喬治·西蒙·歐姆 - 人物簡介

喬治·西蒙·歐姆 (Georg Simon Ohm，1787—1845)一個天才的研究者，父親自學(xué)了數(shù)學(xué)和物理方面的知識，并教給少年時期的歐姆，喚起了歐姆對科學(xué)的興趣。然而他的成就對我們后人的意義是非常遠大的。

歐姆是德國物理學(xué)家，提出了經(jīng)典電磁理論中著名的歐姆定律。為紀(jì)念其重要貢獻， 人們將其名字作為電阻單位。歐姆的名字也被用于其他物理及相關(guān)技術(shù)內(nèi)容中，比如“歐姆接觸”“歐姆殺菌”，“歐姆表”等。

喬治·西蒙·歐姆 - 人生經(jīng)歷

早年生活

歐姆1787年3月16日出生于德國埃爾朗根的一個鎖匠世家，父親喬安·渥夫甘·歐姆是一位鎖匠，母親瑪莉亞·伊麗莎白·貝克是埃爾朗根的裁縫師之女。雖然歐姆的父母親從未受過正規(guī)教育，但是他的父親是一位受人尊敬的人，高水平的自學(xué)程度足以讓他給孩子們出色的教育。歐姆的一些兄弟姊妹們在幼年時期死亡，只有三個孩子存活下來，這三個孩子分別是他、他后來成為著名數(shù)學(xué)家的弟弟馬丁·歐姆（MartinOhm，1792年—1872年）和他的姊姊伊麗莎白·芭芭拉。他的母親在他十歲的時候就去世了。

幼年時期的初期，格奧爾格·西蒙和馬丁高程度的數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)和哲學(xué)是受他們的父親所教。格奧爾格·西蒙在11歲至15歲時曾上埃朗根高級中學(xué)，在那里他接受到了一點點科學(xué)知識的培養(yǎng)，并且感受到學(xué)校所教授的與父親所傳授的有著非常鮮明的不同。格奧爾格·西蒙·歐姆15歲時接受了埃爾朗根大學(xué)教授卡爾·克利斯坦·凡·蘭格斯多弗（KarlChristianvonLangsdorf）的一次測試，他注意到歐姆在數(shù)學(xué)領(lǐng)域異于常人的出眾天賦，他甚至在結(jié)論上寫道，從鎖匠之家將誕生出另一對伯努利兄弟。

大學(xué)生活

1805年，16歲的歐姆進入埃爾朗根大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、物理和哲學(xué)。他并沒有把精力放在學(xué)習(xí)上，而是在跳舞、滑冰和臺球上花費了大把的時間。歐姆的父親對于歐姆如此浪費受教育的機會，而感到非常憤怒，于是把歐姆送到了瑞士。1806年9月，歐姆在GottstadtbeiNydau的一所學(xué)校取得了數(shù)學(xué)教師的職務(wù)。

教學(xué)生涯

卡爾·克利斯坦·凡·蘭格斯多弗在1809年離開埃爾朗根大學(xué)前往海德堡大學(xué)任教，歐姆提出希望跟他一起前往海德堡重新開始他的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)，但是蘭格斯多弗建議歐姆繼續(xù)自學(xué)數(shù)學(xué)，并建議他閱讀歐拉、拉普拉斯和拉克洛瓦的著作。歐姆接受了蘭格斯多弗的建議，一邊任教一邊繼續(xù)自學(xué)數(shù)學(xué)。22歲時，歐姆回到埃爾朗根，并在1811年以論文《LichtundFarben》（光線和色彩）獲得博士學(xué)位，此后在埃爾朗根做了3個學(xué)期的數(shù)學(xué)講師。此后分別于1813年在班貝格、1817年在科隆、1826年在柏林的幾家中學(xué)任教。

歐姆的主要研究興趣在于當(dāng)時仍沒有被普遍研究的電學(xué)，1833年成為紐倫堡皇家綜合技術(shù)學(xué)校的教授，1839年起擔(dān)任該校的校長，1849年起任教于慕尼黑大學(xué)，1852年成為實驗物理學(xué)教授。

逆境中的歐姆

歐姆愛好物理和數(shù)學(xué)，歐姆自幼受到父親的教導(dǎo)，在科學(xué)和技術(shù)方面得到了不少的啟迪。在大學(xué)期間，因生活困難，不得不退學(xué)去做家庭教師。但他仍然堅持學(xué)習(xí)，終于完成了學(xué)業(yè)，獲得了博士學(xué)位。他曾在幾處中學(xué)任教，并在繁重的工作之余，堅持進行科學(xué)研究。

