Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты » История открытия закона Ома
Количество просмотров: 12328
Комментарии к статье: 8


История открытия закона Ома


В начале XIX века значительное число физиков увлеклись выяснением качественных и количественных закономерностей явлений электромагнетизма. Что же касается первопричины всех этих явлений, самого электрического тока, то здесь продолжали царить весьма туманные представления, лишенные каких бы то ни было опытных обоснований.

Первым физиком, попытавшимся выяснить основные внутренние закономерности прохождения постоянного электрического тока через проводники, был скромный школьный учитель в г. Кельне Георг Симон Ом (1789—1854), удостоенный лишь в возрасте 62 лет, т. е. за два года до своей смерти, звания ординарного профессора.

Георг Симон Ом (1787—1854)

Георг Симон Ом (1789—1854)

Георг Симон Ом родился в Эрлангене в 1789 году в семье слесаря, у которого было очень необычное для сресаря хобби: он сам хорошо знал и любил математику и сумел научить математике своих детей. Всю свою жизнь Георг Симон Ом он был «всего лишь» учителем математики, но его открытия в области физики были настолько важны, что он вошел в историю естественных наук.

После посещения гимназии Георг Симон Ом сначала изучал математику, физику и философию в Эрлангене, а у своего отца научился металлообработке. В течение следующих нескольких десятилетий он зарабатывал на жизнь учителем математики и физики в Швейцарии, Бамберге и Кельне. Помимо преподавательской деятельности, Ом проводил интенсивные исследования и эксперименты в области физики.

С 1817 г. по 1825 г. Ом работает старшим преподавателем математики и физики в реальной гимназии Кельна-на-Рейне, где в 1820 г. почти одновременно с А. М. Ампером начинает заниматься исследованием гальванических цепей. К 1825 г. все основные экспериментальные работы оказались законченными, и автор для завершения и подготовки к публикации обобщающей рукописи переезжает из провинции в Берлин.

Несмотря на успешные исследования, вначале он не получил большого признания как ученый. Закон Ома, сформулированный им в 1826 году и с помощью которого он вошел в историю как физик, в то время в значительной степени игнорировался. 

Прежде всего Ом задался целью определить количественную связь между электровозбуждающей силой, интенсивностью гальванического тока и сопротивлением проводника. Его первые опыты, опубликованные в 1826 г, затруднялись непостоянством применявшихся в то время гальванических элементов.

По совету Поггендорфа, Ом пользовался в дальнейшем батареей термоэлементов. Установка его состояла из двух оловянных сосудов, в одном из которых находилась кипящая вода, в другом снег или лед.

Термоэлектрическая батарея представляла собой висмутовый стержень, к которому были привинчены болтами пластинки из меди. Места контактов располагались в оловянных полых цилиндрах, опущенных в сосуды. Свободные концы медных пластин были погружены в чашечки с ртутью, к которым были подведены соответствующие проводники. В цепь включались проволочные образцы из различных металлов.

Схема оборудования, использовавшегося Георгом Симоном Омом при проведении своих опытов

Схема оборудования, использовавшегося Георгом Симоном Омом при проведении своих опытов (из книги "Georg Simon Ohm and the First Comprehensive Theory of Electrical Conductivity in Metals")

Сила тока измерялась посредством крутильного аппарата, изготовленного по чертежам самого Ома. На тонкой сплющенной металлической проволоке длиной около 12 см была подвешена магнитная стрелка, которая располагалась параллельно магнитному меридиану. Стрелка находилась вблизи исследуемого проводника. Когда через проводник шел ток, стрелка отклонялась и могла быть возвращена в нулевое положение.

Стрелка находилась вблизи исследуемого проводника. Когда через проводник шел ток, стрелка отклонялась и могла быть возвращена в нулевое положение посредством поворота головки подвеса, снабженной делениями. Относительные значения силы тока определялись по углам поворота.

Ранее английский химик Гемфри Дэви (1778—1829) ввел понятие проводимости проводников, которая прямо пропорциональна сечению проводника и обратно пропорциональна его длине. Он построил ряд металлов в порядке уменьшения проводимости: серебро, медь, свинец, золото, цинк, олово, платина, палладий, железо.

Ом пошел дальше и ввел понятие удельной электропроводности (по современной терминологии), т. е. электропроводности цилиндрического проводника единичной длины и единичной площади сечения.

Варьируя длину, диаметр и материал образцов, Ом пришел к выводу, что его результаты удовлетворяют уравнению

X = а/(b + х),

где X — интенсивность магнитного воздействия проводника длиной х, а и b — константы, зависящие от электровозбуждающей силы батареи и сопротивления прочих частей цепи. В результате кропотливых измерений Ом установил закон, носящий его имя.

