欧姆与欧姆定律

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  欧姆(1787~1854)是德国物理学家。他对物理学的主要贡献是在研究导线中电流所遵从的规律时,发现了一条重要定律,这就是后来以他的名字命名的欧姆定律。
  在18世纪初,电流、电压等概念皆很模糊,特别是电阻的概念还没有建立,当然也就谈不上对它们进行精确地测量了。欧姆发现欧姆定律的研究工作长达10年(1817年~1827年),是在他从事中学数学、物理教学的业余时间完成的。在他探究科学真理的道路上,几乎没有机会跟那个时代的物理学家沟通,他的这一发现完全缘于他个人的努力和智慧,他不愧是一个“天才的研究者”。
  欧姆是在傅里叶的热传导理论的启发下进行电学研究的。欧姆猜想。导线中两点之间的电流也许正比于这两点间的某种推动力之差,他称之为“验电力”,即现在所说的电势差(简称电压)。为了证实自己的观点。欧姆下了很大的工夫进行实验研究。在刚开始的实验中,欧姆使用的电源是“伏打电堆”,但是这种电池很容易极化,所提供的电压很不稳定,给欧姆的研究工作带来了很大的麻烦。到了1821年塞贝克发现温差电现象并发明了温差电池之后,才为欧姆提供了具有稳定电压的电源。于是,欧姆用温差电池代替了电压不稳定的伏打电池。
  当时电流的测量还是尚未解决的技术难题,欧姆曾想利用电流的热效应结合导体的热胀冷缩来测量电流。但实验发现这种方法很难取得精确的结果。后来他经过不断探索,巧妙地利用电流的磁效应和库仑扭秤相结合,创造性地设计了一个电流扭秤,用它来测量电流,才得出了比较理想的结果,从而导致欧姆定律的建立。
  1826年,欧姆在《化学与物理杂志》上发表的《金属导电定律的测定》介绍了他的电流扭秤,公布了他的研究成果。欧姆的实验装置原理是:用一个细丝悬挂一磁针。让通电铜线与该磁针都沿地球子午线方向平行放置。再用铋和铜温差电池的一端浸在开水里,另一端浸在碎冰中,并用两个水银槽做电极,与铜线相连。当两个水银槽与被测导体连线接成回路时。温差电池使回电路中产生了电流,电流产生的磁场将会引起磁针的偏转。欧姆假定磁针的偏转角与导线中的电流成正比,于是就把电流这一电学量变换成力学量——扭转角表示出来了。
  欧姆在实验时,配制了8根粗细相同、长度不同的铜导线,将它们分别接入电路,测出每次的电流(实际上是与电流成正比的磁针偏转角度。即悬丝的扭转角度),从而取得一组组数据。通过分析处理,最后得出了一个等式:X=a/b x。其中X相当于电流,a相当于电源电动势(简称电源电压),b相当于电源内电阻,x相当于外电路电阻,上式实际上就是全电路欧姆定律。接着在1827年,欧姆出版了《伽伐尼电路:数学研究》一书,在书中他用数学方法从理论上推导了欧姆定律。
  现在我们所学的欧姆定律是部分电路欧姆定律,其内容是:导体中的电流,跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比。用公式表示就是I=U/R,其中U表示一段导体两端的电压,单位是伏特(V),R表示这段导体的电阻,单位是欧姆(Ω),I表示通过这段导体的电流,单位是安培(A)。
  欧姆的探索精神值得我们学习,在我们以后的学习过程中也要养成这种不断追求,不断探索,持之以恒的习惯。
  
  责任编辑 蔡华杰
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