Открытие закона Ома
Ом усовершенствовал принцип измерения тока, акцентировав внимание не на тепловом, а на магнитном действии, ранее открытым датским коллегой Эрстедом. В его приборе ток, проходивший по проводнику, заставлял перемещаться магнитную стрелку, которая висела на упругой проволоке из золота
Её верхний конец прикреплялся к специальному винту, с помощью которого ученый компенсировал поворот стрелки, спровоцированный магнитным воздействием. При этом угол поворота винта выступал мерилом тока.
Так выглядели промышленные гальванометры выпускавшиеся с 1900 года — основаны на приборе изобретенном Омом
На первых порах экспериментатор работал с гальваническими источниками тока, но вскоре понял, что они генерируют ток, интенсивно убывающий со временем. Игнорирование этого обстоятельства вызвало определенные неточности в его первых статьях. Пытливый ум Георга помог ему преодолеть затруднение, и он обратился к явлению, впервые описанному Томасом Зеебеком. Оно связано с возникновением электричества в цепи из двух проводников при условии, что спаи между ними имеют неодинаковую температуру.
Для своего эксперимента ученый взял термопару медь и висмут, при этом первый спай был расположен в кипятке, а второй в тающем снеге. В результате устройство обеспечило необходимую стабильность тока, что позволило автору сделать объективные выводы о влиянии длины, сечения и химического состава проводников на электрический ток. Позднее Ом изменил установку, включив в нее 8 медных проволок различной длины, но идентичного диаметра. Автор и в дальнейшем неоднократно менял условия эксперимента – брались разные термоэлементы, в том числе латунные проволоки, корректировалось сопротивление, но результат наблюдений сводился к уже выведенной формуле.
В результате был открыт эмпирический закон, в котором устанавливалась связь между силой тока в проводнике с напряжением на его концах и сопротивлением.
Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна электрическому напряжению на концах участка и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи
Георгу удалось доказать, что в его уравнении постоянная b (характеризует свойства электроустановки) не зависит от длины проводника и возбуждающей силы. Это дало основание полагать, что данная величина отражает свойства неизменяемой части электрической цепи. Суммирование в знаменателе выведенной формулы корректно лишь для параметров с одинаковыми наименованиями, поэтому постоянная b характеризует проводимость неизменяемого сегмента цепи.
Популярно о законе Ома рассказано в видео.
Также ученый проводил исследования, ставящие целью определения величин проводимости проводников. Для этого он использовал способ, ставший классическим в экспериментальной физике. Георг поочередно подключал выполненные из различных материалов тонкие проводники схожего диаметра между двумя точками цепи. Затем он измерял их длину, добиваясь получения определенной величины тока. Свои выводы Ом подробно изложил в статье, опубликованной на страницах издания «Журнал физики и химии» в 1826 году.
К этому времени Ом прочно осел в Берлине, где трудился в научном центре с очень скромной нагрузкой три часа в неделю. Зато это давало возможность активно заниматься наукой. В 1829 году вышла ещё одна статья ученого, в которой он обосновал общие принципы функционирования электроизмерительных приборов, предложив эталон электрического сопротивления. Год спустя увидела свет еще одна работа – «Попытка создания приближенной теории униполярной проводимости», о которой восторженно высказывался . Несмотря на все старания, всеобщего признания у себя на родине физик поначалу не получил и даже письмо баварскому королю не возымело особого действия.
Ому принадлежит авторство понятия электродвижущей силы. Он сформулировал свой закон не только в дифференциальных значениях, но и в конечных величинах, подходящих для частных случаев отдельных электроцепей, среди которых первостепенное значение имела термоэлектрическая цепь.
