Автор основного закона электрической цепи

Каждый школьник хорошо знает фундаментальный закон электрической цепи, открытый выдающимся немецким учёным Георгом Омом. Простое на первый взгляд соотношение между электрическим током, напряжением и сопротивлением, установленное Омом, потребовало от него не только глубоких знаний, но и огромного многолетнего труда, удивительной настойчивости в достижении цели.

          Георг Симон Ом (Georg Simon Ohm) родился 16 марта 1787 года в Эрлангене (Королевство Бавария). Его работы относятся к электричеству акустике, оптике. В 1826г. Он экспериментально открыл основной закон электрической цепи (закон Ома), в 1827г. вывел его теоретически для участка цепи и полной цепи. Ввёл понятие электродвижущей силы, падения напряжения, проводимости. Высказал мысль о сложном составе звука.

        Отец Георга, 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.

         Мать Георга умерла при родах, когда ему исполнилось десять лет (из семи рожденных ею детей в живых осталось только трое, Георг был старшим).

       Похоронив жену, отец Ома всё свободное время посвятил воспитанию детей. Роль отца в воспитании и образовании детей была огромной, и, пожалуй, всем тем, чего добились его сыновья в жизни, они обязаны отцу. Это признавал впоследствии и Георг, будущий профессор физики, и Мартин, ещё раньше ставший профессором математики.

                Гимназия Эрлангена, куда поступил Ом, курировалась университетом, занятия в ней вели четыре профессора, рекомендованные администрацией университета.

         Но отца будущего учёного ни в коем случае не устраивал тот объём знаний и их уровень, которыми обладали выпускники гимназии. Он решил обратиться за помощью к преподавателям Эрлангенского университета.

Сохранилось любопытное свидетельство профессора математики Эрлангенского университета К. Лангсдорфа, экзаменовавшего в июне 1804 г. пятнадцатилетнего Георга: «В течение пятичасовой беседы я проверил его знания по всем разделам элементарной математики, арифметики, геометрии, тригонометрии, статики и механики, а также выяснил его знания в области высшей геометрии и математического анализа. На все мои вопросы я получил быстрые и точные ответы. Почти убеждён, что оба брата из этой семьи станут не менее знаменитыми, чем братья Бернулли; обладая таким усердием и имея такой талант, они обогатят науку, если найдут соответствующее внимание и поддержку». Отзыв известного профессора означал зачисление Георга Ома в Эрлангенский университет.

         По окончании гимназии, в 1806 г. Ом начал изучать математические науки в эрлангенском университете. При той подготовке, которая у него была, учиться в университете Георгу Ому было легко. Может быть, и по этой причине он с азартом окунулся в спорт: он был лучшим бильярдистом среди студенческой молодежи университета; среди конькобежцев ему не было равных; на студенческих вечеринках никто не мог соревноваться с лихим танцором, каким был Ом. Отца такая перемена в сыне не могла не обеспокоить. К тому же, обеспечивать семью 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 полтора года, покинул родительский дом, чтобы в швейцарском городке Готтштадте занять место преподавателя математики в частной школе. Так началась педагогическая деятельность Георга Ома.

    В 1809 г. Ом покинул Швейцарию и, поселившись в Нейенбурге, всецело посвятил себя изучению математики. В 1811 г. он вернулся в Эрланген, 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. Это было прекрасно, но всего через три семестра Георг Ом вынужден был по материальным соображениям искать другое место. 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 г. 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 г. 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 извлек некоторую пользу. Он написал обширную заметку о методике преподавания (1817). Это был его первый опубликованный труд. 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 отвечали или же присылали уклончивые или даже отрицательные ответы. Приглашение занять место учителя физики и математики в иезуитской коллегии пришло из Кёльна. 37-летний Ом немедленно направился в Кёльн. Здесь, в Кёльне, Георг Ом проработал девять лет и «превратился» из математика в физика. Наличие свободного времени способствовало формированию Ома как физика-исследователя.

        Во время пребывания в Кёльне Ом опубликовал свои знаменитые работы по теории гальванической цепи. 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 г. удовлетворены (правда, с сохранением лишь половинного оклада).

           Георг Ом переезжает в Берлин, где живет и работает его брат Мартин, и ровно через год выходит обширная, содержащая 245 страниц, монография «Теоретическое исследование электрических цепей».

      «Нет пророка в своем отечестве!» Георг 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 г. 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.

        В 1828 г. по личному указанию министра образования Ом был уволен с работы в школе за публикацию в газетах своих открытий в области физики. Высокопоставленный чиновник придерживался убеждения, что внесение математики в классическую физику недопустимая ересь. Всем инспекторам он приказал бдительно следить за чистотой натурфилософии и считать в ней главным именно умозрительный подход к явлениям природы.

        В течение 6 лет, несмотря на весьма стеснённые обстоятельства, Ом посвящает себя исключительно научным работам и лишь в 1833 г. принимает предложение занять должность профессора физики в политехнической школе в Нюрнберге. В дальнейшем он возглавил кафедру математики и получил место ректора школы. В это время научные приоритеты Георга начинают меняться – его стала интересовать акустика.

