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欧姆定律,欧姆定律的发现【金沙城中心娱乐网

文章作者:历史人物 上传时间:2019-11-05

乔治·西蒙·欧姆(Georg Simon Ohm,1787年3月16日-1854年7月6日),德国物理学家。1826年,欧姆发现了电学上的一个重要定律——欧姆定律,这是他最大的贡献。欧姆定律及其公式的发现,给电学的计算,带来了很大的方便。人们为纪念他,将电阻的单位定为欧姆。除了发现欧姆定律之外,他还发现欧姆位向定律、欧姆听觉定律,并获得科普利奖章。代表作品有《动电电路的数学研究》等。 人物生平 家世背景 乔治·西蒙·欧姆 ,1789年3月16日生于德国埃尔朗根城,父亲自学了数学和物理方面的知识,并教给少年时期的欧姆,唤起了欧姆对科学的兴趣。然而他的成就对我们后人的意义是非常远大的。 欧姆1789年3月16日出生于德国埃尔朗根的一个锁匠世家,父亲乔安·渥夫甘·欧姆是一位锁匠,母亲玛莉亚·伊丽莎白·贝克是埃尔朗根的裁缝师之女。虽然欧姆的父母亲从未受过正规教育,但是他的父亲是一位受人尊敬的人,高水平的自学程度足以让他给孩子们出色的教育。欧姆的一些兄弟姊妹们在幼年时期死亡,只有三个孩子存活下来,这三个孩子分别是他、他后来成为著名数学家的弟弟马丁·欧姆(Martin Ohm,1792年—1872年)和他的姊姊伊丽莎白·芭芭拉。他的母亲在他十岁的时候就去世了。 早年经历 幼年时期的初期,格奥尔格·西蒙和马丁高程度的数学、物理、化学和哲学是受他们的父亲所教。格奥尔格·西蒙在11岁至15岁时曾上埃尔朗根高级中学,在那里他接受到了一点点科学知识的培养,并且感受到学校所教授的与父亲所传授的有着非常鲜明的不同。格奥尔格·西蒙·欧姆15岁时接受了埃尔朗根大学教授卡尔·克利斯坦·凡·兰格斯多弗(Karl Christian von Langsdorf)的一次测试,他注意到欧姆在数学领域异于常人的出众天赋,他甚至在结论上写道,从锁匠之家将诞生出另一对伯努利兄弟。 大学生活 1805年,16岁的欧姆进入埃尔朗根大学学习数学、物理和哲学。他并没有把精力放在学习上,而是在跳舞、滑冰和台球上花费了大把的时间。欧姆的父亲对于欧姆如此浪费受教育的机会,而感到非常愤怒,于是把欧姆送到了瑞士。 1806年9月,欧姆在Gottstadtbei Nydau的一所学校取得了数学教师的职务。 16岁时他进入埃尔朗根大学研究数学、物理与哲学,由于经济困难,中途辍学,到1813年才完成博士学业。欧姆长期担任中学教师,由于缺少资料和仪器,给他的研究工作带来不少困难,但他在孤独与困难的环境中始终坚持不懈地进行科学研究,自己动手制作仪器。 欧姆对导线中的电流进行了研究。他从傅立叶发现的热传导规律受到启发,导热杆中两点间的热流正比于这两点间的温度差。因而欧姆认为,电流现象与此相似,猜想导线中两点之间的电流也许正比于它们之间的某种驱动力,即所称的电动势。欧姆花了很大的精力在这方面进行研究。开始他用伏打电堆作电源,但是因为电流不稳定,效果不好。后来他接受别人的建议改用温差电池作电源,从而保证了电流的稳定性。但是如何测量电流的大小,这在当时还是一个没有解决的难题。开始,欧姆利用电流的热效应,用热胀冷缩的方法来测量电流,但这种方法难以得到精确的结果。后来他把奥斯特关于电流磁效应的发现和库仑扭秤结合起来,巧妙地设计了一个电流扭秤,用一根扭丝悬挂一磁针,让通电导线和磁针都沿子午线方向平行放置;再用铋和铜温差电池,一端浸在沸水中,另一端浸在碎冰中,并用两个水银槽作电极,与铜线相连。当导线中通过电流时,磁针的偏转角与导线中的电流成正比。实验中他用粗细相同、长度不同的八根铜导线进行了测量,得出了如下的等式: X=a/ 式中X为磁效应强度,即电流的大小;a是与激发力有关的常数,即电动势;x表示导线的长度,b是与电路其余部分的电阻有关的常数,b+x实际上表示电路的总电阻。这个结果于1826年发表。1827年欧姆又在《动电电路的数学研究》一书中,把他的实验规律总结成如下公式: S=γE。 式中S表示电流;E表示电动力,即导线两端的电势差,γ为导线对电流的传导率,其倒数即为电阻。 欧姆定律发现初期,许多物理学家不能正确理解和评价这一发现,并遭到怀疑和尖锐的批评。研究成果被忽视,经济极其困难,使欧姆精神抑郁。直到1841年英国皇家学会授予他最高荣誉的科普利金牌,才引起德国科学界的重视。 欧姆在自己的许多著作里还证明了:电阻与导体的长度成正比,与导体的横截面积和传导性成反比;在稳定电流的情况下,电荷不仅在导体的表面上,而且在导体的整个截面上运动。 教学生涯 卡尔·克利斯坦·凡·兰格斯多弗在1809年离开埃尔朗根大学前往海德堡大学任教,欧姆提出希望跟他一起前往海德堡重新开始他的数学学习,但是兰格斯多弗建议欧姆继续自学数学,并建议他阅读欧拉、拉普拉斯和拉克洛瓦的著作。欧姆接受了兰格斯多弗的建议,一边任教一边继续自学数学。 