История знает примеры, когда научные открытия гениальных одиночек намного опережали свое время. Такая судьба выпала и на долю Георга Симона Ома, родившегося ровно 230 лет назад. Трудно себе представить, что закон Ома, ставший основой современной теоретической и практической электротехники, и давно вошедший во всем мире в школьный курс, почти 20 лет не признавался наукой, а имя его создателя, первым применившего в электротехнике математические методы, благодаря чему стал возможен важный для науки переход от качественных наблюдений к количественным измерениям, и давшего научные определения таким понятиям, как сила тока, ЭДС, напряжение, сопротивление (эталон сопротивления, предложенный Омом, позволил упорядочить проведение экспериментов), оставалось неизвестным. А ведь современниками Ома были крупнейшие ученые начала XIX века Фурье, Ампер, Фарадей, Лаплас.
Георг Симон Ом родился 16 марта 1787 года в провинциальном немецком городке Эрланген (Бавария, тогда часть Священной Римской империи). Мать Георга, Мария Элизабет, происходила из семьи портного (по другим сведениям - кузнеца), она умерла при родах, когда Георгу исполнилось 9 лет. Его отец, Иоганн Вольфганг, так и не оправившийся до конца жизни от потери «лучшей и нежнейшей из матерей», как он о ней говорил, зарабатывал на жизнь слесарным и кузнечным ремеслом, а все свободное время отдавал науке, к которой всегда тянулась его душа, самостоятельно изучая физику, химию, высшую математику. Жажду к знаниям скромный слесарь сумел привить и своим сыновьям, с детства занимаясь их образованием. Занятия отца с сыновьями не ограничиваются стенами дома. Вечерами, в воскресные и праздничные дни Иоганн совершает с детьми длительные прогулки по окрестностям Эрлангена. На природе отец учит детей различать породы растений, определять плодородность почв, объясняет строение цветов, вместе с мальчиками наблюдает за поведением живности. Но наибольшее удовольствие всем троим доставляет решение математических задач. Иоганн из подручных материалов мастерит нехитрый измерительный инструмент и мальчики вычисляют площади полей и водоёмов. Георг, ставший профессором физики, и его брат Мартин, профессор математики, считали, что всем достигнутым в жизни они обязаны отцу, передавшему детям свою настойчивость в работе, целеустремленность и веру в успех.
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, которая курировалась университетом. 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 - Иоганн и Якоб: обладая таким усердием и имея такой талант, они обогатят науку, если найдут соответствующие внимание и поддержку».
А в 1805 Георг Ом сам стал студентом философского факультета Эрлангенского университета, где изучал физику, математику и философию. При той подготовке, которая у него была, учиться в университете Георгу Ому было легко. Может быть, и по этой причине он поддался соблазнам вольной студенческой жизни и с азартом окунулся в спорт (стал, в частности, лучшим бильярдистом и конькобежцем в университете), увлекся танцами, и вскоре стал уделять занятиям гораздо меньше времени, чем того хотелось бы отцу, которого такая перемена в сыне не могла не обеспокоить. К тому же, обеспечивать семью, а следовательно и платить за обучение сына, 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 3 семестра, покинул родительский дом, чтобы в швейцарском городке Готтштадте (ныне входит в швейцарскую коммуну Орпунд) занять место преподавателя математики в частной школе при монастыре. Так началась педагогическая деятельность Георга Ома. Но отец не оставил надежды увидеть своего младшего сына ученым. В письмах к нему он старался убедить Георга, что важно не только научиться преподавать знания другим, но и найти в себе силы продолжить образование, постигнуть нелегкое искусство учить себя самого. Поэтому, помимо преподавания, Георг продолжал заниматься самообразованием, всецело посвятив себя изучению математики.
В 1809 г. Карл Кристиан фон Лангсдорф покидает свой пост в Эрлангенском университете и перебирается в Хайдельбергский университет. За ним хотел последовать и Ом, но тот, отговорив будущего учёного, посоветовал вместо этого взяться за изучение трудов Эйлера, Лапласа и Лакруа. В марте 1809 г. Ом оставляет свой учительский пост, переезжает в Невшатель, где даёт частные уроки. Свободное время он посвящает самостоятельному изучению математики.
