Ом
Материал из МагВики::Справочник по автозвуку и электронике
Георг Симон Ом (16 марта 1787, Эрланген, Бавария - 6 июля 1854, Мюнхен) немецкий физик, автор одного из основных законов, определяющих электрические токи в проводниках, член Баварской АН (1845), член-корреспондент Берлинской АН, иностранный почётный член Лондонского Королевского общества (1842).
Содержание |
В доме отца
Отец Георга Симона, Иоганн Вольфганг Ом, был потомственным слесарем, много времени уделявшим вопросам самообразования. Он занимался по учебникам математики, посещал в Берлине школу технического рисования. В 1785 мастер Иоганн Ом возвратился в свой родной город Эрланген и получил разрешение на открытие собственного дела. А через год он женился на дочери эрлангенского кузнеца Марии Елизавете Беккин. Из 7 рождённых ею детей в живых осталось только трое, а сама она в 1799 умерла при родах. Иоганн Ом так и не оправился до конца жизни от потери «лучшей и нежнейшей из матерей», как он о ней говорил. Тогда его сыну Георгу было 10, Мартину - 7, а дочери Барбаре - всего 5 лет. Иоганн уделял воспитанию оставшихся на его руках детей огромное внимание. Чтобы обеспечить семью, он ежедневно с утра до вечера занимался выполнением кузнечных и слесарных заказов, а каждую свободную минуту он посвящал детям. О том бесконечно многом, чем они обязаны отцу, впоследствии говорили оба сына слесаря Иоганна, ставшие профессорами: Георг - физиком, а Мартин - математиком. Даже на памятнике Ому в Мюнхене он изображён возле отца, крупного мужчины в рабочем фартуке, который, обняв за плечи восторженно внимающего ему сына, серьёзно и нежно о чем-то рассказывает мальчику. Школа, в которой начиналось обучение сыновей кузнеца Ома, была более чем скромной, хотя обучение было платным: её 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 врождёнными талантами преподавателя, любознательностью и живостью ума. Он подготовил Георга к поступлению в городскую гимназию. 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 перевёл с латыни (а в классе он по языкам шёл первым) книгу Леонарда Эйлера «Интегральное исчисление», отец под диктовку сына не только переписал перевод, но и серьёзно изучил этот труд. Неудивительно, что у преклонявшегося перед наукой кузнеца появились знакомые (ставшие вскоре его друзьям), преподаватели университета. Они охотно занимались и с его одарёнными 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 убеждён, что оба брата из этой семьи станут не менее знамениты, чем братья Бернулли: обладая таким усердием и имея такой талант, они обогатят науку, если найдут соответствующие внимание и поддержку».
А в 1805 Георг сам стал студентом Эрлангенского университета. При той подготовке, которая у него была, учиться в университете Георгу было легко. Может быть, и по этой причине он с азартом окунулся в спорт (стал, в частности, лучшим бильярдистом и конькобежцем в университете), увлекся танцами. Отца такая перемена в сыне не могла не обеспокоить. К тому же, обеспечивать семью ему становилось всё труднее. Назревал - в первый и единственный раз в их жизни - «конфликт отцов и детей», который завершился тем, что Георг, проучившись в университете всего полтора года, покинул родительский дом, чтобы в швейцарском городке Готтштадте занять место преподавателя математики в частной школе. Так началась педагогическая деятельность Георга Ома.
