Георг Ом, его жизнь и закон
Закон Ома. Как запомнить?
Закон Ома - основа электротехники. На основе этого закона действуют все электрические приборы: телевизоры, компьютеры, электрические утюги, стиральные машин.
Формулировка этого закона кажется простой и очевидной даже для троечников: сила тока, протекающего по проводнику прямо пропорциональна разности потенциалов (напряжению) на концах этого проводника и обратно пропорциональна сопротивлению, которое является характеристикой проводника. Впрочем, троечники иной раз не знали, что этот простой закон открыл реальный человек, Георг Симон Ом. В отличие от закона, названного его именем, жизнь этого человека не была простой и бесхитростной. Впрочем, если приглядеться, то окажется что и собственно закон Ома не так прост, как кажется.
Начало жизни
Георг Симон Ом родился 16 марта 1789 года в Германии, в городе Эрлангене. Ом происходил из протестантской семьи. Его отец, Иоганн Вольфганг Ом, был ремесленником, слесарем, а мать, Мария Элизабет Бек, - дочерью портного. Родив семерых детей, она умерла в родах, когда Георгу было десять лет. Это было обычно в те благословенные времена. Из семи детей Омов до совершеннолетия дожили только трое: Георг, его брата Мартин, который впоследствии стал известным математиком, и сестра Элизабет Барбара. Георг был старшим среди трёх.Отец Ома всё свободное время посвящал воспитанию своих детей. Он не жалел денег на книги, которые тогда были довольно дорогим удовольствием, и смог дать своим сыновьям прекрасное образование.
Памятник Георгу Ому возле Технического университета в Мюнхене Образование и ранняя работа
В 1805 году Ом поступил в Эрлангенский университет. Учёба давалась Георгу легко и весело. Парень был хорошим спортсменом, лучшим бильярдистом и лихим танцором. Что ещё нужно студенту? Впрочем, и успеваемость у Ома была высокой. Можно было подумать о том, чтобы начать длинный путь к профессорскому званию.
Но всё хорошее быстро кончается. Отец уже не мог содержать семью, и Георг, как старший сын, должен был прийти ему на помощь. После третьего семестра он покинул университет, и стал учителем математики в частной школе, которая находилась в швейцарском городке Готтштадт. Самостоятельная жизнь вдали от семьи началась.
Однако с мечтой закончить университет, чтобы заниматься потом наукой, не оставила Георга. В 1811 году он возвращается в родной Эрланген. Интенсивная учёба принесла свои плоды. Ом смог за год окончить университет, успешно защитить диссертацию и стать доктором философии. По окончании университета ему предложили должность приват-доцента на кафедре математики.
Звание приват-доцента звучит гордо. Но это - всего лишь внештатный преподаватель, которого университет привлекает к преподаванию, если в этом возникает необходимость. Поэтому, хотя Ом был замечательным преподавателем, проработав три семестра, он принялся искать более оплачиваемую должность. Материальные соображения не давали ему возможности почивать на лаврах.
16 декабря 1812 года Георга Ома принимают учителем математики и физики в реальную школу города Бамберга. Но место учителя оказалось не удачным. Жалованье было небольшим, к тому же выплачивали его нерегулярно, а работы было много. Через три с половиной года школу вообще закрыли. Ом неохотно становится учителем математики в местной подготовительной школе. Работа эта кормила плохо и в добавок была весьма тягостной для Ома. Однако весной 1817 года он публикует первую из своих печатных работ по методике преподавания геометрии. Работа эта, к слову сказать, была оценена начальством только через пять лет, автор получил денежную премию.
Поиск лучшего места работы привёл Георга Ома в Кёльн, где он становится учителем физики и математики в местной иезуитской коллегии. Здесь он проработал девять лет. У Ома, наконец, появилось свободное время, и в его распоряжении была физическая лаборатория. В 1820 году Георг Ом узнаёт о работах Ампера и об открытии им электромагнетизма. Электричество было перспективным направлением исследований, этим стоило заняться!
Многотрудное открытие закона Ома
Ом применил в своих экспериментах только что открытую термопару
Экспериментальное исследование Ома по электропроводимости были важным шагом к выработке количественных закономерностей по перемещению электрических зарядов в проводниках. Свой прибора Ом основал на конструкции крутильных весов Кулона.