Основным законом для электрической цепи является закон, сформулированный немецким физиком Георгом Омом в 1826 г. Закон Ома: I (в амперах) = U (в вольтах)/R ( в омах), т. е. ток через сопротивление прямо пропорционален напряжению на сопротивлении и обратно пропорционален сопротивлению. Это соотношение можно также записать так - напряжение (U) равно произведению тока (I) в амперах и сопротивления (R) в омах.  

Коэффициент пропорциональности в этой формуле, конечно, не случайно равен единице. Ом, ампер и вольт выбраны нарочно такими, как они есть, чтобы обратить этот коэффициент в единицу.

Открытый им закон без сомнения явился в электродинамике центральным и послужил основой для создания других.

Первая формулировка закона Ома, сделанная его собственным почерком в записной книжке

Первая формулировка закона Ома, сделанная его собственным почерком в записной книжке (Архив Немецкого музея, Мюнхен, Германия).

Подробнее про закон Ома и его значение смотрите здесь: Закон Ома в популярном изложении

После того, как Георг Симон Ом совершил свое открытие, он не остановился на формальной стороне открытого, им закона. Уже в 1827 г. он опубликовал книгу под заглавием «Гальваническая цепь, обработанная математически», в которой попытался вывести этот закон из теоретических соображений.

Сколь значительный объем работ проделал и к каким выводам пришел Ом, достоверно неизвестно. В предисловии к названной книге он прямо пишет о стесненных материальных условиях и значительных трудностях, связанных с возможностью ознакомления с новой литературой. Поэтому автор указывает, что публикуется только та часть, которая может встретиться с меньшей конкуренцией.

В этой работе Ом исходит из аналогии между распространением «электричества» и «теплоты». Он сопоставляет, открытый им закон для электрического тока с законом для теплового потока, сформулированным Фурье, и подтверждает правильность своего исходного предположения. При этом он впервые вводит (по аналогии с падением температур) «падение электрических напряжений».

Для измерения этого «падения» Ом присоединяет сначала один, затем второй концы проводника с током к «подвижному телу, именуемому «электроскопом» и обладающему неизменными электрическими свойствами, и измеряет силу, с которой подвижная часть электроскопа притягивается или отталкивается от данного конца проводника. Ом назвал эту силу «электроскопической силой». Таким образом, «падение напряжения» измерялось как разность электроскопических сил.

Из аналогии математических выражений для электрического и теплового токов в проводниках «можно,— по мнению Ома,— с полным правом заключить о внутренней связи между этими обоими явлениями природы. И это сходство все возрастает по мере того, как мы его прослеживаем».

Титульные страницы оригинальной книги Ома

Титульные страницы оригинальной книги Ома (на немецком языке) и соответствующие переводы на французский и английский языки

После выхода в свет упомянутой ранее книги Ом до 1830 г. продолжал экспериментировать с электрическими цепями. Позднее занимался вопросами оптики и акустики.

Георг Симон Ом скончался 7 июля 1854 года в возрасте 65 лет от инсульта на мосту через Изар в Мюнхене. Он нашел свое последнее пристанище на старом южном кладбище Мюнхена.

Спустя десятилетия после его смерти в 1881 году «ом» был введен в международном масштабе на 1 Международном конгрессе электриков как единица электрического сопротивления и остается таковой по сей день. 

Надгробная плита Георга Симона Ома

Надгробная плита Георга Симона Ома

В 1843 году Ч. Уитстон применил закон Ома для устройства своего измерительного «мостика» (смотрите - применение моста Уитстона). А законы распределения токов в разветвленных цепях были выведены Г. Кирхгофом лишь в 1845 г.

Разнообразие обнаруженных электрических явлений заставляло физиков задуматься над вопросом, тождественны ли виды электричества, получаемые различными путями, между собой. В изучении этого вопроса принимали участие многие физики во Франции и в Англии. Наиболее основательную попытку критической проверки результатов других авторов и окончательного выяснения вопроса предпринял в 1831 году английский физик Майкл Фарадей (1791—1867).

«Ход исследований по электричеству... привел меня к такому моменту,— писал Фарадей,— когда для продолжения моих исследований стало существенно, чтобы не оставалось никаких сомнений относительно того, тождественны или различны отдельные виды электричества, возбуждаемые различными способами... В целях сравнения различные проявления электричества можно разбить на два рода, а именно: на явления, связанные с электричеством напряжения, и на явления, присущие электричеству в движении».