Начало самостоятельной жизни
Швейцария очаровала Жорика. Её природа, её люди, в том числе его коллеги и ученики, крохотный городок, в котором самым большим зданием был старинный замок, в котором располагалась школа, наконец,уютный барчик и хорошая зарплата - всё это вызывало у него чувство восхищения, которым наполнены его письма домой. Огорчало лишь отсутствие ответных писем от отца, который был так глубоко травмирован размолвкой с сыном, что почти год не только не писал ему, но даже и отказывался читать его письма: Иоганну Ому казалось, что рухнули все надежды, которые он связывал со своим даровитым сыном. Но недаром говорят, что время - лучший целитель. Постепенно переписка восстановилась, и отец, как и прежде, старался поддерживать Георга вниманием и советами. Но тон писем Георга постепенно менялся. Однообразие жизни, отсутствие увлекательной перспективы работы и научного роста охлаждали первые юношеские восторги. Всё чаще в его письмах прорывается тоска по дому и мечта продолжить учёбу в университете. Можно лишь догадываться, к чему бы это привело впоследствии, но приезд сына священника, который одновременно был и владельцем замка и хозяином школы, вызвал большие перемены. Дело в том, что приехавший был математиком, и Георгу надлежало освободить для него преподавательское место и перебраться в Нейштадтскую школу. Оторванность от дома и от университета всё болезненнее переживалась молодым учителем математики. Но приходилось смиряться. Профессор Лангсдорф, по-прежнему принимавший в судьбе Ома большое участие, настоятельно советовал ему сосредоточить усилия на самообразовании. Георг штудировал оригинальные труды крупнейших математиков. И эти занятия оказались весьма плодотворными. Когда он в 1811 всё же вернулся в Эрланген, то уже в том же году сумел закончить университет, защитить диссертацию и получить ученую степень доктора философии. Более того, ему тут же была предложена в университете должность приват-доцента кафедры математики. Это было прекрасно, но всего через три семестра Ом вынужден был по материальным соображениям искать другое место. Игра в карты подкосила бюджет. Эти поиски были мучительными и долгое время безуспешными. Георг рассылал письма во многие научные и учебные учреждения, послал даже прошение в генерал-комиссариат Баварского королевства, но лишь в январе 1813 получил работу учителя математики и физики школы в Бамберге. Методика преподавания в этой школе (как и во многих других) была такова, что Ом счёл своим долгом направить в Генеральный комиссариат по преподаванию свои критические соображения. Итогом этого явилось то, что в 1816 школа в Бамберге была попросту закрыта, а Ома перевели в местную подготовительную школу, где и контингент учеников, и условия работы преподавателей были гораздо хуже. Но даже из этого печального опыта Ом извлёк некоторую пользу. Он написал обширную заметку о методике преподавания. Это был его первый опубликованный труд. Он вышел в 1817. Работа была встречена сдержанно, чтобы не сказать враждебно. Некоторые даже писали, что идеи Ома означают «гибель всего математического учения». Но постепенно стали появляться и сторонники. Ом старался энергично отстаивать свои идеи, посылал письма с экземплярами статьи не только в университеты и школы, но и в министерства и даже королям (Вюртенберга и Пруссии). На многие письма ему вовсе не отвечают или же приходят уклончивые или даже отрицательные ответы. Тем ярче воспринималась «нечаянная радость». Пришло приглашение занять место учителя физики и математики в иезуитской коллегии Кёльна. 37-летний Ом немедленно направился в Кёльн.
Плодотворные годы в Кёльне
Хотя Ом - уже далеко не юноша, но в его первых письмах из Кёльна домой - юношеская восторженность. Он пишет о большой коллекции физических приборов, о благожелательном отношении коллег, об удобном расписании его уроков (всю первую половину дня он свободен, да и вся педагогическая нагрузка сравнительно невелика). Можно заняться наукой, и Ом пользуется этой драгоценной возможностью. Первым делом он проводит обследование всего парка приборов. Здесь обнаруживается, что многие приборы требуют ремонта, а то и замены. Но Ом не зря был прилежным учеником своего отца, который остаётся его первым советчиком. Ом многое умеет. Не без гордости он пишет, например, отцу, что научился так шлифовать янтарь, что две отполированные пластинки даже трудно оторвать одну от другой. Тщательность работы, стремление как можно детальнее продумывать постановку экспериментов и готовить для них аппаратуру стало основой будущих успехов. Ом, который прежде уделял основное внимание математике, решительно и воодушевлённо переключился на физику. Его увлекли проблемы, связанные с протеканием электрических токов по проводникам. Этот выбор отчасти определялся тем, что этими вопросами физики тогда занимались мало, и Ом надеялся, что у него не будет конкурентов. Школьникам наших дней, изучающим закон Ома, может показаться, что это - один из простейших законов физики: сила тока в проводнике прямо пропорциональна падению напряжения в нём и обратно пропорциональна сопротивлению. Но попробуйте мысленно перенестись в двадцатые годы XIX века! Тогда электрические токи в проводниках были, правда, уже известны, уже существовали