День рождения немецкого физика, автора основного закона электрической цепи (закон Ома) — Георга Ома
Георг Симон Ом родился 16 марта 1787 года в городе Эрланген (Бавария), в семье слесаря. Он рано потерял мать, а отец – весьма развитый человек – уделял воспитанию детей огромное внимание, внушая сыну любовь к математике и физике. После успешного окончания гимназии Георг в 1805 году поступил в Эрлангенский университет. Проучившись три семестра, он принял приглашение занять место учителя математики в частной школе в Готтштадте (Швейцария), а затем – в Нейштадтской школе. Так началась педагогическая деятельность Ома. Помимо преподавания он продолжал заниматься самообразованием. В 1811 году Георг вернулся в Эрланген и окончил университет, получив степень доктора философии. Сразу же ему была предложена должность приват-доцента кафедры математики этого университета. В этот период он написал работу о методике преподавания. Это был его первый опубликованный труд, который вышел в 1817 году.
Вскоре Георгу предложили место учителя в иезуитской коллегии Кёльна, где помимо преподавания он плотно занялся наукой. Ом, прежде уделявший основное внимание математике, воодушевленно переключился на физику. Его увлекла тема протекания электрических токов по проводникам. В Кёльне ученый провел целую серию экспериментов и опубликовал свои знаменитые работы по теории гальванической цепи. В 1826 году вышла его статья «Определение закона, по которому металлы проводят контактное электричество, вместе с наброском теории вольтаического аппарата и мультипликатора Швейггера». Но эта публикация не произвела впечатления на ученых. В 1826 году Георг переехал в Берлин, и через год вышла его монография «Теоретическое исследование электрических цепей», в которой ученый предложил характеризовать электрические свойства проводника его сопротивлением и ввел этот термин в научный обиход. Он экспериментально открыл основной закон электрической цепи. В 1833 году ему предложили место профессора физики в политехнической школе Нюрнберга, а вскоре назначили инспектором по методике преподавания и назначили ректором школы.
Несмотря на большую загруженность, Ом не оставил научную работу и даже приступил к новым исследованиям – в области акустики, результаты которых сформулировал в виде закона (впоследствии – акустический закон Ома), который также не был принят современниками. Первыми закон Ома признали русские физики Ленц и Якоби, а в 1842 году Лондонское Королевское общество наградило Ома золотой медалью и избрало своим членом. Только после этого Ом получил признание и на родине. В 1845 году его избрали членом Баварской академии наук, а через 4 года пригласили в Мюнхен на должность экстраординарного профессора, где Ом продолжил читать лекции, вести научные исследования и конструировать демонстрационные приборы. Много внимания уделяя методике преподавания, ученый в последние годы жизни начал работать над учебником физики, который он задумал как фундаментальный труд. Но успел закончить лишь первый том «Вклад в молекулярную физику». Ом не создал семьи. Вся его жизнь была отдана науке и утверждению сделанных им открытий.
В 1852 году Георг получил должность ординарного профессора, а вскоре одним из первых был награжден орденом Максимилиана «За выдающиеся достижения в области науки». Его работы были переведены на английский язык, итальянский и французский языки. Умер Георг Симон Ом 7 июля (хотя в ряде источников указана дата 6 июля) 1854 года в Мюнхене, где и был похоронен на Старом южном кладбище. В 1881 году на международном конгрессе электриков в Париже учеными единогласно было принято решение назвать его именем теперь общепринятую единицу электрического сопротивления («один Ом»). В память об ученом на здании кёльнской коллегии установлена мемориальная доска, в Мюнхене воздвигнут памятник Ому.
История закона Ома. | Объединение учителей Санкт-Петербурга
В предыдущих исторических экскурсах было показано, как начинались исследования постоянного тока, как появился первый источник ЭДС, рассматривались действия электрического тока, в первую очередь – химическое действие.
Следующий шаг – поиски связи между величинами, характеризующими цепь постоянного тока: силой тока, ЭДС и сопротивлением цепи.
Обратимся к последовательности событий.
Уже в 1802 г. В. В. Петров отметил, что действие «вольтова столба» уменьшается при увеличении длины «замыкающей дуги» (внешней цепи) и увеличивается при увеличении ее поперечного сечения. В 1805 г. Риттер пришел к выводу, что «действие столба при неизменном напряжении зависит от суммы проводимости в столбе и замыкающей дуге». Наблюдения наводили на гипотезы. Вот одна из интересных мыслей, принадлежащих Дэви: «В вольтаическом столбе из цинка, меди и раствора соляно-кислого натрия, находящемся в том состоянии, которое называют «состоянием электрического напряжения», соприкасающиеся пластинки меди и цинка несут противоположные электрические заряды. По отношению к электричествам столь малой напряженности вода служит изолятором. Вследствие этого каждая медная пластинка увеличивает благодаря индукции количество электричества в противоположной цинковой пластинке, каждая цинковая пластинка увеличивает количество отрицательного электричества на противоположной медной пластинке.
