乔治·西蒙·欧姆

人物生平

家世背景

乔治·西蒙·欧姆 ，1789年3月16日生于德国埃尔朗根城，父亲自学了数学和物理方面的知识，并教给少年时期的欧姆，唤起了欧姆对科学的兴趣。然而他的成就对我们后人的意义是非常远大的。

欧姆1789年3月16日出生于德国埃尔朗根的一个锁匠世家，父亲乔安·渥夫甘·欧姆是一位锁匠，母亲玛莉亚·伊丽莎白·贝克是埃尔朗根的裁缝师之女。虽然欧姆的父母亲从未受过正规教育，但是他的父亲是一位受人尊敬的人，高水平的自学程度足以让他给孩子们出色的教育。欧姆的一些兄弟姊妹们在幼年时期死亡，只有三个孩子存活下来，这三个孩子分别是他、他后来成为著名数学家的弟弟马丁·欧姆（Martin Ohm，1792年—1872年）和他的姊姊伊丽莎白·芭芭拉。他的母亲在他十岁的时候就去世了。

早年经历

幼年时期的初期，格奥尔格·西蒙和马丁高程度的数学、物理、化学和哲学是受他们的父亲所教。格奥尔格·西蒙在11岁至15岁时曾上埃尔朗根高级中学，在那里他接受到了一点点科学知识的培养，并且感受到学校所教授的与父亲所传授的有着非常鲜明的不同。格奥尔格·西蒙·欧姆15岁时接受了埃尔朗根大学教授卡尔·克利斯坦·凡·兰格斯多弗（Karl Christian von Langsdorf）的一次测试，他注意到欧姆在数学领域异于常人的出众天赋，他甚至在结论上写道，从锁匠之家将诞生出另一对伯努利兄弟。

大学生活

1805年，16岁的欧姆进入埃尔朗根大学学习数学、物理和哲学。他并没有把精力放在学习上，而是在跳舞、滑冰和台球上花费了大把的时间。欧姆的父亲对于欧姆如此浪费受教育的机会，而感到非常愤怒，于是把欧姆送到了瑞士。

1806年9月，欧姆在Gottstadtbei Nydau的一所学校取得了数学教师的职务。

16岁时他进入埃尔朗根大学研究数学、物理与哲学，由于经济困难，中途辍学，到1813年才完成博士学业。欧姆长期担任中学教师，由于缺少资料和仪器，给他的研究工作带来不少困难，但他在孤独与困难的环境中始终坚持不懈地进行科学研究，自己动手制作仪器。

欧姆对导线中的电流进行了研究。他从傅立叶发现的热传导规律受到启发，导热杆中两点间的热流正比于这两点间的温度差。因而欧姆认为，电流现象与此相似，猜想导线中两点之间的电流也许正比于它们之间的某种驱动力，即所称的电动势。欧姆花了很大的精力在这方面进行研究。开始他用伏打电堆作电源，但是因为电流不稳定，效果不好。后来他接受别人的建议改用温差电池作电源，从而保证了电流的稳定性。但是如何测量电流的大小，这在当时还是一个没有解决的难题。开始，欧姆利用电流的热效应，用热胀冷缩的方法来测量电流，但这种方法难以得到精确的结果。后来他把奥斯特关于电流磁效应的发现和库仑扭秤结合起来，巧妙地设计了一个电流扭秤，用一根扭丝悬挂一磁针，让通电导线和磁针都沿子午线方向平行放置；再用铋和铜温差电池，一端浸在沸水中，另一端浸在碎冰中，并用两个水银槽作电极，与铜线相连。当导线中通过电流时，磁针的偏转角与导线中的电流成正比。实验中他用粗细相同、长度不同的八根铜导线进行了测量，得出了如下的等式：

X=a/(b+x)

式中X为磁效应强度，即电流的大小；a是与激发力（即温度差）有关的常数，即电动势；x表示导线的长度，b是与电路其余部分的电阻有关的常数，b+x实际上表示电路的总电阻。这个结果于1826年发表。1827年欧姆又在《动电电路的数学研究》一书中，把他的实验规律总结成如下公式：