В 1811 году Георг вернулся в Эрланген и уже в том же году сумел закончить университет, защитить диссертацию и получить учёную степень доктора философии. Более того, ему тут же была предложена в университете должность приват-доцента кафедры математики. В этом качестве он проработал до 1813 года, когда принял место преподавателя математики в Бамберге (1813—1817). В этот период он написал работу о методике преподавания. Это был его первый опубликованный труд, который вышел в 1817 году.
В сентябре 1817 г. Георгу предложили место учителя математики и физики в Иезуитской гимназии Кёльна, где помимо преподавания он плотно занялся наукой. Такой шанс упускать было нельзя, поскольку эта гимназия была не только лучше всех учебных заведений, в которых он преподавал раньше, но также имела при себе хорошо оборудованную лабораторию. За всю свою преподавательскую деятельность, Ом ни на миг не забрасывал своё самообразование, изучая труды учёных французских математиков: Лагранжа, Лежандра, Лапласа, Биота и Пуассона. Позже, Ом познакомится с работами Фурье и Френеля. И в это же время, узнав о теоретическом обосновании Эрстедом явления электромагнетизма в 1820 г., Ом начинает ставить собственные опыты в школьной физической лаборатории. Делает он это исключительно для поднятия собственного уровня знаний. Осознаёт он и то, что, если он хочет получить работу, которая действительно будет интересна, ему придётся потрудиться над исследовательскими материалами. Ведь, только опираясь на что-то, он мог показать себя миру и достигнуть желаемого.
В 1824 году его увлекла тема протекания электрических токов по проводникам. В Кёльне ученый провел целую серию экспериментов и опубликовал свои знаменитые работы по теории гальванической цепи. В то время в области электротехники было множество нерешенных проблем - не разработана методика экспериментов, не найдены закономерности, связывающие основные величины. Даже не было прибора, позволяющего с достаточной точностью проводить измерения. За изготовление такого прибора и взялся Ом. Он сконструировал его на базе крутильных весов Кулона: магнитную стрелку подвесил на проволоке над проводником, расположенным в направлении магнитного меридиана. Чем больший ток протекал по проводнику, тем сильнее отклонялась стрелка. В качестве источника тока Ом использовал элемент Вольта - медную и цинковую пластины, помещенные в раствор соляной кислоты.
 |
| Приборы, изготовленные Георгом Омом |
Однако это не сломило учёного. В течение 6 лет, несмотря на весьма стеснённые обстоятельства, Ом посвящает себя исключительно научным работам и в 1830 году публикует труд под названием «Попытка создания приближенной теории униполярной проводимости», о котором с похвалой отозвался сам основоположник учения об электромагнитном поле английский физико-химик и член Лондонского королевского общества Майкл Фарадей. В 1832 году закон Ома признали русские физики Э.Х. Ленц и Б.С. Якоби, применив его в работе о количественном исследовании электромагнитной индукции. В Америке раньше других оценил важность работ Ома Дж. Генри. «Когда я первый раз прочел теорию Ома, — писал он, — то она мне показалась молнией, вдруг осветившей комнату, погруженную во мрак». В Италии первым пропагандистом этих работ был Карло Маттеуччи. И лишь в 1833 году Ому предложили занять должность профессора физики во вновь организованной политехнической школе Нюрнберга. Вскоре его назначили инспектором по методике преподавания и назначили ректором школы. Несмотря на большую загруженность, Ом не оставил научную работу и даже приступил к новым исследованиям – в области акустики, результаты которых сформулировал в виде закона (впоследствии – акустический закон Ома), который также не был принят современниками.
В 1839 году, через 13 лет после изгнания из школы, Ом стал членом-корреспондентом Берлинской академии наук. А в 1842 году, через 16 лет после открытия закона, работы Ома были переведены на английский язык, и Лондонское Королевское общество наградило Ома золотой медалью и избрало своим членом.
Тогда же наметился и его переход на новую научную тематику: Ома привлекла акустика. В 1843 г. он показал, что простейшее слуховое ощущение вызывается гармоническими колебаниями, на которые ухо разлагает сложные звуки. Акустический закон Ома был положен затем немецким ученым Г. Гельмгольцем в основу резонансной теории слуха. Хотя этот анализ, который Ом уподоблял анализу Фурье, обычно нами не осознается, при соответствующей подготовке слушатель может научиться воспринимать отдельные гармоники в составном звуке. Заметьте, что закон Ома представляет собой теоретическое утверждение относительно воспринимаемого тона, чем он и отличается от анализа Фурье, который является теоретическим утверждением относительно физического стимула. Слово акустический, включенное в название закона для того, чтобы отличить его от электрического закона Ома, — неудачный выбор, так как оно вызывает замешательство. Как часто подчеркивалось, было бы лучше назвать его слуховым законом Ома.