Под «интенсивностью электричества» Дэви понимает, очевидно, силу тока; «количество электричества» эквивалентно понятию емкости источника.
Пока физики не освоились с понятием силы тока, не научились ее измерять, невозможна была сама постановка вопроса о законе, поэтому нащупывались частные связи и закономерности. .
В 1815 г. уже было известно, что металлы имеют различную проводимость. В 1821 г. Дэви установил, что металлы можно расположить в ряд по возрастающей проводимости: железо, платина, олово, цинк, золото, медь, серебро. Он же доказал, что проводимость пропорциональна площади поперечного сечения проволоки и обратно пропорциональна ее длине. При этом Дэви опроверг утверждение о том, что проводимость зависит от площади поверхности проводника.
Увеличивая силу тока, нагревают цепь; при этом одни звенья раскаляются добела, другие не изменяют своего вида. Ключевым событием было открытие магнитного действия тока (1820) и установление пропорциональности между силой тока и магнитной силой. Понятие «электрический ток» получило количественную определенность: ток вызывает магнитную силу, пропорциональную силе тока. Долгое время вообще не говорили о силе тока, фигурировало понятие «магнитное действие». В 1820 г. немецкий физик Иоганн Швейгер (1779—1857) изобрел первый прибор для измерения силы тока — мультипликатор. Он состоял из нескольких витков провода, внутри которых помещался компас. Теперь можно было ставить проблему поиска закона, и не случайно Георг Симон Ом (1787 — 1854) начал свои эксперименты вскоре после опубликования открытия Эрстеда.
Было хорошо известно, что магнитное действие тока изменяется при изменении элементов, замкнутой цепи: источника тока и проводников, соединяющих полюса источника.
Существует ли закономерность, связывающая магнитное действие тока с величинами, характеризующими элементы замкнутой цепи? Такой вопрос, наверное, возникал у многих экспериментаторов.
Легко представить атмосферу, в которой начались поиски интуитивно чувствовавшейся закономерности. Понятия напряжения, падения напряжения, электродвижущей силы еще не сформулированы.- Идут споры о механизме действия гальванических элементов, неясно взаимоотношение электростатических сил и сил, возникающих при движении электричества; наконец, неизвестно, что такое электричество в покое и электричество в движении. Ом, например, в первых работах называет электрический ток «контактным электричеством».
Ом обратился, к идее Кулона и построил крутильные весы. Магнитная стрелка оказалась точным и чувствительным гальванометром
В первых опытах, результаты которых Ом опубликовал в 1825 г. наблюдалась потеря силы» (уменьшение угла отклонения стрелки) с увеличением длины проводника, подключенного полюсам вольтова столба (поперечное сечение проводника было постоянным). Поскольку не было единиц измерения, пришлось выбрать эталон — «стандартную проволоку». В качестве зависимой переменной фигурировало уменьшение силы, действующей на магнитную стрелку. Опыты обнаружили закономерное уменьшение этой силы при увеличении длины проводника. Функция получила аналитическое выражение, но Ом не претендовал на установление закономерности, потому что гальванический элемент не давал постоянной ЭДС.
Ом еще не понимал значения внутреннего сопротивления источника тока. Вольтов столб, с которым он экспериментировал, вмел внутреннее сопротивление, значительно превосходящее внешнее.
Успех дальнейших экспериментов Ома решило открытие термоэлектричества. Немецкий физик Томас Иоганн Зеебек (1770 — 1831) участвовал в большой дискуссии между сторонниками химической и контактной теорий. Он склонялся к мнению Вольта, что ЭДС возникает при контакте веществ независимо от наличия химического реагента, и искал доказательства.
В 1822 г. Зеебек изготовил спираль из медной полосы, внутри которой укрепил компас.
Одним из важнейших следствий открытия было то, что в руках экспериментаторов оказался источник, ЭДС которого можно было плавно регулировать и поддерживать постоянной.
Ом использовал термопару висмут — медь; один спай помещался в лед, другой — в кипящую воду. Чувствительность «гальванометра» пришлось, естественно, увеличить. Процедура измерений заключалась в следующем. Восемь испытуемых проводников поочередно включались в цепь. В каждом случае фиксировалось отклонение магнитной стрелки. Примитивная установка Ома понятна из рисунка 7. Результат экспериментов Ом выразил формулой:
,
где X — сила магнитного действия проводника (сила тока),
a — постоянная, определяющая электровозбудительную силу термопары (ЭДС),
х — длина испытуемого проводника (съемной части цепи),
b — константа, определяющая проводимость всей цепи, кроме съемной ее части.