歐姆正處在電學(xué)飛速發(fā)展的時期，新的電學(xué)成果不斷地涌現(xiàn)，其他科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)激勵著他去進一步探索一個重要的問題：使用伏打電池的電路中，電流強度可能隨電池數(shù)目的增多而增大，但是，這中間到底存在什么規(guī)律呢？他決心通過實驗尋找答案。

當(dāng)時還沒有測量電流強弱的儀器，歐姆曾設(shè)想用電流的熱效應(yīng)去測量電流的強弱，但沒有成功。

1821年施魏格爾和波根多夫發(fā)明了一種原始的電流計，這個儀器的發(fā)明使歐姆受到鼓舞。他利用業(yè)余時間，向工

人學(xué)習(xí)多種加工技能，決心制作必要的電學(xué)儀器與設(shè)備。為了準(zhǔn)確地量度電流，他巧妙地利用電流的磁效應(yīng)設(shè)計了一個電流扭秤。用一根扭絲掛一個磁針，讓通電的導(dǎo)線與這個磁針平行放置，當(dāng)導(dǎo)線中有電流通過時，磁針就偏轉(zhuǎn)一定的角度，由此可以判斷導(dǎo)線中電流的強弱了。他把自己制作的電流計連在電路中，并創(chuàng)造性地在放磁針的度盤上劃上刻度，以便記錄實驗的數(shù)據(jù)。這樣，1825年從根據(jù)實驗結(jié)果得出了一個公式，可惜是錯的，用這個公式計算的結(jié)果與歐姆本人后來的實驗也不一致。歐姆很后悔，意識到問題的嚴(yán)重性，打算收回已發(fā)出的論文，可是已經(jīng)晚了，論文已發(fā)散出去了。急于求成的輕率做法，使他吃了苦頭，科學(xué)家對他也表示反感，認(rèn)為他是假充內(nèi)行。

歐姆決心要挽回影響和損失，更重要的是還要繼續(xù)通過實驗找規(guī)律。這時歐姆多么需要人們的理解和支持��！當(dāng)時有位科學(xué)家叫波根多夫，從歐姆這位中學(xué)教師身上看到了追求真理勇于創(chuàng)新的才華，寫信鼓勵歐姆繼續(xù)干下去。并建議他在實驗中，使用更加穩(wěn)定的塞貝克溫差電池。這種電池是1821年由塞貝克發(fā)明的，它的原理是：用鋼、鉍兩種不同的導(dǎo)線連接而組成的電路中，兩個接頭的溫度不同時可以產(chǎn)生電流，溫差越大，電流越強。歐姆鼓起勇氣，用了溫差電池重新認(rèn)真地做實現(xiàn)，他把一個接頭浸入沸水中，溫度保持100℃，另一接頭埋入冰塊，溫度保持0℃，從而保證一個能供應(yīng)穩(wěn)定電壓的電源。多次實驗之后，終于在1827年提出了一個關(guān)系式：X＝a／（b+x）式中X表示電流強度，a表示電動勢（高中物理中學(xué)到），b+x表示電阻，b是電源內(nèi)部的電阻，x為外部電路的電阻。這就是歐姆定律，這在電學(xué)史上是具有里程碑意義的貢獻。

但是，科學(xué)界仍不承認(rèn)歐姆的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，許多人對他還抱有成見，甚至認(rèn)為定律太簡單，不足為信。這一切使歐姆也感到萬分痛苦和失望。

但是，真理之光終究會放射出來的。說來也湊巧，1831年有位叫波利特的科學(xué)家發(fā)表了一篇論文，得到的是與歐姆同樣的結(jié)果。這才引起科學(xué)界對歐姆的重新注意。

1841年，英國皇家學(xué)會授予他科普利金質(zhì)獎?wù)�，并且宣稱歐姆定律是“在精密實驗領(lǐng)域中最突出的發(fā)現(xiàn)”。他得到了應(yīng)有的榮譽。

1854年歐姆與世長辭。十年之后英國科學(xué)促進會為了紀(jì)念他，決定用歐姆的名字作為電阻單位的名稱。使人們每當(dāng)使用這個術(shù)語時，總會想起這位勤奮頑強、卓有才能的中學(xué)教師。

