乔治·西蒙·欧姆(图4-7)1789年生于普鲁士王国巴伐利亚的厄兰根城(今属德意志联邦共和国)。父亲是锁匠,喜爱自然科学,对他的两个儿子要求极严,不仅给孩子们讲数学、物理以及康德哲学,还十分重视让孩子们掌握实际操作的技能。在父亲的早期良好的家庭启蒙教育下,欧姆从小就养成了喜欢读书与独立思考的良好习惯。有一次,他看书时,发现书中有一个问题讲的与其他书上讲的有出入,于是就拿着书去问父亲。当锁匠的父亲虽然也爱好哲学和数学,但对于儿子提出的问题也不能说清楚。欧姆只好又查了好多书,并细心琢磨,终于把问题搞清楚了。
因为家境十分贫寒,欧姆中学毕业后,靠亲友的资助,在厄兰根大学勉强读了三个学期,就中途辍学当教师。后来好不容易积攒了一笔学费,22岁时才又回到大学继续完成学业。大学毕业后,欧姆在一所中学教书。没多久学校关闭,这位大学物理系的高材生只得回家重操旧业,当了锁匠。28岁时,他发表了一篇论文,被科隆高级中学得知,聘请他任数学和物理教师。
当时,科学家对静电学的研究已取得很大成绩,美国的富兰克林等人阐明了电的性质,法国的库仑提出了计算静电的公式。自从意大利的伏打发明了电池之后,关于电流的定量研究,引起了科学界的注意。欧姆暗暗下了决心,要为解决这个难题找一把金钥匙。但是科隆中学并不重视实验,欧姆只得自己掏钱购置仪器、设备和材料,在家里经常熬通宵。
他先用意大利物理学家伏打发明的电池进行实验,因计算上的错误而失败了;后又改用伽伐尼电池进行实验,终于成功了。他发现导体中电流(I)的强度跟它两端电压(U)成正比,跟它的电阻(R)成反比,用数学公式表示为I=U/R。如此简单明了的公式,却不被同行理解,相反,有些人还认为,第一流的科学家都未能解决的问题不会如此简单,有些人甚至公开指责欧姆是胡编乱造的,以至在很长一段时间里许多人不和欧姆来往。他们的举动使欧姆深深地感到从事科学事业的艰难。
不久欧姆离开科隆中学,到柏林军事学院任教。在这期间,一些人开始重视欧姆的研究成果。不久,德国科学家波根多夫在实验中无意识地重复了欧姆的实验,其结果与欧姆完全一致。波根多夫有点不相信,于是再次进行了实验,结果竟完全一致。于是,他相信了欧姆的结论,并于1831年发表了一篇论文,充分肯定了欧姆定律。自此以后,楞次、费更斯、亨利等科学家相继重复了欧姆的实验,认定欧姆定律是正确的。欧姆定律的发现,对电学的研究具有重要意义。欧姆终于成了受人们推崇的物理学家。1841年,英国伦敦皇家学会授予他科普勒金质奖章(这是当时科学家的最高荣誉)。
1854年,一颗科学界灿烂的巨星陨落了,人们为了永远地纪念他,将他的名字定为电阻单位,他发现的定律也称欧姆定律。
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电阻定律
1822年法国数学家、物理学家富利埃著的《热的理论分析》一书中,讨论了物质的导热率。欧姆很受启发,他打算借鉴富利埃的方法,考察一下导电率的问题。他购买了钢、金、银、锌、铁、锡、铅、铂、黄铜等金属导线(有的是金属块,自己加工成各种粗细的导线),然后一根一根地测试。终于发现影响导电率的因素有三个:导线的长度、截面积和材料,并导出了精确的公式(现在称为电阻定律)。