источники тока, в частности, батареи гальванических элементов, датский физик Ханс Кристиан Эрстед открыл даже, что электрический ток оказывает воздействие на стрелку компаса, но что собой представляет этот ток, как его измерять, от чего он зависит - об этом физики почти ничего не знали. Не было не только никаких измерительных приборов, но даже ещё и необходимой терминологии. Путь, по которому пошёл Ом, определялся ясным пониманием того, что первым делом нужно научиться количественно исследовать физическое явление. Для измерения тока уже раньше пытались использовать тот факт, что он вызывает нагревание проводника. Однако Георг Ом избрал для измерения тока не тепловое, а именно его магнитное действие, открытое Эрстедом. В приборе Ома ток, протекавший по проводнику, вызывал поворот магнитной стрелки, подвешенной на упругой расплющенной золотой проволочке. Экспериментатор, поворачивая микрометрический винт, к которому крепился верхний конец проволочки, добивался компенсации поворота, вызванного магнитным воздействием, и угол поворота этого винта и являлся мерилом тока. Первоначально Ом использовал гальванические источники тока, но вскоре он обнаружил, что они создают ток, быстро убывающий со временем. Это обстоятельство даже явилось причиной неточностей в первой из публикаций Ома. Он нашел выход из этого положения, перейдя к использованию открытого Томасом Иоганном Зеебеком явления - возникновения тока в цепи из двух различных проводов, если спаи между ними имеют различные температуры. Ом в качестве источника тока использовал термоэлемент из висмута и из меди, один из спаев которых находился в кипящей воде, а другой - в тающем снеге. Установка была смонтирована со всей возможной тщательностью и обеспечивала достаточную стабильность тока. Только после этого Ом устранил все первоначально имевшиеся источники неточностей и получил надёжные результаты, касающиеся влияния на ток как геометрической формы проводников (их длины и сечения), так и их химического состава. В 1826 в «Журнале физики и химии» появилась обширная статья Ома «Определение закона, по которому металлы проводят контактное электричество, вместе с наброском теории вольтаического аппарата мультипликатора Швейггера» (так Ом называл применявшийся им гальванометр), в которой излагались основные результаты его исследований.
Первые отзывы
Публикация результатов опытов Ома в первое время не вызвала почти никаких отзывов. Было, однако, одно поучительное обстоятельство. Узнав о работах Ома, сам великий Майкл Фарадей заинтересовался ими и выразил сожаление, что из-за незнания немецкого языка не может изучить их обстоятельнее. Что же касается немецких коллег Ома, то, когда, наконец, был опубликован пространный отзыв одного из них, его автор счёл, что исследования Ома «не внушают серьёзного уважения». Тем не менее, хлопоты Ома о предоставлении ему годичного освобождения от учебных занятий ради возможности посвятить себя полностью научным исследованиям были в 1826 удовлетворены (правда, с сохранением лишь половинного оклада). Георг Ом переезжает в Берлин, где живёт и работает его брат Мартин, и ровно через год выходит обширная, содержащая 245 страниц, монография «Теоретическое исследование электрических цепей». Ее автор вдохновлялся идеями теории теплопроводности французского математика и физика Ж. Б. Ж. Фурье, рассматривая электрический ток как течение некоего флюида, вызываемое перепадами «электроскопических сил», подобно тому, как поток тепла вызывается разностями температур. Ом руководствовался и аналогией между токами в проводниках и течением жидкостей по трубам. Хотя Ом и пользовался терминологией, отличающейся от современной (хотя, например, введенная им в употребление величина «сопротивление» используется и поныне), но при надлежащем «переводе» нельзя не поразиться, как далеко продвинулся Ом в понимании законов электрического тока. Он понял даже, как описывать электрические цепи, в которых и проводники, и источники тока соединяются между собой как последовательно, так и параллельно. Тем удивительнее, что современники не только не оценили должным образом его труда, но даже стали ожесточенно поносить его. Видимо, причиной этого были и господствовавшие тогда философские взгляды. Многие ученые придерживались того мнения, что истина должна постигаться умозрительным путём, что опыт не может (и даже не должен) занимать в науке лидирующего положения. Труды же Ома, по мнению его критиков - натурфилософов (в числе которых были и высокопоставленные) - пахли не «высшей гармонией», а потом. Об этом очень эмоционально писал позже русский физик А. Г. Столетов: "...физика особенно соблазняла натурфилософов. Какою благодарною темой для самых необузданных фантазий были явления электрические, с их полярною «любовью и ненавистью», с их таинственным отношением к процессам животного организма! Красивые и туманные дедукции стояли на первом плане: кропотливый труд экспериментатора, точный анализ математика были не в чести; они казались лишними и вредными при изучении природы...». Противники Ома не только отрицали его заслуги, но и активно мешали ему работать. Все хлопоты о месте, где можно было бы работать, оставались тщетными. Даже выступать в печати со своими доводами Ому было не просто.