Признание
«Нет пророка в своем отечестве!» Ом в полной мере испытал это
Понимая важность полученных им научных результатов, он тщетно хлопотал о предоставлении ему той должности, которой он по праву заслуживал. Хотя срок его командировки в Берлин истекал, он считал невозможным оставить этот научный центр
В конце концов, ему предложили работу в Военной школе Берлина, но почти с символической нагрузкой — 3 часа в неделю (и с соответствующей оплатой). Ом, которого поддерживал брат, принял и такое предложение. Он продолжал упорно работать. В 1829 в «Журнале физики и химии» вышла еще одна его работа. В ней фактически закладывались принципиальные основы работы электроизмерительных приборов. В частности, был предложен используемый и сегодня эталон электрического сопротивления.
1830-й год: Ом публикует труд под названием «Попытка создания приближенной теории униполярной проводимости». Эта работа вызвала интерес. О ней с похвалой отозвался сам Майкл Фарадей. Несмотря на это, пора должной оценки заслуг Ома еще только приближалась. На родине они все еще не находили признания. Ом решился на крайнюю меру: он написал прошение королю Баварии о предоставлении работы, но и это не возымело желаемого действия. Только в 1833, через 6 лет после выхода основного труда Ома, ему предложили место профессора физики во вновь организованной политехнической школе Нюрнберга. Ом немедленно перебрался в Нюрнберг. Вскоре его назначили инспектором по методике преподавания и поручили заведование кафедрой математики. В 1839 к этому добавились и обязанности ректора школы. Тогда же наметился и его переход на новую научную тематику: Ома привлекла акустика. В 1843 он показал, что простейшее слуховое ощущение вызывается гармоническими колебаниями, на которое ухо разлагает сложные звуки (акустический закон Ома). Наметилось и международное признание. В 1841 работы Ома были переведены на английский язык, в 1847 — на итальянский, в 1860 — на французский. (Хотя перевода трудов Ома на русский язык не было, но именно работавшие в России Э. Х. Ленц и Б. С
Якоби первыми привлекли внимание широкой научной общественности к трудам Ома). В 1842 произошло событие, которое явилось первым важным знаком признания научных заслуг Георга Ома: он явился вторым немецким ученым, которого Лондонское Королевское общество наградило золотой медалью и избрало своим членом
В Америке раньше других оценил важность работ Ома Дж. Генри
В Италии первым пропагандистом этих работ был Карло Маттеуччи (1811-68). Наконец, через 20 лет ожидания, Георг Ом получил признание и на родине. В 1845 его избрали в Баварскую АН, а через четыре года пригласили в Мюнхен на должность экстраординарного профессора. Тогда же по королевскому указу он назначается хранителем государственного собрания физико-математических приборов и референтом по телеграфному ведомству при физико-техническом отделе Министерства государственной торговли. Одновременно он продолжает читать лекции по физике и по математике.
Шестидесятилетний профессор не только справляется с этими многочисленными обязанностями, но и продолжает научные исследования и занимается конструированием и изготовлением демонстрационных приборов. Много внимания уделяет методике преподавания. В последние годы жизни начал работать над учебником физики, но успел закончить лишь первый том «Вклад в молекулярную физику».
Ом не создал семьи. Вся его жизнь была отдана науке.
В 1852 исполнилось давнишнее желание Ома — он получил должность ординарного профессора. Но здоровье его уже пошатнулось. В 1854 он перенес серьезный сердечный приступ. 28 июня 1854 король Максимилиан издал указ об освобождении его от обязательного чтения лекций. Но до конца жизни Георга Ома оставалось всего 12 дней.
На здании кельнской коллегии установлена мемориальная доска. На ней надпись: «Георгу Симону Ому, известному физику, который в должности учителя старой кельнской гимназии открыл в 1826 г. основной закон электрического тока, 6 марта 1939 г. в день 150-летия со дня его рождения установлена эта памятная доска».
В честь Ома в 1881 была названа единица электрического сопротивления.
Ранние годы
С раннего детства отец Георга прививал всем своим детям любовь к знаниям. Смерть жены не сломила его, оставшись с маленькими детьми на руках, он много работал. Днём и ночью Иоганн выполнял слесарные и кузнечные заказы, но всё свободное время посвящал обучению своих детей.