22岁时,欧姆回到埃尔朗根,并在1811年以论文《光线和色彩》(Lichtund Farben)获得博士学位,此后在埃尔朗根做了3个学期的数学讲师。此后分别于1813年在班贝格、1817年在科隆、1826年在柏林的几家中学任教。 欧姆的主要研究兴趣在于当时仍没有被普遍研究的电学, 1833年成为纽伦堡皇家综合技术学校的教授,1839年起担任该校的校长,1849年起任教于慕尼黑大学,1852年成为实验物理学教授。 逆境生活 欧姆爱好物理和数学,欧姆自幼受到父亲的教导,在科学和技术方面得到了不少的启迪。在大学期间,因生活困难,不得不退学去做家庭教师。但他仍然坚持学习,终于完成了学业,获得了博士学位。他曾在几处中学任教,并在繁重的工作之余,坚持进行科学研究。 欧姆正处在电学飞速发展的时期,新的电学成果不断地涌现,其他科学家的发现激励着他去进一步探索一个重要的问题:使用伏打电池的电路中,电流强度可能随电池数目的增多而增大,但是,这中间到底存在什么规律呢?他决心通过实验寻找答案。 当时还没有测量电流强弱的仪器,欧姆曾设想用电流的热效应去测量电流的强弱,但没有成功。 1821年施魏格尔和波根多夫发明了一种原始的电流计,这个仪器的发明使欧姆受到鼓舞。他利用业余时间,向工人学习多种加工技能,决心制作必要的电学仪器与设备。为了准确地量度电流,他巧妙地利用电流的磁效应设计了一个电流扭秤。用一根扭丝挂一个磁针,让通电的导线与这个磁针平行放置,当导线中有电流通过时,磁针就偏转一定的角度,由此可以判断导线中电流的强弱了。他把自己制作的电流计连在电路中,并创造性地在放磁针的度盘上划上刻度,以便记录实验的数据。 这样,1825年从根据实验结果得出了一个公式,可惜是错的,用这个公式计算的结果与欧姆本人后来的实验也不一致。欧姆很后悔,意识到问题的严重性,打算收回已发出的论文,可是已经晚了,论文已发散出去了。急于求成的轻率做法,使他吃了苦头,科学家对他也表示反感,认为他是假充内行。 欧姆决心要挽回影响和损失,更重要的是还要继续通过实验找规律。这时欧姆多么需要人们的理解和支持啊!当时有位科学家叫波根多夫,从欧姆这位中学教师身上看到了追求真理勇于创新的才华,写信鼓励欧姆继续干下去。并建议他在实验中,使用更加稳定的塞贝克温差电池。这种电池是1821年由塞贝克发明的,它的原理是:用钢、铋两种不同的导线连接而组成的电路中,两个接头的温度不同时可以产生电流,温差越大,电流越强。欧姆鼓起勇气,用了温差电池重新认真地做实现,他把一个接头浸入沸水中,温度保持100℃,另一接头埋入冰块,温度保持0℃,从而保证一个能供应稳定电压的电源。多次实验之后,终于在1827年提出了一个关系式:X=a/式中X表示电流强度,a表示电动势,b+x表示电阻,b是电源内部的电阻,x为外部电路的电阻。这就是欧姆定律,这在电学史上是具有里程碑意义的贡献。 但是,科学界仍不承认欧姆的科学发现,许多人对他还抱有成见,甚至认为定律太简单,不足为信。这一切使欧姆也感到万分痛苦和失望。 但是,真理之光终究会放射出来的。说来也凑巧,1831年有位叫波利特的科学家发表了一篇论文,得到的是与欧姆同样的结果。这才引起科学界对欧姆的重新注意。 1841年,英国皇家学会授予他科普利金质奖章,并且宣称欧姆定律是“在精密实验领域中最突出的发现”。他得到了应有的荣誉。 1854年欧姆与世长辞。十年之后英国科学促进会为了纪念他,决定用欧姆的名字作为电阻单位的名称。使人们每当使用这个术语时,总会想起这位勤奋顽强、卓有才能的中学教师。 欧姆定律 欧姆定律的简述是:在同一电路中,通过某段导体的电流跟这段导体两端的电压成正比,跟这段导体的电阻成反比。该定律是由德国物理学家乔治·西蒙·欧姆1826年4月发表的《金属导电定律的测定》论文提出的。 随研究电路工作的进展,人们逐渐认识到欧姆定律的重要性,欧姆本人的声誉也大大提高。为了纪念欧姆对电磁学的贡献,物理学界将电阻的单位命名为欧姆,以符号Ω表示。 欧姆接触 欧姆接触是指金属与半导体的接触,而其接触面的电阻值远小于半导体本身的电阻,使得组件操作时,大部分的电压降在于活动区(Activeregion)而不在接触面。 欲形成好的欧姆接触,有二个先决条件: 金属与半导体间有低的界面能障(Barrier Height) 半导体有高浓度的杂质掺入(N≧10EXP12cm-3) 前者可使界面电流中热激发部分增加;后者则使界面空乏区变窄,电子有更多的机会直接穿透(Tunneling),而同使Rc阻值降低。 若半导体不是硅晶,而是其它能量间隙(Energy Cap)较大的半导体,则较难形成欧姆接触,必须于半导体表面掺杂高浓度杂质,形成Metal-n+-norMetal-p+-p等结构。 欧姆表 欧姆表是测量电阻的仪表,G是内阻为Rg,满刻度电流为Ig的电流表,R是可变电阻,也叫调零电阻;电池为一节干电池,电动势为E,内阻是r,红表笔(插入“+”插孔)与电池负极相连;黑表笔(插入“-”插孔)与电池正极相连。当被测电阻Rx。 人物评价 乔治·西蒙·欧姆是一个天才的研究者,一个很有天赋和科学抱负的人。为纪念他,电阻的单位“欧姆”,以他的姓氏命名。