Только после этого Ом получил признание и на родине. В 1845 году его избрали членом Баварской академии наук, а через 4 года пригласили в Мюнхен на должность экстраординарного профессора физики, где Ом продолжил читать лекции, вести научные исследования и конструировать демонстрационные приборы. Там же он назначен консерватором физико-математических коллекций академии наук. Тем не менее, Министерство просвещения упорно не пропускало в учебники мысль о том, что познать законы электричества без математики невозможно. Сама работа Ома откровенно высмеивалась за «болезненную фантазию, принижающую математикой достоинства природы».
Обиделся ли учёный на министерство? Отнюдь. Он проработал в немецких школах не один год, преподавал математику и физику, и на собственном опыте убедился, что там царит «беспросветная казёнщина». Согласно его наблюдениям, обскурантизм в школьном преподавании занял место логики на 99 %. «Но даже один процент вселяет надежду на продвижение логики вперед», - говорил он друзьям. Много внимания уделяя методике преподавания, Ом в последние годы жизни начал работать над учебником физики, который он задумал как фундаментальный труд. Но успел закончить лишь первый том «Вклад в молекулярную физику».
Тем не менее еще долгие годы не прекращались попытки опровергнуть закон Ома. Даже в 1852 году французский физик М. Депре писал, что «закон Ома никак не представляет собой точного выражения фактов». Но большинство ученых всего мира к тому времени уже пользовались в своих работах открытиями Ома. В том же, 1852, году исполнилось давнишнее желание Ома — он получил должность ординарного профессора, а вскоре одним из первых был награжден орденом Максимилиана «За выдающиеся достижения в области науки». Его работы были переведены на английский язык, итальянский и французский языки.
 |
| Надгробие на могиле Ома в Мюнхене |
 |
| Бюст Ома в Пантеоне на Терезином лугу (Мюнхен) |
О значении исследований Ома хорошо сказал профессор физики Мюнхенского университета Е. Ломмель при открытии памятника ученому в 1895 году: «Открытие Ома было ярким факелом, осветившим ту область электричества, которая до него была окутана мраком. Георг Ом указал единственно правильный путь через непроходимый лес непонятных фактов. Замечательные успехи в развитии электротехники, за которыми мы с удивлением наблюдали в последние десятилетия, могли быть достигнуты только на основе открытия Ома. Лишь тот в состоянии господствовать над силами природы и управлять ими, кто сумеет разгадать законы природы, Ом вырвал у природы так долго скрываемую ею тайну и передал ее в руки современников».
В память об ученом на здании кёльнской 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».
 |
| Снимок зонда Lunar Reconnaissance Orbiter. |
 |  |
| Рисунок барельефа, изображающего Иоганна и Георга Омов | в Мюнхенском техническом университете, Campus Терезиенштрассе |
 |
| физика наглядно |
 |
| Диаграмма, помогающая запомнить закон Ома. Нужно закрыть искомую величину, и два других символа дадут формулу для её вычисления. Вместе же эти 3 величины образуют слово "URI" Помните, "URI, где у него кнопка?" (с) |
Закон Ома может не соблюдаться:
- При высоких частотах, когда скорость изменения электрического поля настолько велика, что нельзя пренебрегать инерционностью носителей заряда.
- При низких температурах для веществ, обладающих сверхпроводимостью.
- При заметном нагреве проводника проходящим током, в результате чего зависимость напряжения от тока (вольт-амперная характеристика) приобретает нелинейный характер. Классическим примером такого элемента является лампа накаливания.
- При приложении к проводнику или диэлектрику (например, воздуху или изоляционной оболочке) высокого напряжения, вследствие чего возникает пробой.
- В вакуумных и газонаполненных электронных лампах (в том числе люминесцентных).
- В гетерогенных полупроводниках и полупроводниковых приборах, имеющих p-n-переходы, например, в диодах и транзисторах.
Частные случаи Закона Ома
Закон Чубайса для участка цепи: "Закон Ома на участке вашей цепи справедлив только в случае своевременной уплаты по счетам".
Закон Ома для дома: муж применяет тока силу, жена сопротивляется, в итоге напряжение в семье растёт.
Закон Ома признан экстремистским так как в нем фигурирует сопротивление.
Комментариев нет:
Отправить комментарий