格奥尔格·欧姆—

格奥尔格·欧姆1789—1854

直流电大师

对电和磁的系统研究始于18世纪，到了19世纪，电学和磁学的研究达到了一个顶峰。起初，人们研究的重点是静电，当时人们还没有电容、电压或电阻的概念，更谈不上那些相关的测量仪器了。英国化学家和物理学家亨利·卡文迪许（1731—1810）是这一领域众多的探索者之一，如果卡文迪许当年不把自己关于“电容率”的研究成果封藏起来的话，也许会在电学领域获得更早更多的荣誉。卡文迪许对不同金属体的电容率进行测量，并研究它们传输电荷的能力（即导电率），当时就提出了电阻的概念，而那时格奥尔格·欧姆还没来到这个世界呢。卡文迪许的测量虽然原始，但却简单巧妙，他让当时人们唯一可以控制的电源（即莱顿瓶）通过一块金属放电， 自己则拿手触摸这块金属，把自己身体感觉到的电击作为导电率的衡量标准。根据这种客观而又粗略的测量方法，卡文迪许得出了令人惊叹的数据，例如，他用这种方法测出，海水与铁的导电率比为1 ∶ 400万，这与今天我们所知的数值相差不远。卡文迪许在测量时还发现，物质对电的容量与包裹在它们周边的材料的绝缘性能有关，60年后，迈克尔·法拉第验证了这一发现。

■格奥尔格·欧姆

普里斯特利和法国人查理·奥古斯特·库伦（1736—1806）及其他探索者研究发现，电荷的排斥和吸引原理类似牛顿的引力原理，这样，对静电的实验研究在18世纪末基本告一段落。在接下来的几十年中，高斯、拉普拉斯和泊松等物理学家从数学角度对静电学进行了验证。

■“学者中最富有的人，富人中最有学问的人”，一位法国同代人这样评价英国科学家亨利·卡文迪许。根据威廉·亚历山大（1767—1816）绘画制作的版画，伦敦大英博物馆

借用热传导理论

作为一名杰出的数学家，格奥尔格·欧姆借助了法国人让一巴普蒂斯·约瑟夫·傅立叶（1768—1830）的最新理论来描述自己对伽伐尼电流的研究。傅立叶在1822年发表的《热的分析理论》用数学的方法解释了热传导现象，欧姆有意识地在叙述他的研究成果时借用了傅立叶的理论，因为他与许多同时代的学者一样推测，电的传导在物理作用原理上与热的传导相似。

与此同时，实验科学家们也开始了对电流的研究。在没有可靠电源的情况下，电流研究是极其困难的。当初，亚历山德罗·伏打在世纪之交研制的简易电池帮了大忙，伏打及其同时代的科学家起初还认为，用一个导电的金属条将在电池两端流动的电流连接起来，电流就会源源不断地从一个方向流到另一个方向，尽管此前人们都意识到，没有外力作用的永动机是不存在的，伏打堆的出现，似乎又使“永动机”在电领域死灰复燃。但人们很快就发现，伏打电池在电压不稳定的情况下，所产生的电流也是不稳定的，而且会越来越微弱。后来，德国人托马斯·塞贝克（1770—1831）发现，在两种不同的金属所组成的闭合回路中，当两接触点的温度保持不同时，即可获得与伏打堆相同的效果，并且能使电压保持稳定。这一发现为电流实验创造了较好的条件，与以前的各种方法相比，热电效应提供的电流要稳定得多。

■欧姆实验记录文稿。1826年1月11日，欧姆第一次在实验记录中写下了关于电流强度、电压和电阻的欧姆定律

19世纪20年代，在科隆耶稣学院当高级教师的乔治·欧姆用类似伏打和塞贝克发明的“热电电池”开始了后来使他享誉全球的试验，今天，每个学生都会在物理课上学习以他的名字命名的“欧姆定律”。欧姆定律说：带电压的电路里流过的电流（I）与电压（U）成正比（U=R I），比例系数R就是表示导体导电性能的电阻。这个看似简单的定律在人们对电还基本无知的年代具有十分重要的意义，在那个年代，电阻、电流强度、电压等概念还必须被进一步求证，只有研制出相应的仪器设备，才能把它们加以测量并使用。而欧姆和他的同时代学者离这一点还很遥远，欧姆用来测量电阻的是一台被称为“验电器”的设备，用来测量电流强度的是一个自制的简陋设备，经过无数次用长短粗细不一的金属线的试验和计算公式的修订演算之后，他才得出了上面所述的简单定律。

迟到的荣誉

在寻求人们认可和与其才干相匹配的学术地位方面，格奥尔格·欧姆也许受到了家庭关系的连累，他的弟弟马丁·欧姆在柏林提出教育改革的主张，被视为激进的革命者，所以，普鲁士教育部的官员一听到欧姆这个名字就会摇头。另外，19世纪的德国崇洋媚外之风盛行，这也是欧姆迟迟没有得到足够重视的原因之一。

1827年，欧姆发表了他的名著《伽伐尼电路的数学论述》，奠定了直流电的基础。他的发现当时并没有引起专业界的关注，直到1841年，欧姆才得到国际学术界的赞许，被英国皇家学会授予当时自然科学的最高荣誉科普利奖章，在这之前，只有数学天才卡尔·弗里德里希·高斯作为德国科学家获得过此项殊荣。欧姆在伦敦获得科普利奖后，其他各项荣誉也接踵而来：1841年他被接纳为意大利都灵科学院院士，一年后又被英国皇家学会接纳为外国会员。也许是受到各种荣誉的鼓舞，欧姆以极大的热情投入到了新的研究，他与其他物理学家一起，对他的理论作了系统的整理。古斯塔夫·罗伯特·基尔霍夫把欧姆的简单定律扩展到复杂的电路上，得出了他的网络理论。