S=γE。

式中S表示电流；E表示电动力，即导线两端的电势差，γ为导线对电流的传导率，其倒数即为电阻。

欧姆定律发现初期，许多物理学家不能正确理解和评价这一发现，并遭到怀疑和尖锐的批评。研究成果被忽视，经济极其困难，使欧姆精神抑郁。直到1841年英国皇家学会授予他最高荣誉的科普利金牌，才引起德国科学界的重视。

欧姆在自己的许多著作里还证明了：电阻与导体的长度成正比，与导体的横截面积和传导性成反比；在稳定电流的情况下，电荷不仅在导体的表面上，而且在导体的整个截面上运动。

教学生涯

卡尔·克利斯坦·凡·兰格斯多弗在1809年离开埃尔朗根大学前往海德堡大学任教，欧姆提出希望跟他一起前往海德堡重新开始他的数学学习，但是兰格斯多弗建议欧姆继续自学数学，并建议他阅读欧拉、拉普拉斯和拉克洛瓦的著作。欧姆接受了兰格斯多弗的建议，一边任教一边继续自学数学。

22岁时，欧姆回到埃尔朗根，并在1811年以论文《光线和色彩》（Lichtund Farben）获得博士学位，此后在埃尔朗根做了3个学期的数学讲师。此后分别于1813年在班贝格、1817年在科隆、1826年在柏林的几家中学任教。

欧姆的主要研究兴趣在于当时仍没有被普遍研究的电学，

1833年成为纽伦堡皇家综合技术学校的教授，1839年起担任该校的校长，1849年起任教于慕尼黑大学，1852年成为实验物理学教授。

逆境生活

欧姆爱好物理和数学，欧姆自幼受到父亲的教导，在科学和技术方面得到了不少的启迪。在大学期间，因生活困难，不得不退学去做家庭教师。但他仍然坚持学习，终于完成了学业，获得了博士学位。他曾在几处中学任教，并在繁重的工作之余，坚持进行科学研究。

欧姆正处在电学飞速发展的时期，新的电学成果不断地涌现，其他科学家的发现激励着他去进一步探索一个重要的问题：使用伏打电池的电路中，电流强度可能随电池数目的增多而增大，但是，这中间到底存在什么规律呢？他决心通过实验寻找答案。

当时还没有测量电流强弱的仪器，欧姆曾设想用电流的热效应去测量电流的强弱，但没有成功。

1821年施魏格尔和波根多夫发明了一种原始的电流计，这个仪器的发明使欧姆受到鼓舞。他利用业余时间，向工人学习多种加工技能，决心制作必要的电学仪器与设备。为了准确地量度电流，他巧妙地利用电流的磁效应设计了一个电流扭秤。用一根扭丝挂一个磁针，让通电的导线与这个磁针平行放置，当导线中有电流通过时，磁针就偏转一定的角度，由此可以判断导线中电流的强弱了。他把自己制作的电流计连在电路中，并创造性地在放磁针的度盘上划上刻度，以便记录实验的数据。

这样，1825年从根据实验结果得出了一个公式，可惜是错的，用这个公式计算的结果与欧姆本人后来的实验也不一致。欧姆很后悔，意识到问题的严重性，打算收回已发出的论文，可是已经晚了，论文已发散出去了。急于求成的轻率做法，使他吃了苦头，科学家对他也表示反感，认为他是假充内行。

欧姆决心要挽回影响和损失，更重要的是还要继续通过实验找规律。这时欧姆多么需要人们的理解和支持啊！当时有位科学家叫波根多夫，从欧姆这位中学教师身上看到了追求真理勇于创新的才华，写信鼓励欧姆继续干下去。并建议他在实验中，使用更加稳定的塞贝克温差电池。这种电池是1821年由塞贝克发明的，它的原理是：用钢、铋两种不同的导线连接而组成的电路中，两个接头的温度不同时可以产生电流，温差越大，电流越强。欧姆鼓起勇气，用了温差电池重新认真地做实现，他把一个接头浸入沸水中，温度保持100℃，另一接头埋入冰块，温度保持0℃，从而保证一个能供应稳定电压的电源。多次实验之后，终于在1827年提出了一个关系式：X=a/（b+x）式中X表示电流强度，a表示电动势（高中物理中学到），b+x表示电阻，b是电源内部的电阻，x为外部电路的电阻。这就是欧姆定律，这在电学史上是具有里程碑意义的贡献。