喬治·西蒙·歐姆 - 科學(xué)研究

從1820年起，他開始研究電磁學(xué)。歐姆的研究工作是在十分困難的條件下進行的。他不僅要忙于教學(xué)工作，而且圖書資料和儀器都很缺乏，他只能利用業(yè)余時間，自己動手設(shè)計和制造儀器來進行有關(guān)的實驗。1826年，歐姆發(fā)現(xiàn)了電學(xué)上的一個重要定律——歐姆定律，這是他最大的貢獻。這個定律在我們今天看來很簡單，然而它的發(fā)現(xiàn)過程卻并非如一般人想象的那么簡單。歐姆為此付出了十分艱巨的勞動。在那個年代，人們對電流強度、電壓、電阻等概念都還不大清楚，特別是電阻的概念還沒有，當(dāng)然也就根本談不上對它們進行精確測量了；況且歐姆本人在他的研究過程中，也幾乎沒有機會跟他那個時代的物理學(xué)家進行接觸，他的這一發(fā)現(xiàn)是獨立進行的。歐姆獨創(chuàng)地運用庫侖的方法制造了電流扭力秤，用來測量電流強度，引入和定義了電動勢、電流強度和電阻的精確概念。歐姆對導(dǎo)線中的電流進行了研究。他從傅立葉發(fā)現(xiàn)的熱傳導(dǎo)規(guī)律受到啟發(fā)，導(dǎo)熱桿中兩點間的熱流正比于這兩點間的溫度差。因而歐姆認(rèn)為，電流現(xiàn)象與此相似，猜想導(dǎo)線中兩點之間的電流也許正比于它們之間的某種驅(qū)動力，即現(xiàn)在所稱的電動勢。歐姆花了很大的精力在這方面進行研究。開始他用伏打電堆作電源，但是因為電流不穩(wěn)定，效果不好。后來他接受別人的建議改用溫差電池作電源，從而保證了電流的穩(wěn)定性。但是如何測量電流的大小，這在當(dāng)時還是一個沒有解決的難題。開始，歐姆利用電流的熱效應(yīng)，用熱脹冷縮的方法來測量電流，但這種方法難以得到精確的結(jié)果。后來他把奧斯特關(guān)于電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和庫侖扭秤結(jié)合起來，巧妙地設(shè)計了一個電流扭秤，用一根扭絲懸掛一磁針，讓通電導(dǎo)線和磁針都沿子午線方向平行放置；再用鉍和銅溫差電池，一端浸在沸水中，另一端浸在碎冰中，并用兩個水銀槽作電極，與銅線相連。當(dāng)導(dǎo)線中通過電流時，磁針的偏轉(zhuǎn)角與導(dǎo)線中的電流成正比。他將實驗結(jié)果于1826年發(fā)表。1827年歐姆又在《電路的數(shù)學(xué)研究》一書中，把他的實驗規(guī)律總結(jié)成如下公式：Ｓ＝γE。式中S表示電流；E表示電動力，即導(dǎo)線兩端的電勢差，γ為導(dǎo)線對電流的傳導(dǎo)率，其倒數(shù)即為電阻。

歐姆在自己的許多著作里還證明了：電阻與導(dǎo)體的長度成正比，與導(dǎo)體的橫截面積和傳導(dǎo)性成反比；在穩(wěn)定電流的情況下，電荷不僅在導(dǎo)體的表面上，而且在導(dǎo)體的整個截面上運動。

歐姆定律及其公式的發(fā)現(xiàn)，給電學(xué)的計算，帶來了很大的方便。人們?yōu)榧o(jì)念他，將電阻的單位定為歐姆，簡稱“歐”，符號為Ω。

喬治·西蒙·歐姆 - 趣聞軼事

1、靈巧的手藝是從事科學(xué)實驗之本

歐姆的家境十分困難，但從小受到良好的重陶，父親是個技術(shù)熟練的鎖匠，還愛好數(shù)學(xué)和哲學(xué)。父親對他的技術(shù)啟蒙，使歐姆養(yǎng)成了動手的好習(xí)慣，他心靈手巧，做什么都像樣。物理是一門實驗學(xué)科，如果只會動腦不會動手，那么就好像是用一條腿走路，走不快也走不遠。歐姆要不是有這一手好手藝，木工、車工、鉗工樣樣都能來一手，那么他是不可能獲得如此成就的。

在進行了電流隨電壓變化的實驗中，正是歐姆巧妙地利用電流的磁效應(yīng)，自己動手制成了電流扭秤，用它來測量電流強度，才取得了較精確的結(jié)果。

2、烏云和塵埃遮不住科學(xué)真理之光

1827年，歐姆發(fā)表《伽伐尼電路的數(shù)學(xué)論述》，從理論上論證了歐姆定律，歐姆滿以為研究成果一定會受到學(xué)術(shù)界的承認(rèn)也會請他去教課。可是他想錯了。書的出版招來不少諷刺和詆毀，大學(xué)教授們看不起他這個中學(xué)教師。德國人鮑爾攻擊他說：“以虔誠的眼光看待世界的人不要去讀這本書，因為它純?nèi)皇遣豢芍眯诺钠垓_，它的唯一目的是要褻瀆自然的尊嚴(yán)�！边@一切使歐姆十分傷心，他在給朋友的信中寫道：“伽伐尼電路的誕生已經(jīng)給我?guī)�來了巨大的痛苦，我真抱怨它生不逢時，因為深居朝廷的人學(xué)識淺薄，他們不能理解它的母親的真實感情�！�

當(dāng)然也有不少人為歐姆抱不平，發(fā)表歐姆論文的《化學(xué)和物理雜志》主編施韋格（即電流計發(fā)明者）寫信給歐姆說：“請您相信，在烏云和塵埃后面的真理之光最終會透射出來，并含笑驅(qū)散它們�！睔W姆辭去了在科隆的職務(wù)，又去當(dāng)了幾年私人教師，直到七、八年之后，隨著研究電路工作的進展，人們逐漸認(rèn)識到歐姆定律的重要性，歐姆本人的聲譽也大大提高。1841年英國皇家學(xué)會授予他科普利獎?wù)拢?842年被聘為國外會員，1845年被接納為巴伐利亞科學(xué)院院士。為紀(jì)念他，電阻的單位“歐姆”，以他的姓氏命名。

喬治·西蒙·歐姆 - 貢獻

電阻單位

簡稱“歐”，符號為Ω

Ωμ?γα（大寫Ω，小寫ω），又稱為大O，是第二十四個希臘字母，亦是最后一個希臘字母。
歐姆——以國際歐姆作為電阻單位，它以等于109CGSM電阻的歐姆作為基礎(chǔ)，用恒定電流在融冰溫度時通過質(zhì)量為14.4521克、長度為106.3厘米、橫截面恒定的水銀柱受到的電阻。

歐姆定律

歐姆第一階段的實驗是探討電流產(chǎn)生的電磁力的衰減與導(dǎo)線長度的關(guān)系，其結(jié)果于1825年5月在他的第一篇科學(xué)論文中發(fā)表。在這個實驗中，他碰到了測量電流強度的困難。在德國科學(xué)家施威格發(fā)明的檢流計啟發(fā)下，他把斯特關(guān)于電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和庫化扭秤方法巧妙地結(jié)合起來，設(shè)計了一個電流扭力秤，用它測量電流強度。歐姆從初步的實驗中發(fā)出，電流的電磁力與導(dǎo)體的長度有關(guān)。其關(guān)系式與今天的歐姆定律表示式之間看不出有什么直接聯(lián)系。歐姆在當(dāng)時也沒有把電勢差（或電動勢）、電流強度和電阻三個量聯(lián)系起來。

在歐姆之前，雖然還沒有電阻的概念，但是已經(jīng)有人對金屬的電導(dǎo)率（傳導(dǎo)率）進行研究。1825年7月，歐姆也用上述初步實驗中所用的裝置，研究了金屬的相對電導(dǎo)率。他把各種金屬制成直徑相同的導(dǎo)線進行測量，確定了金、銀、鋅、黃銅、鐵等金屬的相對電導(dǎo)率。雖然這個實驗較為粗糙，而且有不少錯誤，但歐姆想到，在整條導(dǎo)線中電流不變的事實表明電流強度可以作為電路的一個重要基本量，他決定在下一次實驗中把它當(dāng)作一個主要觀測量來研究。

在以前的實驗中，歐姆使用的電池組是伏打電堆，這種電堆的電動勢不穩(wěn)定，使他大為頭痛。后來經(jīng)人建議，改用鉍銅溫差電偶作電源，從而保證了電源電動勢的穩(wěn)定。
1826年，歐姆用上面圖中的實驗裝置導(dǎo)出了他的定律。在木質(zhì)座架上裝有電流扭力秤，DD’是扭力秤的玻璃罩，CC’是刻度盤，s是觀察用的放大鏡，m和m’為水銀杯，abb’a’為鉍框架，鉍、銅框架的一條腿相互接觸，這樣就組成了溫差電偶。Ａ、Ｂ是兩個用來產(chǎn)生溫差的錫容器。實驗時把待研究的導(dǎo)體插在m和m’兩個盛水銀的杯子中，m和m’成了溫差電池的兩個極。