■欧姆用过的两个励磁线圈，1830年前后

在这之前，欧姆曾一度对电的研究感到失望，从而转向声学和光学研究。在《声音理论》一文中，他正确地指出，音色是和声的一种作用，他的这一观点15年后才被专业界所接受，而且也被过分地记在他的同事赫尔曼·冯·亥姆霍兹的名下。

■数学家和天文学家卡尔·弗里德里希·高斯在哥廷根天文台的阳台上，高斯是第一位获得英国皇家学会颁发的科普利奖章的德国科学家。根据油画制作的木版画，1878年

欧姆将数学引入了声学，使我们今天可以用傅立叶分析法来计算出声音中的各种和声。欧姆一生在多所学校，甚至中学担任老师，但直到1852年才在慕尼黑大学得到了一个物理学讲席的重要职位，他成为慕尼黑大学数学物理系主任，还出任巴伐利亚电报局高级官员。也许是命运的一种捉弄，欧姆不但生前没有受到及时和足够的重视，死后也没有被认真地对待：他1854年去世后立的墓碑上的生卒年月都是错的。

真理之光

1827年，欧姆发表《伽伐尼电路的数学论述》，从理论上论证了欧姆定律。欧姆满以为研究成果一定会受到学术界的承认，也会请他去教课。可是他想错了，书的出版招来不少讽刺和诋毁，大学教授们看不起他这个中学教师。德国人鲍尔攻击他说：“以虔诚的眼光看待世界的人不要去读这本书，因为它纯然是不可置信的欺骗，它的唯一目的是要亵渎自然的尊严。“这一切使欧姆十分伤心，当然也有不少人为欧姆抱不平，施韦格（即电流计发明者）写信给欧姆说：“请您相信，在乌云和尘埃后面的真理之光最终会透射出来，并含笑驱散它们。”直到七八年之后，随着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。为纪念他，电阻的单位“欧姆”，以他的姓氏命名。

格奥尔格·欧姆

生平与学术生涯

格奥尔格·欧姆于1789年3月16日出生在德国埃朗根的一个鞋匠家里，他是家中的长子，父亲自学哲学和数学，使乔治很小就受到了这方面的熏陶。1800年至1805年，欧姆在埃朗根念中学，毕业后在埃朗根大学学习了3个学期。父亲嫌他经常出去跳舞、打台球和滑冰，就把他送往瑞士乡下，作为对他的一种惩戒。在瑞士，欧姆先后在伯尔尼和纳沙泰尔州当过老师，1811年返回埃朗根市，并花了几个月的时间就完成了数学博士论文，之后因没有得到教授职位，只能当一名大学的编外讲师。1813年至1816年，欧姆在班贝格市当中学老师，后转任科隆耶稣学院高级教师，在科隆设备先进的实验室里，欧姆开始了初期的物理测量实验。出于对学术地位的追求，欧姆于1827年来到了柏林的战争学校，并于1833年成为新成立的纽伦堡工业大学的物理学教授。1825—1827年，欧姆陆续发表了使他日后成名的研究成果，但他并没有得到人们（特别是国外同行）的垂青，直到1841年，他才得到了英国皇家学会颁发的科普利奖章（相当于今天的诺贝尔奖）。1849年他被聘为慕尼黑大学教授，但直到1852年才接管当时很吃香的物理学讲席。1854年6月6日，格奥尔格·欧姆在慕尼黑去世。

相关知识

热电效应

热电效应是由德国人托马斯·塞贝克发现的（故也称塞贝克效应），他的发现大大加速了人们对伽伐尼电流的研究。通过焊接将两种不同的金属连接起来并构成一个闭合回路时，如果两个焊接点的温度不一样，就能产生“温差电压”，导体回路中就会产生电流，这种效应可以用来生产直流电。相同的道理，这种热电偶也可以用来测温，在电路中安装一个伏特计，当某个材料受热或冷却时，伏特计就会显示出相应的电压，根据电压就可推算出相应的温差。

永动机

永动机是指违反热力学基本定律的不能实现的发动机。不消耗能量而能永远对外做功的机器，违反了热力学第一定律，故被称为“第一类永动机”。在没有温度差的情况下，从自然界中的海水或空气中不断吸取热量而使之连续地转变为机械能的机器，违反了热力学第二定律，故被称为“第二类永动机”。这种想法曾经引诱许多有杰出创造才能的人付出了大量的智慧和劳动。但是，没有任何一部永动机被实际地制造出来，也没有任何一个设计方案能经受住科学的审查。

推荐

阅读：

《伽伐尼电路的数学论述》，格奥尔格·欧姆著，Leipzig 1 989

《欧姆遗著、生平文献、祖传文献及与弟弟的书信》，Bemd Nürmberger主编，Walter Füchtbauer评注，Erlangen-Jena 2002

参观：

慕尼黑德意志博物馆电磁展馆（藏有欧姆用过的仪器原件）

慕尼黑南城公墓（欧姆安葬之处）

点评

耶稣学院的高级教师欧姆创造了直流电理论，并研制出了直流电的测量方法，他的精准经受住了时间的考验，他所发现的定律至今仍被使用。