图:佚名,约 1840 / 苏黎世联邦理工图书馆(公有领域)
格奥尔格·欧姆
Georg Simon Ohm1789–1854 · 生于德国埃朗根 · 德国
中学教师写出电路的第一条定律,却被同行嘲笑了十四年
「电流等于电压除以电阻」——这大概是全世界中学生最先背下的物理公式。写出它的人,在发表后被本国同行冷落了十四年,辞掉了工作,一度靠打零工过日子。
锁匠的儿子
欧姆的父亲是埃朗根的一名锁匠,却自学了数学和哲学,把两个儿子教到能进大学的水平(弟弟马丁后来成了数学家)。欧姆家境不宽裕,读了三个学期就不得不辍学谋生,靠当家庭教师和中学教师维持,边教边把学位补完。
1817 年他到科隆的耶稣会中学任教。这是他一生的转机——那里有一间像样的物理实验室。
用温差造一个稳定的电源
欧姆要测的是电流和什么成正比。困难在于当时的电源:伏打电堆的电压会随着使用不断下滑,测到一半基准就变了,数据自然一团糟。
欧姆的解法很聪明——他改用塞贝克刚发现不久的热电偶:一端泡在沸水里,一端泡在冰水里,温差恒定,电动势就恒定。有了稳定的源,他换上不同长度、不同粗细的导线,一根根量过去,最后得到那条干净的关系:电流与电动势成正比,与导线长度成反比、与截面积成正比。
一本被当成幻想的书
促成这套思路的是傅里叶。欧姆读过傅里叶的热传导理论,那里面热流正比于温度梯度、反比于路径长度——他意识到电流在导线里的行为可以照同一个数学框架来写。
1827 年,《伽伐尼电路的数学论述》出版。他辞去中学教职,等着大学来聘。结果是当头一棒:当时的德国物理学界被自然哲学的风气笼罩,一位有影响的教授公开说这本书是「一堆赤裸裸的幻想」,认为用数学去框自然是对自然的亵渎。欧姆在此后几年里没有稳定职位。
承认从国外开始
转机来自英国。1841 年,皇家学会把科普利奖章授予欧姆——这是当时最高的科学荣誉之一。德国这才回过头来。1849 年,六十岁的欧姆终于坐上慕尼黑大学的教授席位,五年后去世。
1881 年的国际电学大会把电阻单位定名为「欧姆」。今天每一个电阻元件上的色环,读出来的都是他的名字。
代表方程
欧姆定律
电流等于电压除以电阻。三个量、一条式子,是每一份电路图的第一句话——从台灯到手机充电器,没有一处不在用它。
伟大发现
出处
正文所据的原始文献与可靠二手材料。带链接的可直接查看原文。
- 1.欧姆《电路的数学研究》(柏林,1827)——史密森学会藏初版全文
- 2.安培《仅由实验推出的电动力学现象数学理论回忆录》(巴黎,1827)