欧姆(1787~1854)出生在德国巴伐利亚州的埃尔兰根。父亲是个锁匠,爱好物理和数学。欧姆自幼受到父亲的教导,在科学和技术方面得到了不少的启迪。在大学期间,因生活困难,不得不退学去做家庭教师。但他仍然坚持学习,终于完成了学业,获得了博士学位。他曾在几处中学任教,并在繁重的工作之余,坚持进行科学研究。 欧姆正处在电学飞速发展的时期,新的电学成果不断地涌现,其他科学家的发现激励着他去进一步探索一个重要的问题:使用伏打电池的电路中,电流强度可能随电池数目的增多而增大,但是,这中间到底存在什么规律呢?他决心通过实验寻找答案。 当时还没有测量电流强弱的仪器,欧姆曾设想用电流的热效应去测量电流的强弱,但没有成功。 1821年施魏格尔和波根多夫发明了一种原始的电流计,这个仪器的发明使欧姆受到鼓舞。他利用业余时间,向工人学习多种加工技能,决心制作必要的电学仪器与设备。为了准确地量度电流,他巧妙地利用电流的磁效应设计了一个电流扭秤。用一根扭丝挂一个磁针,让通电的导线与这个磁针平行放置,当导线中有电流通过时,磁针就偏转一定的角度,由此可以判断导线中电流的强弱了。他把自己制作的电流计连在电路中,并创造性地在放磁针的度盘上划上刻度,以便记录实验的数据。这样,1825年从根据实验结果得出了一个公式,可惜是错的,用这个公式计算的结果与欧姆本人后来的实验也不一致。欧姆很后悔,意识到问题的严重性,打算收回已发出的论文,可是已经晚了,论文已发散出去了。急于求成的轻率做法,使他吃了苦头,科学家对他也表示反感,认为他是假充内行。 欧姆决心要挽回影响和损失,更重要的是还要继续通过实验找规律。这时欧姆多么需要人们的理解和支持啊!当时有位科学家叫波根多夫,从欧姆这位中学教师身上看到了追求真理勇于创新的才华,写信鼓励欧姆继续干下去。并建议他在实验中,使用更加稳定的塞贝克温差电池。这种电池是1821年由塞贝克发明的,它的原理是:用钢、铋两种不同的导线连接而组成的电路中,两个接头的温度不同时可以产生电流,温差越大,电流越强。欧姆鼓起勇气,用了温差电池重新认真地做实现,他把一个接头浸入沸水中,温度保持100℃,另一接头埋入冰块,温度保持0℃,从而保证一个能供应稳定电压的电源。多次实验之后,终于在1827年提出了一个关系式:X=a/式中X表示电流强度,a表示电动势,b+x表示电阻,b是电源内部的电阻,x为外部电路的电阻。这就是欧姆定律,这在电学史上是具有里程碑意义的贡献。 但是,科学界仍不承认欧姆的科学发现,许多人对他还抱有成见,甚至认为定律太简单,不足为信。这一切使欧姆也感到万分痛苦和失望。 但是,真理之光终究会放射出来的。说来也凑巧,1831年有位叫波利特的科学家发表了一篇论文,得到的是与欧姆同样的结果。这才引起科学界对欧姆的重新注意。 1841年,英国皇家学会授予他科普利金质奖章,并且宣称欧姆定律是“在精密实验领域中最突出的发现”。他得到了应有的荣誉。 1854年欧姆与世长辞。十年之后英国科学促进会为了纪念他,决定用欧姆的名字作为电阻单位的名称。使人们每当使用这个术语时,总会想起这位勤奋顽强、卓有才能的中学教师。

