△欧姆定律 

伽伐尼电池发明后,人们就对电流现象作了广泛而深入的研究。人们在使用电池的过程中,注意到电流过导线时,导线很容易灼热起来。1805年,李特尔用四百对直径为四英寸的金属板作电池,用2英寸长的铁丝连接起来,铁丝灼热了。他又用一百对直径为8英寸的金属板作为电池,结果使32英寸长的同样粗细的铁丝灼热。这同时表明增大极板面积可以提高伽伐尼电池的功效。这些现象在我们今天看来很简单,但在当时那个基础科学刚刚起步的年代要解释它们却不容易。戴维注意到接通和断开电路都有电火花发生,于是用几百对金属板作成为一个大电池,让电流通过强碱,发现电流热足以使碱熔解。戴维还研究了物体的导电性能,发现不同的金属导电性能不同,以银最佳,以铁最劣;他还用金丝和银丝连成回路,用加热和冷却的方法进行对比,发现了它们的导电能力都随温度的升高而降低。戴维发现,金属导线的导电性能与导线的长度成反比,与横截面积成正比。李特尔在研究中也得到“在电动力相等的情况下,电池的效果依赖于电池本身和回路的抵抗”的结论,这已从物理内容上接近于21年后欧姆的发现了。

德国物理学家欧姆极富有才华,但他的一生始终在孤独与困难的环境中度过,尽管如此,他还是始终坚持科学研究。他长期担任中学教师,热爱科学研究,但是由于缺乏资料和仪器,他的研究总显得困难重重。他的父亲是一个锁匠,他从小受父亲影响,学到了熟练的机械技能,很多仪器都是他自己动手制造的。

1826年欧姆研究了导电性问题,他从傅立叶发现的热传导规律受到了很大的启发:导热杆中两点之间的热流正比于两点的温度差。因而欧姆认为,电流相互作用与此很相似,猜想导线中两点之间的电流正比于它们之间的某种驱动力,他把它称作“验电力”,即今天所称的电势差。欧姆花了很多时间,很大精力在这个方向上探索。开始,他用来作实验的电源是伏打电池,效果很不理想,因为电流是不稳定的。后来他接受波根道的建议,改用1822年由塞贝克发明的温差电池作电源,从而保证了实验中电流的稳定性。但是,如何测定电流的强度。这在当时还是尚未解决的一个难题。后来他创造性地把奥丝特关于电流磁效应的发现和库仑的扭秤法结合起来,巧妙地设计了一个电流扭力天平:用一个扭丝悬挂一磁针,让通电导线与该磁针都沿子午线方向平等放置;再用一铋和铜温差电池的一端浸在开水里,另一端浸在碎冰中,并用两个水银槽作两极,当两个水银杯用导体连接成回路时,温度差产生的电势差就形成了电流,电流的强度就由磁针的扭转角表示出来。欧姆假定磁针的偏转角与导线中的电流强度成正比,这样,他就把一个物理量转换成为常量来测量。欧姆把“电流强度”与“热流量”或“水流量”相比,把“验电力”(电势差)与“温度降落”或“高度差”相比,按照如此直观的概念对电流(传导)作出了类似于“热流”或“水流”的分析,从而得出了以他的名字命名的重要定律。在实验中他用粗细相同的八根铜导线,其长度分别为24610183466130英寸,把它们分别接进回路中,测出每一次线路中的电流强度,从而得到了一组数据。通过对这组数据的分析,他得出了一个等式:

 

式中x表示导线长度,X为其磁效强度,ab依赖于激发力(温度差)和电路其余部分电阻的常数。实际上a表示电动势,bx表示总电阻,X表示电流强度。这个结果,发表在1826年的论文《金属导电定律的测定》中。他的这篇论文很少为人所知。第二年他又出版了《动电电路的数学研究》一书,他的工作才受到重视。在这本书中,他把实验结果总结为公式:

SvE

式中S表示电流,E表示电动力,即导线两端的电势差,为传导率,其倒数即为电阻。这就是著名的欧姆定律。

欧姆本来希望他可以从上述著作中获得益处,但由于人们的社会偏见,《动电电路的数学研究》这本书的出版反而给他招来抵毁和恶感,教授们认为欧姆只不过是一个中学教师;他的理论被一些人说成纯属空洞的编造,毫无观测事实的根据;甚至于他的专著也被指责是损害了自然界的尊严。直到1833年,由于国王的任命,欧姆才担任了一个综合技术学校的物理教师。他的研究工作在俄国、英国和美国等国逐渐受到了重视,1847年英国皇家学会授予他最高荣誉——科普利金牌,这才引起德国科学界的轰动。直到1849年他被任命为慕尼黑大学的非常任教授,1852年,他65岁时,才当上了教授,两年后就去世了。人们为了纪念他对电流研究的贡献,用他的名字定为电阻的单位。