但是，科学界仍不承认欧姆的科学发现，许多人对他还抱有成见，甚至认为定律太简单，不足为信。这一切使欧姆也感到万分痛苦和失望。

科学是公正的。1831年，英国科学家波利特在实验中多次引用欧姆定律，最后得出准确的结果。他将此事撰写成文并进行发表，欧姆定律开始受到人们的重视。此后，物理学家们纷纷把欧姆定律运用到电学、磁学的实验和研究中。

1841年，英国皇家学会授予他科普利金质奖章，并且宣称欧姆定律是“在精密实验领域中最突出的发现”。他得到了应有的荣誉。

1854年欧姆与世长辞。十年之后英国科学促进会为了纪念他，决定用欧姆的名字作为电阻单位的名称。使人们每当使用这个术语时，总会想起这位勤奋顽强、卓有才能的中学教师。

主要成就

电阻单位

简称“欧”，符号为Ω

Ωμγα（大写Ω，小写ω），又称为大O，是第二十四个希腊字母，亦是最后一个希腊字母。

欧姆——以国际欧姆作为电阻单位，它以等于109CGSM电阻的欧姆作为基础，用恒定电流在融冰温度时通过质量为14.4521克、长度为106.3厘米、横截面恒定的水银柱受到的电阻。

欧姆定律

欧姆第一阶段的实验是探讨电流产生的电磁力的衰减与导线长度的关系，其结果于1825年5月在他的第一篇科学论文中发表。在这个实验中，他碰到了测量电流强度的困难。在德国科学家施威格发明的检流计启发下，他把奥斯特关于电流磁效应的发现和库仑扭秤方法巧妙地结合起来，设计了一个电流扭力秤，用它测量电流强度。欧姆从初步的实验中发出，电流的电磁力与导体的长度有关。其关系式与今天的欧姆定律表示式之间看不出有什么直接联系。欧姆在当时也没有把电势差（或电动势）、电流强度和电阻三个量联系起来。

在欧姆之前，虽然还没有电阻的概念，但是已经有人对金属的电导率（传导率）进行研究。1825年7月，欧姆也用上述初步实验中所用的装置，研究了金属的相对电导率。他把各种金属制成直径相同的导线进行测量，确定了金、银、锌、黄铜、铁等金属的相对电导率。虽然这个实验较为粗糙，而且有不少错误，但欧姆想到，在整条导线中电流不变的事实表明电流强度可以作为电路的一个重要基本量，他决定在下一次实验中把它当作一个主要观测量来研究。

在以前的实验中，欧姆使用的电池组是伏打电堆，这种电堆的电动势不稳定，使他大为头痛。后来经人建议，改用铋铜温差电偶作电源，从而保证了电源电动势的稳定。

1826年，欧姆用上面图中的实验装置导出了他的定律。在木质座架上装有电流扭力秤，DD'是扭力秤的玻璃罩，CC'是刻度盘，s是观察用的放大镜，m和m'为水银杯，abb'a'为铋框架，铋、铜框架的一条腿相互接触，这样就组成了温差电偶。A、B是两个用来产生温差的锡容器。实验时把待研究的导体插在m和m'两个盛水银的杯子中，m和m'成了温差电池的两个极。

欧姆准备了截面相同但长度不同的导体，依次将各个导体接入电路进行实验，观测扭力拖拉磁针偏转角的大小，然后改变条件反复操作，根据实验数据归纳成下关系：

x=q/(b+l)式中x表示流过导线的电流的大小，它与电流强度成正比，A和B为电路的两个参数，L表示实验导线的长度。

1826年4月欧姆发表论文，把欧姆定律改写为：x=ksa/ls为导线的横截面积，K表示电导率，A为导线两端的电势差，L为导线的长度，X表示通过L的电流强度。如果用电阻l'=l/ks代入上式，就得到X=a/I'这就是欧姆定律的定量表达式，即电路中的电流强度和电势差成正而与电阻成反比。为了纪念欧姆对电磁学的贡献，物理学界将电阻的单位命名为欧姆，以符号Ω表示。1欧姆定义为电位差为1伏特时恰好通过1安培电流的电阻。