学过物理的人都知道,I/R是欧姆定律的数学表达式,它表明了导体中的电流强度I与它两端的电压U成正比,跟它的电阻R成反比。

欧姆定律发现初期,许多物理学家不能正确理解和评价这一发现,并遭到怀疑和尖锐的批评。研究成果被忽视,经济极其困难,使欧姆精神抑郁。直到1841年英国皇家学会授予他最高荣誉的科普利金牌,才引起德国科学界的重视。中学生科技网

欧姆定律实验装置 图片来源:百度图片

欧姆对导线中的电流进行了研究。他从傅立叶发现的热传导规律受到启发,导热杆中两点间的热流正比于这两点间的温度差。因而欧姆认为,电流现象与此相似,猜想导线中两点之间的电流也许正比于它们之间的某种驱动力,即现在所称的电动势。欧姆花了很大的精力在这方面进行研究。开始他用伏打电堆作电源,但是因为电流不稳定,效果不好。后来他接受别人的建议改用温差电池作电源,从而保证了电流的稳定性。但是如何测量电流的大小,这在当时还是一个没有解决的难题。开始,欧姆利用电流的热效应,用热胀冷缩的方法来测量电流,但这种方法难以得到精确的结果。后来他把奥斯特关于电流磁效应的发现和库仑扭秤结合起来,巧妙地设计了一个电流扭秤,用一根扭丝悬挂一磁针,让通电导线和磁针都沿子午线方向平行放置;再用铋和铜温差电池,一端浸在沸水中,另一端浸在碎冰中,并用两个水银槽作电极,与铜线相连。当导线中通过电流时,磁针的偏转角与导线中的电流成正比。他将实验结果于1826年发表。1827年欧姆又在《电路的数学研究》一书中,把他的实验规律总结成如下公式:S=γE。式中S表示电流;E表示电动力,即导线两端的电势差,γ为导线对电流的传导率,其倒数即为电阻。