歐姆準(zhǔn)備了截面相同但長度不同的導(dǎo)體，依次將各個導(dǎo)體接入電路進行實驗，觀測扭力拖拉磁針偏轉(zhuǎn)角的大小，然后改變條件反復(fù)操作，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)歸納成下關(guān)系：
x=q/(b+l)式中x表示流過導(dǎo)線的電流的大小，它與電流強度成正比，Ａ和Ｂ為電路的兩個參數(shù)，Ｌ表示實驗導(dǎo)線的長度。

1826年4月歐姆發(fā)表論文，把歐姆定律改寫為：x=ksa/ls為導(dǎo)線的橫截面積，K表示電導(dǎo)率，A為導(dǎo)線兩端的電勢差，L為導(dǎo)線的長度，X表示通過L的電流強度。如果用電阻l’=l/ks代入上式，就得到X=a/I’這就是歐姆定律的定量表達式，即電路中的電流強度和電勢差成正而與電阻成反比。為了紀(jì)念歐姆對電磁學(xué)的貢獻，物理學(xué)界將電阻的單位命名為歐姆，以符號Ω表示。１歐姆定義為電位差為１伏特時恰好通過以安培電流的電阻。

歐姆接觸

歐姆接觸是指金屬與半導(dǎo)體的接觸，而其接觸面的電阻值遠小于半導(dǎo)體本身的電阻，使得組件操作時，大部分的電壓降在于活動區(qū)(Activeregion)而不在接觸面。

欲形成好的歐姆接觸，有二個先決條件：

（1）金屬與半導(dǎo)體間有低的界面能障(BarrierHeight)

（2）半導(dǎo)體有高濃度的雜質(zhì)摻入(N≧10EXP12cm-3)

前者可使界面電流中熱激發(fā)部分增加;后者則使界面空乏區(qū)變窄，電子有更多的機會直接穿透(Tunneling)，而同使Rc阻值降低。

若半導(dǎo)體不是硅晶，而是其它能量間隙(EnergyCap)較大的半導(dǎo)體(如GaAs)，則較難形成歐姆接觸(無適當(dāng)?shù)慕饘倏捎?，必須于半導(dǎo)體表面摻雜高濃度雜質(zhì)，形成Metal-n＋-norMetal-p+-p等結(jié)構(gòu)。

歐姆殺菌

歐姆殺菌是借助通入電流使食品內(nèi)部產(chǎn)生熱量達到殺菌目的的一種殺菌方法。

原理：所用電流為50-60Hz的低頻交流電。根據(jù)Joule定律，在被加熱食品內(nèi)部的任一點，通入電流所產(chǎn)生的熱量為   Q=K（gradV.*gradVo)=K（ΔＶ）exp2

Q——某點處的單位加熱功率，(W/m2)

K——某點處的電導(dǎo)率(S/m)。

S——電導(dǎo)單位西門子，它等于電阻歐姆的倒數(shù)

gradV——為任一點處的電位梯度，V/m

影響歐姆殺菌的因素

(一)電導(dǎo)率與溫度

(二)電場強度E、頻率f

(三)流體在加熱器中所處的位置與受熱程度的關(guān)系

(四)操作因子與歐姆加熱速率的關(guān)系

歐姆殺菌工藝操作(無菌工藝)

1.裝置的預(yù)殺菌

用電導(dǎo)率與待殺菌物料相接近的一定濃度的硫酸鈉溶液的循環(huán)來實現(xiàn)。通過電流加熱使之達到一定溫度，通過壓力調(diào)節(jié)閥控制殺菌壓力，對歐姆加熱組件、保溫管和冷卻管進行殺菌。其它設(shè)備用傳統(tǒng)的蒸汽殺菌法。用電導(dǎo)率與產(chǎn)品相近的硫酸鈉的作為預(yù)殺菌溶液的目的是避免設(shè)備從預(yù)殺菌到產(chǎn)品殺菌期間電能的大幅度調(diào)整，以保持平穩(wěn)而有效地過度，且溫度波動小。

2.預(yù)殺菌液冷卻后排出，引入待殺菌物料。通過反壓閥利用無菌空氣和氣氮氣調(diào)節(jié)壓力。

3.物料加熱殺菌，再依次進入保溫管、冷卻管和貯罐，供無菌充填。

4.生產(chǎn)結(jié)束后，切斷電源，先用清水清洗，再用80℃的2%的氫氧化溶液循環(huán)清洗30min。

歐姆表

歐姆表是測量電阻的儀表，G是內(nèi)阻為Rg，滿刻度電流為Ig的電流表，R是可變電阻，也叫調(diào)零電阻；電池為一節(jié)干電池，電動勢為E，內(nèi)阻是r，紅表筆（插入“+”插孔）與電池負極相連；黑表筆（插入“-”插孔）與電池正極相連。當(dāng)被測電阻Rx。