Начинали своё обучение братья Георг и Мартин в довольно скромной школе, основателем и единственным учителем в ней был в прошлом представителем чулочной профессии. Чулочник не был профессиональным педагогом, его познания заключались в знании латыни и греческого языка. Природный талант педагога помог вложить в Георга достойные знания для дальнейшего обучения мальчика в эрлагенской гимназии.
Иоганн Вольфган Ом математике и физике обучал сыновей самостоятельно. Он постоянно покупал новые книги, не жалея денег на образование детей.
Георг рос очень способным мальчиком, преуспевал в различных направлениях. Хорошо изучив латынь, Георг перевёл учение Леонарда Эйлера «Интегральное исчисление» на немецкий язык. Отец со слов старшего сына записал его перевод с целью дальнейшего детального изучения трудов автора.
Все эти старания приобщить детей к знаниям не пропали даром: оба мальчика приобрели статус профессора. Георг стал знаменитым физиком, а Мартин преуспевал в математике.
В 1798 году Георг Симон Ом начинает своё обучение в гимназии родного города. Продолжительность пребывания в учебном заведении составила 4 года, за которые, по мнению самого будущего учёного, он не узнал ничего нового.
Тем временем отец Георга привлекал к дальнейшему развитию своих детей друзей, которые занимались профессорской деятельностью. Учёные с удовольствием просвещали способных братьев, восхищаясь их одарённостью.
По достижению Георгом пятнадцатилетнего возраста, знаменитый профессор К. Е. Лангсдорф принимал у него экзамен по математике. Проверка знаний длилась в течение пяти часов, и Георг Ом выдержал её на отлично. Профессор задавал вопросы по пяти разделам математики, пятнадцатилетний юноша, не задумываясь, правильно отвечал на любые вопросы. Экзаменатор по достоинству оценил живой ум Георга и его брата, предрекая им блистательное будущее.
В 1805 году Георг Симон Ом успешно поступает в университет в родном городе. Блистательная подготовка позволила будущему учёному не прилагать никаких усилий при обучении в университете. Никакого дальнейшего развития в области физики мальчиком не наблюдалось, и у Георга появилось новое увлечение – спорт.
Талантливый человек талантлив во всём. Он стал одним из лучших игроков в бильярд в университете, всерьёз занялся конькобежным спортом. Все эти увлечения отвлекали Георга от изучения точных наук, что вызывало у отца большое недовольство. Иоганн Ом всеми силами старался вернуть сына в нужное русло. На фоне этих событий у них случился первый и последний в их жизни разлад.
Денег в семье всё чаще не хватало. На фоне всех этих событий Георг Ом принял решение покинуть университет и заняться преподавательской деятельностью в частной школе. Пройдя полтора года обучения, юноша покидает его.
В доме отца
Отец Георга Симона, Иоганн Вольфганг Ом, был потомственным слесарем, много времени уделявшим вопросам самообразования. Он занимался по учебникам математики, посещал в Берлине школу технического рисования. В 1785 мастер Иоганн Ом возвратился в свой родной город Эрланген и получил разрешение на открытие собственного дела. А через год он женился на дочери эрлангенского кузнеца Марии Елизавете Беккин. Из 7 рожденных ею детей в живых осталось только трое, а сама она в 1799 умерла при родах. Иоганн Ом так и не оправился до конца жизни от потери «лучшей и нежнейшей из матерей», как он о ней говорил. Тогда его сыну Георгу было 10, Мартину — 7, а дочери Барбаре — всего 5 лет
Иоганн уделял воспитанию оставшихся на его руках детей огромное внимание. Чтобы обеспечить семью, он ежедневно с утра до вечера занимался выполнением кузнечных и слесарных заказов, а каждую свободную минуту он посвящал детям
О том бесконечно многом, чем они обязаны отцу, впоследствии говорили оба сына слесаря Иоганна, ставшие профессорами: Георг — физиком, а Мартин — математиком. Даже на памятнике Ому в Мюнхене он изображен возле отца, крупного мужчины в рабочем фартуке, который, обняв за плечи восторженно внимающего ему сына, серьезно и нежно о чем-то рассказывает мальчику.