Это был второй шаг. Здесь, нет еще привычных нам понятий силы тока, ЭДС, внешнего, внутреннего сопротивлений. Они кристаллизуются постепенно.
В следующей работе (1826 г.) Ом вводит понятие «электроскопической силы», пользуется понятием силы тока и записывает закон для участка цепи уже в форме, близкой к современной:
где X— сила тока,
k — проводимость,
w — поперечное сечение проводника,
а — электроскопическая сила (электрическое напряжение на концах проводника),
— длина проводника.
Несмотря на убедительные экспериментальные данные и отчетливые теоретические основания, закон Ома в течение почти десяти лет оставался малоизвестным. Достаточно сказать, что Фарадей даже не подозревал о существовании закона; при описании опытов он вынужден был поэтому прибегать к перечислению данных об элементах цепей: количестве пластин в батареях, их размере, составе электролита, длине, диаметре и материале проводов.
Учителю физики Ому долгое время пришлось безуспешно доказывать маститым ученым, что он открыл важную истину. Внедрить закон в физику оказалось куда труднее, нежели открыть. И это естественно. Физическое мышление было еще не подготовлено к принятию общей закономерности (тем более из рук провинциального учителя). Напомним, что в 1832 г. (через пять лет после открытия!) Фарадей посвящает специальную серию исследований доказательству тождественности «обыкновенного», гальванического электричества, термоэлектричества и т. д. У Ома эта тождественность была уже самоочевидной. Электродвижущая сила могла иметь любую природу. В законе фигурировали величины, безразличные к качеству элементов цепи.
Смущала аналогия между течением электричества и тепла. Путала неоднозначность истолкования основных понятий: силы тока, напряжения, ЭДС, сопротивления. Внедрению закона, бесспорно, препятствовало отсутствие абсолютных единиц измерения электрических величин. Только в 1842 г. труд Ома был отмечен в Англии медалью Коплея.
Тем не менее и после этого неоднократно высказывались сомнения в общности закона.Ранее всех уверовали в закон Ома русские физики. В работах Ленца и Якоби закон Ома служил уже эффективным орудием исследования.
Проверка закона Ома продолжалась почти в течение всего XIX в. В 1876 г. специальный комитет Британской ассоциации произвел точную проверку по методу, указанному Максвеллом. Справедливость закона Ома для жидких проводников была доказана Коном, Фитцджеральдом и Троутоном.
Методические замечания. 1. Чтобы подготовить эффективное восприятие истории закона Ома, нужно ввести вместе с понятием сопротивления понятие проводимости вещества (в программе это не подчеркнуто).
Методически выгоднее оперировать в первую очередь понятием проводимости. Здесь историческое совпадает с логическим и подкрепляет его. Понятие сопротивления ввести позже.
2. В экспериментах Ома важную роль сыграл источник термоэлектродвижущей силы. Явление термоэлектричества в школьном курсе не рассматривается, поэтому здесь придется выйти за рамки программы.
Не углубляясь в существо явления, достаточно лишь фиксировать факт возникновения ЭДС при нагревании контакта двух металлических проводников. Демонстрация явления — дело двух-трех минут: никелевая и железная проволочки скручиваются пальцами, концы подключаются к стандартному демонстрационному гальванометру. Пламени спички вполне достаточно для возбуждения термотока, соответствующего чувствительности гальванометра.3. Центральную роль в открытии закона Ома сыграло установление связи между силой тока и действием его на магнитную стрелку. Компас был первым прибором для измерения силы тока. В программе IX класса не выделен пункт о действиях электрического тока: тепловом, химическом, электродинамическом, магнитном. Нужно, естественно, обратиться к изученному в VII классе.
Георг Ом — Magnet Academy
Георг Симон Ом имел скромное происхождение и большую часть своей жизни боролся с финансами, но сегодня немецкий физик хорошо известен своей формулировкой закона, называемого законом Ома, описывающего математическую взаимосвязь между электрическим током и сопротивление и напряжение.
Закон Ома гласит, что постоянный ток ( I ), протекающий через материал с заданным сопротивлением, прямо пропорционален приложенному напряжению ( В ) и обратно пропорционально сопротивлению ( R ). Закон обычно выражается как I=V/R . Большинство, но не все материалы подчиняются закону Ома. Те, которые этого не делают, обычно описываются как неомические проводники . В слегка измененной форме закон Ома можно распространить на цепи переменного тока, а также на магнитные цепи.
Ом, сын слесаря, родился 16 марта 1789 года в Эрлангене, Бавария (ныне часть Германии). Первоначально он получил образование у своего отца, который обладал значительными познаниями в различных предметах, несмотря на отсутствие у него формального образования, а затем поступил в гимназию Эрлангена. К тому времени, когда он начал учиться в Эрлангенском университете в 1805 году, Ом обладал прекрасным пониманием высшей математики.
Тем не менее, он не уделял достаточно времени своему образованию, чтобы угодить отцу, предпочитая участвовать в различных развлечениях, а не заниматься своими книгами. Недовольство отца привело к тому, что Ом бросил школу после трех семестров и переехал в Швейцарию, где стал учителем математики.
Хотя Ом больше не учился в университете, в свободное время он изучал работы известных математиков. В 1809 году он решил оставить свой преподавательский пост, чтобы заниматься репетиторством в частном порядке, продолжая при этом учебу. В конце концов он снова поступил в Эрлангенский университет, где через год получил докторскую степень. После выпуска Ом начал читать лекции в своей альма-матер. Но он был недоволен этой позицией, которая плохо оплачивалась, как и большинство преподавательских должностей, которые он занимал на протяжении всей своей жизни. Через несколько семестров он ушел в отставку и занял другую должность в Бамберге.
Пытаясь улучшить свои перспективы, Ом написал учебник по геометрии и начал экспериментальную работу, которая, как он надеялся, приведет к опубликованию трактатов.
Положительный прием текста по геометрии привел к тому, что ему предложили преподавать в школе в Кельне. Физическая лаборатория там предоставила Ому пространство и инструменты, необходимые ему для проведения исследований электричества и магнетизма, явлений, которые активно изучались в начале 1820-х годов после открытия Гансом Христианом Эрстедом их связи. Работа Ома в конечном итоге привела к его публикации Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet (Математическое исследование гальванической цепи) в 1827 году. Трактат содержал отчет о его электромагнитных теориях и включал все компоненты закона Ома.
В отличие от большинства немецких ученых того времени, Ом использовал математический подход в своих исследованиях электричества и магнетизма. Это могло быть частично причиной того, что многие его современники сначала плохо восприняли трактат. В годы после публикации положение Ома среди коллег-ученых постепенно улучшалось, особенно в других странах.
Наконец он добился успеха, которого жаждал на протяжении большей части своей жизни в 1840-х годах. В 1841 году он получил престижную медаль Копли от Королевского общества в Англии, а в следующем году был удостоен звания иностранного члена той же ассоциации. Вскоре последовало дополнительное членство в других научных организациях. Возможно, наиболее значительным для Ома было его назначение профессором Мюнхенского университета в 1849 году., что окончательно положило конец его длинному потоку переходов на неудовлетворительные преподавательские должности. Незадолго до своей смерти он получил кафедру физики в университете, что стало последней вехой значительного успеха Ома.
В наше время имя Ома настолько знакомо, что трудно поверить, с какими трудностями он столкнулся при жизни. Помимо закона Ома, его имя связано с международной единицей электрического сопротивления. Один ом сопротивления присутствует в цепи, когда один вольт генерирует один ампер тока.
Больше историй
Зигмунд Лёве
Энрико Ферми
Уильям Гилберт
- Физика
Георг Ом | Биография и факты
- Развлечения и поп-культура
- География и путешествия
- Здоровье и медицина
- Образ жизни и социальные вопросы
- Литература
- Философия и религия
- Политика, право и правительство
- Наука
- Спорт и отдых
- Технология
- Изобразительное искусство
- Всемирная история
- В этот день в истории
- Викторины
- Подкасты
- Словарь
- Биографии
- Резюме
- Популярные вопросы
- Инфографика
- Демистификация
- Списки
- #WTFact
- Товарищи
- Галереи изображений
- Прожектор
- Форум
- Один хороший факт
- Развлечения и поп-культура
- География и путешествия
- Здоровье и медицина
- Образ жизни и социальные вопросы
- Литература
- Философия и религия
- Политика, право и правительство
- Наука
- Спорт и отдых
- Технология
- Изобразительное искусство
- Всемирная история
- Britannica объясняет
В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
- Britannica Classics
Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica. - #WTFact Видео
В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти. - Demystified Videos
В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы. - На этот раз в истории
В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.
- Студенческий портал
Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, правительство, литература и т. д. - Портал COVID-19
Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня. - 100 Women
Britannica празднует столетие принятия Девятнадцатой поправки, уделяя особое внимание суфражисткам и историческим политикам.