1825年,欧姆发表第一篇论文《涉及金属传导接触电的定律的初步表述》,论述了电流的电磁力的衰减与导线长度的关系。进而,他通过实验测定了不同金属的电导率。1826年,欧姆的第二篇论文《金属导电规律的确定及伏打电池和施威格检流计的理论要点》发表了。第二年,又发表了第三篇论文,题目是《伽伐尼电池的数学论述》,终于总结出了欧姆定律。欧姆定律从发现至今已 170余年了,无数的实践都证明了它的正确性,它已成为现代电学和电工学最基本的规律之一。

欧姆在自己的许多著作里还证明了:电阻与导体的长度成正比,与导体的横截面积和传导性成反比;在稳定电流的情况下,电荷不仅在导体的表面上,而且在导体的整个截面上运动。

如此简单明了的定律,其发现过程却一点都不简单。1820年,德国物理学家欧姆开始系统地研究电学理论。当时,在电的研究中,科学家们隐约地感觉到电流有一些神秘的规律,但由于没有一种稳定的电源,也没有一种较精确的测量电流强度的仪器,致使探索电流规律的工作十分艰难。

乔治·西蒙·欧姆生于德国埃尔兰根城,父亲是锁匠。父亲自学了数学和物理方面的知识,并教给少年时期的欧姆,唤起了欧姆对科学的兴趣。16岁时他进入埃尔兰根大学研究数学、物理与哲学,由于经济困难,中途缀学,到1813年才完成博士学业。欧姆是一个很有天才和科学抱负的人,他长期担任中学教师,由于缺少资料和仪器,给他的研究工作带来不少困难,但他在孤独与困难的环境中始终坚持不懈地进行科学研究,自己动手制作仪器。

为了确定它们之间的定量关系,欧姆做了反复的实验。他将磁针的中点用金属丝悬挂起来,使磁针平行地位于导线的上方。当导线通有电流时,电流的磁场使磁针偏转。若将金属丝扭转,磁针便重新返回原来的位置。因为磁针所在处,直线电流所产生的磁场的磁感应强度正比于导线中的电流强度。它对磁针的作用力矩等于磁针处的磁感应强度与磁针磁矩的乘积,所以扭力秤中金属丝的扭转角正比于导线中的电流强度。根据扭转角的大小,欧姆就能相对地比较不同的电流强度。

人们为纪念他,将测量电阻的物理量单位以欧姆的姓氏命名。

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当时,欧姆受到法国物理学家贝克勒尔的启发,选择了一组截面积相同,长度不同的铜导线作为外电路进行了实验。从实验的数据中,欧姆发现:当导线的长度与其横截面面积成比时,它们的导电率的确相等,而被测导线的长度越长,电流扭力秤的偏转角越小,两者之间则存在着反比的关系。经过多次反复实验,欧姆发现了检流计指针的偏转量和导体长度、串接材料的电阻率,以及与所加电压之间的关系。

《中国科学报》 (2014-05-16 第16版 探索)

欧姆定律的发现

欧姆受到傅里叶热传导理论(导热杆中两点间热流量与两点温度差成正比)的影响,开始了研究电流定律之路。由于当时缺乏明确的电动势、电流强度乃至电阻概念,因此适用的电流计也正在探索中。1821年,德国物理学家施威格利用电流的磁效应发明了检流计。这种仪器主要用来检验电流的有无。从施威格的检流计中,欧姆受到启发,他把电流的磁效应与库仑扭秤法巧妙地结合起来,创造性地设计出一个电流扭力秤。欧姆用扭力秤来测量电流所产生的磁场对磁针的作用力矩,以此来确定电流强度。从初步的实验中,欧姆发现电流对磁针的作用力与导线的长度有关。

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