給歐姆發(fā)表文章提供方便，歐姆的大部分論文發(fā)表在他主編的化學(xué)和物理學(xué)雜志1830年4月21日，斯威格寫信給歐姆說(shuō)：你對(duì)年鑒的貢獻(xiàn)是最成功的，我希望你繼續(xù)

14、經(jīng)常地把這樣重要的論文發(fā)表出來(lái)。請(qǐng)相信，在烏云和塵埃后面的真理之光最終會(huì)透射出來(lái)，并含笑驅(qū)散它們。歐姆定律在很晚的時(shí)候才傳過(guò)英吉利海峽，至少在于1831年還沒(méi)有任何英國(guó)人知道這個(gè)定律。法拉第當(dāng)時(shí)正在研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象。他發(fā)現(xiàn)：在相同的感應(yīng)條件下，導(dǎo)線愈長(zhǎng)，感生電流愈少，但他沒(méi)有能深入的研究下去。11黑格爾在1831年去世后，他的唯心主義思想對(duì)科學(xué)的束縛開(kāi)始松弛了，歐姆本人也覺(jué)得在精神上得到了解放。與此同時(shí)，高斯和韋伯在哥廷根大學(xué)樹(shù)立的科學(xué)風(fēng)氣，逐步向德國(guó)各地傳播開(kāi)來(lái)，這就為接受歐姆定律創(chuàng)造了有利條件。截至1840年，已有不少實(shí)驗(yàn)家證明了歐姆定律，并把它運(yùn)用到自己的研究工作中去。不過(guò)，歐姆的聲譽(yù)首先還是在英國(guó)樹(shù)起的。1841年，倫敦皇家學(xué)會(huì)（RSL）授與歐姆最高科學(xué)獎(jiǎng) - 科普勒獎(jiǎng)?wù)拢–opley Medal）;1843年，惠斯通在貝克利亞講演中詳細(xì)闡述了歐姆定律，給予歐姆以極高的評(píng)價(jià)。這樣就引起了德國(guó)政府和科學(xué)界對(duì)歐姆的關(guān)注。埃爾曼和多佛等人竭盡全力地把歐姆推薦到德國(guó)物理學(xué)界的最高位置。1845年2月9日，海爾曼寫信給巴伐利亞科學(xué)院數(shù)理學(xué)部秘書長(zhǎng)，建