Школа, в которой начиналось обучение сыновей кузнеца Ома, была более чем скромной, хотя обучение было платным: ее владелец, он же — единственный учитель (ему, правда, помогала дочь, обучавшая малышей читать), бывший чулочник, хотя и не имел педагогического образования, по-видимому, обладал, кроме прекрасного почерка и умения быстро решать арифметические задачи, также некоторыми врожденными талантами преподавателя, любознательностью и живостью ума. Он подготовил Георга к поступлению в городскую гимназию
В этом учебном заведении основное внимание уделялось изучению латыни и греческого языка. Что касается математики и особенно физики, то лишь занятия, которые проводил вместе с сыновьями дома Иоганн Ом, позволили им продвинуться в изучении этих наук
Из довольно ограниченных средств семьи всегда выделялись деньги для покупки книг по математике (они преобладали), но также по истории, географии, философии, педагогике, равно как и руководства по обработке металлов. Когда Георг перевел с латыни (а в классе он по языкам шел первым) книгу Леонарда Эйлера «Интегральное исчисление», отец под диктовку сына не только переписал перевод, но и серьезно изучил этот труд. Неудивительно, что у преклонявшегося перед наукой кузнеца появились знакомые (ставшие вскоре его друзьям), преподаватели университета. Они охотно занимались и с его одаренными сыновьями. Один из них, профессор математики К. Е. Лангсдорф, проэкзаменовал Георга по окончании гимназии. Вот итог этого экзамена: «В течение пятичасовой беседы я проверил его знания по всем важнейшим разделам элементарной математики: арифметике, геометрии, тригонометрии, статике и механике, а также выяснил его знания в области высшей геометрии и математического анализа. На все мои вопросы я получал быстрые и точные ответы. Почти убежден, что оба брата из этой семьи станут не менее знамениты, чем братья Бернулли: обладая таким усердием и имея такой талант, они обогатят науку, если найдут соответствующие внимание и поддержку».
А в 1805 Георг сам стал студентом Эрлангенского университета. При той подготовке, которая у него была, учиться в университете Георгу было легко. Может быть, и по этой причине он с азартом окунулся в спорт (стал, в частности, лучшим бильярдистом и конькобежцем в университете), увлекся танцами. Отца такая перемена в сыне не могла не обеспокоить. К тому же, обеспечивать семью ему становилось все труднее. Назревал — в первый и единственный раз в их жизни — «конфликт отцов и детей», который завершился тем, что Георг, проучившись в университете всего полтора года, покинул родительский дом, чтобы в швейцарском городке Готтштадте занять место преподавателя математики в частной школе. Так началась педагогическая деятельность Георга Ома.
Кельнский период
В этом городе ученый проведет 9 лет. На новом месте его переполняли позитивные эмоции – удобное расписание занятий, отличное оборудование, добрые отношения с коллегами создавали отличный жизненный фон. Из-за появившегося свободного времени параллельно с преподаванием Ом всерьез занялся наукой. В сфере его интересов – процессы, происходящие в электрических цепях.
Но сперва Георг занялся своими приборами, многие из которых нуждались в ремонте. С характерной для него въедливостью он стал готовить аппаратуру для запланированных экспериментов. Ома все больше интересовала физика с ее многочисленными загадками, да и конкуренция в этой области была не столь сильна. Направление движения к намеченной цели ученый определял порой интуитивно, но очень точно. Он понял, что сначала необходимо овладеть способами количественного исследования явлений.