Сопоставив на опыте тепловое, магнитное, химическое, физическое действия и искры от «вольтова электричества», «обыкновенного электричества» (т. е. получаемого посредством электростатической машины), «магнитоэлектричества» (т. е. получаемого при помощи электромагнитной индукции), «термоэлектричества» и «животного электричества» (т. е. получаемого от электрического ската), Фарадей пришел к общему выводу: «Все виды электричества идентичны по своей природе».

Но сама природа электрического тока оставалась все же для него невыясненной, и Фарадей высказывался по этому вопросу крайне осторожно: «Под током я подразумеваю нечто движущееся поступательно — все равно, что при этом находится в движении: электрическая жидкость или две жидкости, движущиеся в противоположных направлениях, или просто колебания, или, выражаясь более обще, движущиеся в известном направлении силы».

В 1831 году Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, что стало следующим важнешим шагом после открытия закона Ома для развития электротехники. 

Использованы материалы книги Я. Г. Дорфмана "Всемирная история физики"

Смотроите также: Магнетизм - от Фалеса до Максвелла

Андрей Повный

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика 

О сайте Электрик Инфо и авторах статей



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Про закон Ома в популярном изложении
  • Магнетизм - от Фалеса до Максвелла
  • Основные понятия электротехники, термины и определения
  • История одного парадокса электротехники
  • Тепловое действие тока, плотность тока и их влияние на нагрев проводников
  • Куда течет электричество
  • «Всё течёт», или Закон Ома для любознательных
  • Применение электростатической индукции в технике
  • Как обнаружить короткозамкнутые витки
  • Основы электротехники (Касаткин А.С.)
  • Категория: Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты

    Андрей Повный – все статьи

      Комментарии:

    #1 написал: Сергей Сергеевич |

    Закон, который сегодня преподают в начальных школах, выглядит тривиально, и, вероятно, поэтому немецкие ученые долгое время не воспринимали его всерьез. Только когда Ома был награжден Лондонским королевским обществом в 1841 году, он был признан в Германии. На самом деле, в 1827 году научная работа Ома определенно не была тривиальной, и Ом работал над эмпирическими доказательствами закона в течение нескольких лет. Оборудование для экспериментального вывода законов, которое сегодня есть в каждом физическом кабинете, в то время не существовало: измерительные приборы были недостаточно чувствительными, а самой большой проблемой Ома был источник напряжения, который должен быть постоянным. Однако существовавшие тогда источники гальванического тока с двумя электродами в токопроводящем растворе страдали рядом недостатков. Когда по цепи начал протекать ток, на поверхности электродов стали выделяться пузырьки непроводящего газа, которые увеличивали внутреннее сопротивление источника и тем самым снижали напряжение. Ом в конце концов решил эту проблему, с которой приходится сталкиваться каждой батарее, разработав относительно сложный источник теплового напряжения без электролита.

      Комментарии:

    #2 написал: Максим |

    Основной закон электротехники гласит, что напряжение на полюсах идеального резистора пропорционально току резистора.

      Комментарии:

    #3 написал: Даниил |

    Найти зависимость сопротивления от тока в простой цепи с металлическими проводниками в то время было непросто. В качестве источников напряжения были элементы Вольта, напряжение увеличивалось за счет последовательного соединения большего количества, что, однако, также приводило к изменению величины внутреннего сопротивления цепи. Не было также и достаточно чувствительного амперметра. Ом отлично справился с поиском обеих закономерностей в простой электрической цепи. Ключевой эксперимент, из которого вышла известная сегодня закономерность, проводился с аппаратом так, чтобы нулевое положение магнита было параллельно латунной проволоке, длина которой по окружности могла варьироваться от 5 см до 325 см. Он знал результаты опытов Эрстеда по действию тока на магнит, знал также аппарат Кулона. Проходящий ток создавал магнитную силу, которая отклоняла магнит против силы скручивания струны. Угол отклонения магнита был зависимой переменной во время измерения. Формулируя зависимость между напряжением и током, он впервые пришел к неверным выводам. По рекомендации Иоганна Христиана Поггендорфа он использовал в качестве источника напряжения термопару, основанную на эффекте Зеебека. Он состоял из медного и висмутового проводника, одно соединение которого было погружено в смесь льда и воды, а другое — в кипящую воду. Падение температуры примерно на 100°С обеспечивало достаточно постоянное электродвижущее напряжение. Он постепенно вставлял в цепь провода из разных металлов, разной длины и сечения, а магнитное действие протекающего тока измерял по величине угла поворота подвешенного магнита. Закон Ома был долгое время считался одним из самых спорных законов. Еще в 1876 г., после фундаментальных открытий Джеймса Максвелла и спустя много времени после смерти Ома, в Англии была сформирована научная комиссия для проверки правильности формулировки Ома. После нескольких заседаний она подтвердила, что закон Ома действует. Георг Симон Ом получил высшую награду только через тридцать лет после своей смерти. На Международном конгрессе физиков в 1881 году в Париже было решено, что единица электрического сопротивления будет называться ом.