Признание
«Нет пророка в своём отечестве!» Ом в полной мере испытал это. Понимая важность полученных им научных результатов, он тщетно хлопотал о предоставлении ему той должности, которой он по праву заслуживал. Хотя срок его командировки в Берлин истекал, он считал невозможным оставить этот научный центр. В конце концов, ему предложили работу в Военной школе Берлина, но почти с символической нагрузкой - 3 часа в неделю (и с соответствующей оплатой). Ом, которого поддерживал брат, принял и такое предложение. Он продолжал упорно работать. В 1829 в «Журнале физики и химии» вышла ещё одна его работа. В ней фактически закладывались принципиальные основы работы электроизмерительных приборов. В частности, был предложен используемый и сегодня эталон электрического сопротивления. Ом публикует труд под названием «Попытка создания приближенной теории униполярной проводимости» (1830). Эта работа вызвала интерес. О ней с похвалой отозвался сам Майкл Фарадей. Несмотря на это, пора должной оценки заслуг Ома ещё только приближалась. На родине они всё ещё не находили признания. Ом решился на крайнюю меру: он написал прошение королю Баварии о предоставлении работы, но и это не возымело желаемого действия. Только в 1833, через 6 лет после выхода основного труда Ома, ему предложили место профессора физики во вновь организованной политехнической школе Нюрнберга. Ом немедленно перебрался в Нюрнберг. Вскоре его назначили инспектором по методике преподавания и поручили заведование кафедрой математики. В 1839 к этому добавились и обязанности ректора школы. Тогда же наметился и его переход на новую научную тематику: Ома привлекла акустика. В 1843 он показал, что простейшее слуховое ощущение вызывается гармоническими колебаниями, на которое ухо разлагает сложные звуки (акустический закон Ома). Наметилось и международное признание. В 1841 работы Ома были переведены на английский язык, в 1847 - на итальянский, в 1860 - на французский. (Хотя перевода трудов Ома на русский язык не было, но именно работавшие в России Э. Х. Ленц и Б. С. Якоби первыми привлекли внимание широкой научной общественности к трудам Ома). В 1842 произошло событие, которое явилось первым важным знаком признания научных заслуг Георга Ома: он явился вторым немецким учёным, которого Лондонское Королевское общество наградило золотой медалью и избрало своим членом. В Америке раньше других оценил важность работ Ома Дж. Генри. В Италии первым пропагандистом этих работ был Карло Маттеуччи (1811-68). Наконец, через 20 лет ожидания, Георг Ом получил признание и на родине. В 1845 его избрали в Баварскую АН, а через четыре года пригласили в Мюнхен на должность экстраординарного профессора. Тогда же по королевскому указу он назначается хранителем государственного собрания физико-математических приборов и референтом по телеграфному ведомству при физико-техническом отделе Министерства государственной торговли. Одновременно он продолжает читать лекции по физике и по математике. Шестидесятилетний профессор не только справляется с этими многочисленными обязанностями, но и продолжает научные исследования и занимается конструированием и изготовлением демонстрационных приборов. Много внимания уделяет методике преподавания. В последние годы жизни начал работать над учебником физики, но успел закончить лишь первый том «Вклад в молекулярную физику». Ом не создал семьи. Вся его жизнь была отдана науке. В 1852 исполнилось давнишнее желание Ома - он получил должность ординарного профессора. Но здоровье его уже пошатнулось. В 1854 он перенес серьёзный сердечный приступ. 28 июня 1854 король Максимилиан издал указ об освобождении его от обязательного чтения лекций. Но до конца жизни Георга Ома оставалось всего 12 дней. 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».
В честь Ома в 1881 была названа единица электрического сопротивления.