Начало самостоятельной жизни
Швейцария очаровала Георга. Ее природа, ее люди, в том числе его коллеги и ученики, крохотный городок, в котором самым большим зданием был старинный замок, в котором располагалась школа, наконец, хорошая зарплата — все это вызывало у него чувство восхищения, которым наполнены его письма домой. Огорчало лишь отсутствие ответных писем от отца, который был так глубоко травмирован размолвкой с сыном, что почти год не только не писал ему, но даже и отказывался читать его письма: Иоганну Ому казалось, что рухнули все надежды, которые он связывал со своим даровитым сыном. Но недаром говорят, что время — лучший целитель
Постепенно переписка восстановилась, и отец, как и прежде, старался поддерживать Георга вниманием и советами. Но тон писем Георга постепенно менялся
Однообразие жизни, отсутствие увлекательной перспективы работы и научного роста охлаждали первые юношеские восторги. Все чаще в его письмах прорывается тоска по дому и мечта продолжить учебу в университете. Можно лишь догадываться, к чему бы это привело впоследствии, но приезд сына священника, который одновременно был и владельцем замка и хозяином школы, вызвал большие перемены. Дело в том, что приехавший был математиком, и Георгу надлежало освободить для него преподавательское место и перебраться в Нейштадтскую школу. Оторванность от дома и от университета все болезненнее переживалась молодым учителем математики. Но приходилось смиряться. Профессор Лангсдорф, по-прежнему принимавший в судьбе Ома большое участие, настоятельно советовал ему сосредоточить усилия на самообразовании. Георг штудировал оригинальные труды крупнейших математиков. И эти занятия оказались весьма плодотворными. Когда он в 1911 все же вернулся в Эрланген, то уже в том же году сумел закончить университет, защитить диссертацию и получить ученую степень доктора философии. Более того, ему тут же была предложена в университете должность приват-доцента кафедры математики. Это было прекрасно, но всего через три семестра Ом вынужден был по материальным соображениям искать другое место. Эти поиски были мучительными и долгое время безуспешными. Георг рассылал письма во многие научные и учебные учреждения, послал даже прошение в генерал-комиссариат Баварского королевства, но лишь в январе 1813 получил работу учителя математики и физики школы в Бамберге. Методика преподавания в этой школе (как и во многих других) была такова, что Ом счел своим долгом направить в Генеральный комиссариат по преподаванию свои критические соображения. Итогом этого явилось то, что в 1816 школа в Бамберге была попросту закрыта, а Ома перевели в местную подготовительную школу, где и контингент учеников, и условия работы преподавателей были гораздо хуже. Но даже из этого печального опыта Ом извлек некоторую пользу. Он написал обширную заметку о методике преподавания. Это был его первый опубликованный труд. Он вышел в 1817. Работа была встречена сдержанно, чтобы не сказать враждебно. Некоторые даже писали, что идеи Ома означают «гибель всего математического учения». Но постепенно стали появляться и сторонники. Ом старался энергично отстаивать свои идеи, посылал письма с экземплярами статьи не только в университеты и школы, но и в министерства и даже королям (Вюртенберга и Пруссии). На многие письма ему вовсе не отвечают или же приходят уклончивые или даже отрицательные ответы. Тем ярче воспринималась «нечаянная радость». Пришло приглашение занять место учителя физики и математики в иезуитской коллегии Кельна. 37-летний Ом немедленно направился в Кельн.
Переезд в Нюрнберг
В 1833 году Ом переезжает в Нюрнберг, куда его пригласили на должность профессора физики в недавно открывшуюся специализированную школу. В дальнейшем он возглавил кафедру математики и получил место ректора школы. В это время научные приоритеты Георга начинают меняться – его стала интересовать акустика.
В 1843 году ему удалось сформулировать акустический закон, названный именем автора. Он основан на природе слуховой системы человека, которая способна дифференцировать сложную звуковую волну на отдельные сегменты, то есть до определенных пределов мы воспринимаем индивидуальные частоты, вместе создающие сложное звучание. Ом доказал, что элементарные акустические ощущения вызывают гармонические колебания, на которые ухо разделяет сложные звуки. Поначалу этот закон, как и предыдущий не нашел широкого признания. Лишь спустя 20 лет немец Гемгольц провел серию более точных экспериментов с резонаторами, которые подтвердили выводы Ома.