      Комментарии:

    #4 написал: Ирина |

    Закон Ома — очень простой и полезный инструмент для анализа электрических цепей. Он очень часто используется при изучении электричества и электроники.

      Комментарии:

    #5 написал: Эпенди |

    Автор пишет: «Основным законом для электрической цепи является закон, сформулированный немецким физиком Георгом Омом в 1826 г. Закон Ома: I (в амперах) = U (в вольтах)/R ( в омах), т. е. ток через сопротивление прямо пропорционален напряжению на сопротивлении и обратно пропорционален сопротивлению. Это соотношение можно также записать так - напряжение (U) равно произведению тока (I) в амперах и сопротивления (R) в омах.»

    – это ложно утверждение.

    В то время не было «амперов, вольтов и омов». Ом оперировал понятием «количество» электричества, и его формулировка было примерно следующей:

    «Количество электричества, доходящее до конца цепи, равно количеству электричества, поступающему в цепь, умноженном на коэффициент электро-проводимости нагрузки (испытуемой проволоки).»   

    См., например: Ильясов Ф. Н. Закон Ома в первоначальной редакции. М.: ИЦ Орион. 2021, www. iliassov.su/2020/Ohm-law/1.html

     

      Комментарии:

    #6 написал: артем |

    Могу сказать только одно: очень интересно

      Комментарии:

    #7 написал: Алина |

    Мне задали вопрос "Какое значение имеет закон Ома для современной электротехники и для понимания электрических явлений в целом?" Как можно на него ответить?

      Комментарии:

    #8 написал: Андрей Повный |

    Максим,
    Закон Ома является одним из основных законов электротехники и используется при расчете электрических цепей и компонентов. Важно отметить, что этот закон справедлив только для идеальных резисторов, то есть тех, у которых сопротивление постоянно и не зависит от температуры, напряжения или тока, протекающего через него. Также следует учитывать, что в реальных схемах и цепях могут присутствовать другие элементы, которые могут влиять на напряжение и ток в цепи, такие как емкости, индуктивности, источники тока и напряжения и т.д. Поэтому для точного расчета таких цепей необходимо учитывать все факторы, влияющие на их работу.
    Эпенди,
    Спасибо за информацию. Действительно, Георг Ом формулировал свой закон в терминах количества электричества и коэффициента электропроводности проводника, а не в терминах амперов, вольтов и омов. Это было связано с тем, что в то время единицы измерения электрических величин не были еще установлены.

    Тем не менее, понятия ампер, вольт и ом были введены позже, и закон Ома был переформулирован в соответствии с этими единицами измерения. Современная формулировка закона Ома в терминах амперов, вольтов и омов, которую я упоминал ранее, является стандартной и широко используется в современной электротехнике и электронике.

     

    Однако, это не делает авторское утверждение в статье совсем ложным, поскольку оно отражает современную формулировку закона Ома, которая является стандартной в настоящее время. Но, безусловно, важно знать исторический контекст формулировки закона Ома и понимать, что в исходной формулировке он оперировал понятиями, отличными от современных.

    Цитата: Алина
    Мне задали вопрос "Какое значение имеет закон Ома для современной электротехники и для понимания электрических явлений в целом?" Как можно на него ответить?

    Закон Ома имеет огромное значение для современной электротехники и электроники, а также для понимания электрических явлений в целом. Он является одним из основополагающих законов электротехники и описывает связь между напряжением, током и сопротивлением в электрической цепи. С помощью закона Ома можно рассчитать ток, протекающий через электрическую цепь при заданном напряжении и сопротивлении, или же определить напряжение на элементе цепи при известном токе и сопротивлении. Это позволяет проектировать и анализировать электрические цепи, определять параметры и характеристики электронных компонентов, и решать многие практические задачи, связанные с электрической энергией. Закон Ома также позволяет понимать физические принципы, лежащие в основе электрических явлений. Например, он объясняет, почему электрический ток протекает через проводник, как изменяется ток при изменении напряжения или сопротивления, и как влияет температура на проводимость материалов. Более того, закон Ома является частным случаем более общего закона Джоуля-Ленца, который описывает расход энергии в электрической цепи и находит применение во многих областях, включая электронику, электроэнергетику, и т.д. Таким образом, закон Ома является одним из фундаментальных законов физики и имеет широкое применение в современной технике.

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.