欧姆接触

欧姆接触是指金属与半导体的接触，而其接触面的电阻值远小于半导体本身的电阻，使得组件操作时，大部分的电压降在于活动区（Activeregion）而不在接触面。

欲形成好的欧姆接触，有二个先决条件：

（1）金属与半导体间有低的界面能障（Barrier Height）

（2）半导体有高浓度的杂质掺入（N≧10EXP12cm-3）

前者可使界面电流中热激发部分增加；后者则使界面空乏区变窄，电子有更多的机会直接穿透（Tunneling），而同使Rc阻值降低。

若半导体不是硅晶，而是其它能量间隙（Energy Cap）较大的半导体（如Ga，As），则较难形成欧姆接触（无适当的金属可用），必须于半导体表面掺杂高浓度杂质，形成Metal-n+-norMetal-p+-p等结构。

欧姆杀菌

欧姆杀菌是借助通入电流使食品内部产生热量达到杀菌目的的一种杀菌方法。

原理：所用电流为50—60Hz的低频交流电。根据焦耳定律，在被加热食品内部的任一点，通入电流所产生的热量为Q=K（gradV.*gradVo)=K（ΔV）exp2

Q——某点处的单位加热功率（W/m2），

K——某点处的电导率（S/m）。

S——电导单位西门子，它等于电阻欧姆的倒数

gradV——为任一点处的电位梯度，V/m

影响欧姆杀菌的因素

(一)电导率与温度

(二)电场强度E、频率f

(三)流体在加热器中所处的位置与受热程度的关系

(四)操作因子与欧姆加热速率的关系

欧姆杀菌工艺操作（无菌工艺）

1．装置的预杀菌

用电导率与待杀菌物料相接近的一定浓度的硫酸钠溶液的循环来实现。通过电流加热使之达到一定温度，通过压力调节阀控制杀菌压力，对欧姆加热组件、保温管和冷却管进行杀菌。其它设备用传统的蒸汽杀菌法。用电导率与产品相近的硫酸钠的作为预杀菌溶液的目的是避免设备从预杀菌到产品杀菌期间电能的大幅度调整，以保持平稳而有效地过度，且温度波动小。

2．预杀菌液冷却后排出，引入待杀菌物料。通过反压阀利用无菌空气和氮气调节压力。

3．物料加热杀菌，再依次进入保温管、冷却管和贮罐，供无菌充填。

4．生产结束后，切断电源，先用清水清洗，再用80℃的2%的氢氧化钠溶液循环清洗30min。

欧姆表

欧姆表是测量电阻的仪表，G是内阻为Rg，满刻度电流为Ig的电流表，R是可变电阻，也叫调零电阻；电池为一节干电池，电动势为E，内阻是r，红表笔（插入“+”插孔）与电池负极相连；黑表笔（插入“-”插孔）与电池正极相连。当被测电阻Rx。

轶事典故

灵巧的手艺欧姆的家境十分困难，但从小受到良好的熏陶，父亲是个技术熟练的锁匠，还爱好数学和哲学。父亲对他的技术启蒙，使欧姆养成了动手的好习惯，他心灵手巧，做什么都像样。物理是一门实验学科，如果只会动脑不会动手，那么就好像是用一条腿走路，走不快也走不远。欧姆要不是有这一手好手艺，木工、车工、钳工样样都能来一手，那么他是不可能获得如此成就的。在进行了电流随电压变化的实验中，正是欧姆巧妙地利用电流的磁效应，自己动手制成了电流扭秤，用它来测量电流强度，才取得了较精确的结果。科学真理之光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，他在给朋友的信中写道：“伽伐尼电路的诞生已经给我带来了巨大的痛苦，我真抱怨它生不逢时，因为深居朝廷的人学识浅薄，他们不能理解它的母亲的真实感情。”当然也有不少人为欧姆抱不平，发表欧姆论文的《化学和物理杂志》主编施韦格（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。”欧姆辞去了在科隆的职务，又去当了几年私人教师，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。1841年英国皇家学会授予他科普利奖章，1842年被聘为国外会员，1845年被接纳为巴伐利亚科学院院士。

人物评价

乔治·西蒙·欧姆是一个天才的研究者，一个很有天赋和科学抱负的人。为纪念他，电阻的单位“欧姆”，以他的姓氏命名。