歐姆與他的定律

梁　羽

歐姆定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式是物理學(xué)中的一個(gè)最重要、最普遍的電流定律。這個(gè)給人以和諧感覺(jué)的數(shù)學(xué)表達(dá)式是如此簡(jiǎn)單明了，它表明：導(dǎo)體中的電流強(qiáng)度I與它兩端的電壓U成正比，跟它的電阻R成反比。這個(gè)以歐姆的名字命名的電流定律發(fā)表于1827 年。

在我們今天看來(lái)，這個(gè)定律是如此簡(jiǎn)單，然而它的發(fā)現(xiàn)過(guò)程卻飽含了歐姆的無(wú)數(shù)心血。在那個(gè)時(shí)代，電流強(qiáng)度、電壓等概念都尚不清楚，特別是電阻的概念還未形成，測(cè)量的儀器也很簡(jiǎn)陋，根本無(wú)法對(duì)它們進(jìn)行十分精密的測(cè)量。因此，整個(gè)過(guò)程是非常艱辛的。

1787 年5 月16 日，歐姆出生于德國(guó)巴伐利亞州的埃爾蘭根。歐姆的父親是個(gè)技術(shù)熟練的鎖匠，十分喜愛(ài)哲學(xué)和數(shù)學(xué)。在父親的熏陶和良好的啟蒙教育下，歐姆從小就養(yǎng)成了認(rèn)真讀書(shū)，獨(dú)立思考的好習(xí)慣，同時(shí)受到有關(guān)機(jī)械技能的訓(xùn)練，為他日后自制儀器，進(jìn)行科學(xué)研究打下了良好的基礎(chǔ)。另外，歐姆對(duì)學(xué)習(xí)一絲不茍，喜歡刨根問(wèn)底地提問(wèn)題，直到最后弄明白為止。

中學(xué)畢業(yè)后，歐姆以?xún)?yōu)異的成績(jī)考入埃爾蘭根大學(xué)，并獲得了博士學(xué)位。在大學(xué)學(xué)習(xí)期間，歐姆就對(duì)電學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣，開(kāi)始鉆研有關(guān)電學(xué)的理論。

歐姆大學(xué)畢業(yè)后，先后教過(guò)數(shù)學(xué)、物理等課程。他的研究工作是在十分困難的條件下進(jìn)行的。一方面，他要完成繁忙的教學(xué)任務(wù)，另一方面，當(dāng)時(shí)的圖書(shū)資料和測(cè)量?jī)x器都很缺乏。但是歐姆毫不畏縮，他利用教學(xué)工作之余，自己動(dòng)手設(shè)計(jì)和制造儀器進(jìn)行電流實(shí)驗(yàn)。

歐姆進(jìn)行電流實(shí)驗(yàn)，碰到的第一個(gè)難題就是如何測(cè)量電流的強(qiáng)度。歐姆起初用伏打電池作為電源，但測(cè)量很不穩(wěn)定。后來(lái)，從施威格的檢流計(jì)中，歐姆受到啟發(fā)，他把電流的磁效應(yīng)與庫(kù)侖扭秤法巧妙地結(jié)合起來(lái)，創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)出一個(gè)電流扭力秤。歐姆用扭力秤來(lái)測(cè)量電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)磁針的作用力矩，以此來(lái)確定電流強(qiáng)度。

然后，歐姆選擇了一組截面積相同，長(zhǎng)度不同的銅導(dǎo)線作為外電路進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。從實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)中，歐姆發(fā)現(xiàn)：當(dāng)導(dǎo)線的長(zhǎng)度與其橫截面積成比例時(shí)，它們的導(dǎo)電率相等。而被測(cè)導(dǎo)線的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，電流扭力秤的偏轉(zhuǎn)角越小，兩者之間則存在著反比的關(guān)系。經(jīng)過(guò)多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)，歐姆發(fā)現(xiàn)了檢流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)量和導(dǎo)體長(zhǎng)度、串接材料的電阻率以及與所加電壓之間的關(guān)系。1825年，他總結(jié)了自己的實(shí)驗(yàn)，撰寫(xiě)并發(fā)表了題為《金屬導(dǎo)電規(guī)律的初步探索》一文。1826 年，歐姆的第二篇論文《金屬導(dǎo)電規(guī)律的確定及伏打電池和施威格檢流計(jì)的理論要點(diǎn)》發(fā)表了。第二年，又發(fā)表了第三篇論文《伽伐尼電池的數(shù)學(xué)論述》，終于總結(jié)出了歐姆定律。

然而在當(dāng)時(shí)，歐姆的研究公布后，不僅沒(méi)有立即引起科學(xué)界的重視，甚至科學(xué)學(xué)會(huì)根本不同意他的見(jiàn)解，理由是歐姆定律的公式太簡(jiǎn)單了。

種種不公正的評(píng)價(jià)，使歐姆深深地感到從事科學(xué)事業(yè)的艱難。然而，在責(zé)難和誹謗中歐姆并不氣餒。歐姆完全相信自己得出的公式是正確的，并確信科學(xué)家們最終會(huì)接受這一定律。

后來(lái)，一些科學(xué)家開(kāi)始注意歐姆定律。德國(guó)科學(xué)家波根多在實(shí)驗(yàn)中重復(fù)了歐姆的研究過(guò)程，得出了和歐姆相同的結(jié)果，波根多再次重復(fù)了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果仍相同。這使波根多相信歐姆發(fā)現(xiàn)的定律是正確的。1831 年，波根多發(fā)表文章肯定了歐姆的研究成果。隨后，俄國(guó)、英國(guó)、美國(guó)的一些著名科學(xué)家都相繼重復(fù)了歐姆的實(shí)驗(yàn)，都證明了歐姆研究成果的正確性。

1841 年，英國(guó)倫敦皇家學(xué)會(huì)為了表彰歐姆的杰出貢獻(xiàn)，授予他科普利金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)?，這是當(dāng)時(shí)科學(xué)界的最高榮譽(yù)。從此，歐姆定律開(kāi)始被人們接受。

1845 年，歐姆當(dāng)選為巴伐利亞科學(xué)院院士。1849 年，已經(jīng)62 歲的歐姆終于實(shí)現(xiàn)了自己年輕時(shí)的抱負(fù)，擔(dān)任慕尼黑大學(xué)教授，并親自在慕尼黑大學(xué)講授物理學(xué)。1854 年，歐姆在德國(guó)曼納希逝世。一顆燦爛的巨星隕落了，但他的偉績(jī)長(zhǎng)存。他的名字被定為電阻的單位，他發(fā)現(xiàn)的定律被稱(chēng)為“歐姆定律”。