Простой закон, который впоследствии назвали законом Ома оказался не так прост в исследовании, как это кажется сейчас. Результаты первой серии своих исследований Ом описал в статье «Предварительное сообщение о законе, по которому металлы проводят контактное электричество», опубликованной в 1825 году в «Журнале физики и химии». Но опубликованное Омом выражение зависимости между силой протекающего по проводнику тока и разностью потенциалов на его концах, оказалось неверным. Эта ошибка дорого стоила исследователю. Из-за неё и последующие работы считались недостоверными и в качестве серьёзного исследования не принимались.
Ом упрямо и последовательно отыскал все погрешности первого эксперимента. Главным их источником была гальваническая батарея. Её электродвижущая сила существенно изменялась в ходе эксперимента. Говоря по-нашему, батарейки у Ома были слабые и быстро садились, их заряда не хватало на время эксперимента. Поэтому в следующих опытах Ом стал использовать только что открытую Т. И. Зеебеком термопару. Термоэлемент, представляющий собой пару «медь-висмут» давал слабое, зато постоянное в течение всего времени эксперимента напряжение. Было также сомнение по поводу чистоты материала из которого были сделаны исследуемые проводники. Ом тщательно отобрал для опытов провода из более чистых металлов. Схему же измерения он оставил принципиально той же: крутильные весы измеряли угол отклонения магнита под воздействием возникавшего в цепи электрического тока.
Закон Ома на картинке
Результаты новых экспериментов Ом опубликовал в 1826 году, а в мае 1827 года вышла его монография «Теоретические исследования электрических цепей». На 245 страницах этого труда содержались теоретические рассуждения Ома по электрическим цепям. Ом построил модель проводимости по аналогии с математической моделью распространения тепла в металлических пластинах и стержнях, предложенной в 1820 году французским учёным Жаном-Батистом Фурье.
В этой же монографии Ом ввёл в научный обиход термин «сопротивление» для характеристики электрических свойства проводника. Поэтому не вызывает удивления, что его имя присвоили единице измерения сопротивления. А как же иначе?
Но наука бывает суровой к предыдущим ошибкам. Доверия к работам Ома не проявлял никто. В таких условиях непросто продолжать научную деятельность, но Ом был достаточно упрям. Ведь от признания научного мира зависело, сможет ли он достигнуть назначения на хорошую должность и, как следствие, материальное благополучие, к которому сын слесаря из Эрлангена стремился всю жизнь. В 1833 году он, наконец, становится профессором физики в политехнической школе в Нюрнберге.
Закон Ома признали сначала за пределами Германии. В 1837 году французский учёный Пулье как бы повторно открыл уже открытый закон Ома. В 1841 году в России физики Э. Х. Ленц и Б. С. Якоби подтвердили правильность закона Ома, а в 1842 году Лондонское Королевское общество наградило Ома золотой медалью Копли и избрало своим членом. В 1841 году работа Ома была переведена на английский язык, в 1847 году - на итальянский, в 1860 году - на французский. Только после этого к Ому стало приходить признание (а значит, материальное благосостояние) на родине. В 1845 году его избрали членом Баварской академии наук, а через 4 года пригласили в Мюнхен на должность экстраординарного профессора физики в той же академии. Здесь Ом продолжил читать лекции, вести научные исследования, конструировать демонстрационные приборы, а также собирать и хранить физико-математические коллекции академии
Закон Ома и его значение
Закон Ома записывается в виде уравнения I = U / R. Этот закон утверждает, что величина постоянного тока через проводник (I) прямо пропорциональна напряжению, приложенному к концам проводника (U). Коэффициент пропорциональности, проводимость, является величиной, обратной сопротивлению материала (R). Величина сопротивления определяется длиной и поперечным сечением проводника, а также материалом. из которого он сделан. На этом фундаментальном соотношении базируется анализ электрических цепей.
Ом, единица электрического сопротивления, равен сопротивлению проводника, в котором под воздействием разности потенциалов в один вольт протекает ток величиной в один ампер. В системе единиц измерения СИ единица электрического сопротивления называется Омом.
Хорошей аналогией закона Ома является протекание воды по водопроводной трубе. При этом поток воды является подобием электрического тока, а давление воды на концах участка трубы (напор) - аналогом напряжения. Сопротивление при этом аналогично силе противодействия движению воды. Именно так представлял в 1820-е годы физику электрического тока Георг Ом. Ведь до открытия электрона до открытия электрона оставалось более пятидесяти лет.
Статья опубликована на сайте Жизнь замечательных имён
Полезные ссылки: