欧姆定律:一个迟到的认可

欧姆定律:一个迟到的认可

1789年3月16日,欧姆出生于德国的一个锁匠世家,父亲是一名锁匠,母亲是一位裁缝师的女儿,所以从小欧姆的动手能力就很强。此外,他的爸爸自学能力很强,他用业余时间自学了很多最新的数学和物理知识,并且教授给了欧姆,这些唤起了欧姆对科学的兴趣。大学毕业后,运气不佳的欧姆仅仅进入了一所中学教书,但是金子总会发光的,就在这所中学里,欧姆完成了一个值得他一生骄傲的成就——欧姆定律。

当奥斯特发现电流的磁效应,安培研究出安培定则时,德国人欧姆正在科隆的一所中学里教书,他教的是数学和物理。和大学的那些教授不一样,研究是欧姆的副业,所以和那些教授不同,欧姆研究的是一个比较冷门的方向,电路。此时,库仑定律已经问世40多年了,伏打电池也已经被发明了20多年,但是电压、电阻等电路的概念还没有形成。欧姆当然也不会凭空想到欧姆定律的,那欧姆是怎么完成这个重要的发现的呢?

类比,纵观物理学史,几乎所有的物理发现都是物理学家类比已有的经验猜想、实验出来的。

欧姆定律:一个迟到的认可

1822年,法国数学家傅立叶发表了热传导理论,提出了热流、热阻等概念,并且提出了导热杆两点的热流量和两点间的温度差成正比。这些理论给了欧姆很大的启发。欧姆想,电流应该和热流很相似,于是,欧姆类比上面的理论提出了电流与两点间的某种推力之差成正比,欧姆将其称为电张力之差,即我们现在所说的电势差。

猜想总是要经过实验证明的。欧姆想要通过实验证明上面的理论,于是如何测量电流的大小和导体两点的推力之差就成了欧姆继续解决的问题。但是那个年代,还没有出现能够测量电流和电压的仪器,那欧姆会怎么做呢?

首先是电流的大小,欧姆收到了库仑扭秤和电流磁效应的启发,设置了一种扭秤,他将小磁针悬挂起来,在小磁针的下方放一根导线,当导线中有电流通过时,小磁针就会发生偏转,电流越大,小磁针受力越大,根据库仑扭秤的原理,受力越大,偏转角度就越大,所以电流的大小可以用磁针的偏转角来描述。

解决完第一个问题后,欧姆又着手解决第二个问题,如何测量导体两点间的推力差。想了很多方法后,欧姆都没有办法解决这个问题,于是,欧姆就决定不测了,用相同的电源先保证这个推力差相等试试看吧!

于是,他选择了电压稳定的温差电池,发现粗细相同的导线越长,电流就越小,相同长度的导线越粗,电流就越大,于是他类比热阻,提出了电阻,类比热导率,提出了电导率等概念。接下来就顺理成章地提出了欧姆定律。

欧姆定律:一个迟到的认可

但是遗憾的是,欧姆定律并没有很快被科学界认可,原因有以下几个,第一,欧姆没有名气,也没有和当时的牛人们有任何的交集,用现在的话来说仅仅是一位“民科”,第二,他的研究方向偏离了当时的热点问题“电和磁的相互关系”。第三,他用的是温差电池,这种电池是否和伏打电池一样还是个未知数,第三,他提到的电张力究竟是什么?不过十多年后,在很多年轻物理学家的支持下,科学界还是认可了他的发现,称之为欧姆定律。


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