В своих исследованиях Ом вдохновлялся работой Ж. Б. Фурье "Аналитическая теория тепла" (1822 г.) - одной из самых значительных научных работ всех времён. Ему пришла мысль, что механизм "теплового потока", о котором говорит Фурье, можно уподобить электрическому току в проводнике. И подобно тому, как в теории Фурье тепловой поток между двумя точками объясняется разностью температур, точно так же Ом объясняет разницей "электроскопических сил" в двух точках проводника возникновение электрического тока между ними. Придерживаясь этой аналогии, Ом начал свои экспериментальные исследования с определения относительных величин проводимости различных проводников. Применив метод, который теперь стал классическим, он подключил последовательно между двумя точками цепи тонкие проводники из различных материалов одинакового диаметра и изменял их длину так, чтобы получалась определённая величина тока. Химический источник тока являлся причиной больших погрешностей, поэтому в дальнейшем Ом заменил его термопарой медь - висмут.

            В 1827 г. Ом опубликовал в Берлине свою главную работу "Гальваническая цепь, разработанная математически". Здесь он вводит понятия электродвижущей силы, электропроводности и силы тока. Теоретические исследования Ома также остались незамеченными и были встречены даже враждебно.

           Открытие Ома, давшее впервые возможность количественно рассмотреть явления электрического тока, имело и имеет огромное значение для науки; все теоретические (Гельмгольц) и опытные (Бетц, Кольрауш, комиссия британской ассоциации) проверки показали полную его точность; закон Ома есть истинный закон природы.

              Закон Ома долгое время не находил себе применения, хотя установленные в нем количественные соотношения между параметрами электрической цепи открыли широкие возможности в изучении электричества. К результатам работ немецкого ученого относились благосклонно местные физики, но ни в одной другой стране они не были известны. В октябре 1831 года профессор прикладной физики Парижской школы искусств и ремесел Клод Серве Пулье сообщил Французской академии, что нашел количественное соотношение между током, электродвижущей силой и сопротивлением, не упоминая имени Ома. Но затем он был вынужден признать, что читал сочинение немецкого физика о гальванической цепи и согласен с тем, что этот закон первым сформулировал Георг Симон Ом. Эта скандальная история способствовала тому, что о работах Ома узнали и другие французские, а затем английские физики. Значение закона Ома стало несомненным только после того, как выдающиеся русские учёные Эмилий Христианович Ленц и Борис Семенович Якоби, немецкие ученые Карл Фридрих Гаусс, Густав Роберт Кирхгоф и некоторые другие положили этот закон в основу своих исследований.

      30 ноября 1841 г. Лондонское королевское общество наградило Ома медалью Копли.

        В 1843 году Ом установил, что простейшие слуховые ощущения вызываются лишь гармоническими колебаниями. Ухо разлагает сложные звуки на синусоидальные составляющие, которые воспринимаются как основной тон и обертоны. В этом заключается акустический закон Ома. И этот закон не был принят современниками Ома.

Через восемь лет после смерти Ома Гельмгольц доказал справедливость этого закона, а затем разработал резонансную теорию слуха.

        Наконец, через 20 лет ожидания, Георг Ом получил признание и на родине. В 1845 г. 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.

     Среди его учеников имеются учёные, получившие широкое признание: математик П.Г.Л. Дирихле, астроном и математик Е. Гейс и др. Многие из воспитанников Ома пошли по стопам своего учителя, посвятив себя педагогической деятельности.

        Самые теплые отношения сохранялись у него с братом. Мартин оставался всю жизнь для него первым советчиком в личных делах и первым научным критиком его исследований. До самой смерти Георг Ом помогал отцу, помня нужду, в которой тот жил, и постоянно высказывал ему благодарность за черты характера, которые тот воспитал в нём. Собственной семьи Ом так и не создал: он не мог делить своих привязанностей и полностью посвятил всю свою жизнь науке.

         В 1852 г. он получил должность ординарного профессора. В 1853 году он одним из первых награждается только что учреждённым орденом Максимилиана «За выдающиеся достижения в области науки». Но признание пришло слишком поздно. Силы уже были на исходе. Вся жизнь была отдана науке и утверждению сделанных им открытий, здоровье его уже пошатнулось. В 1854 он перенёс серьёзный сердечный приступ. 28 июня 1854 г. король Максимилиан издал указ об освобождении его от обязательного чтения лекций. Но до конца жизни Георга Ома оставалось всего 12 дней.

          Георг Ом скончался 6 июля 1854 года в половине одиннадцатого утра. Он был похоронен на старом южном кладбище города Мюнхена.

          В 1881 г. на международном конгрессе электриков в Париже решено было назвать его именем теперь общепринятую единицу электрического сопротивления («один Ом»). Это было сделано по предложению русского учёного А.Г. Столетова.

       А в 1892 г. в Мюнхене Ому воздвигли памятник.

       На здании кельнской 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".

        Одному из кратеров на обратной стороне Луны присвоено имя Ома, наряду с именами таких великих физиков, как Планк, Лоренц, Ландау, Курчатов.

Рассказывают, что ...

• Наряду с электрическим сопротивлением существует понятие электрической проводимости. Вначале её называли "обратным омом" и обозначали "мо", но в 1936 г. на Международной электротехнической комиссии её предложили называть сименсом (официально название было утверждено лишь в 1971 г.) в честь известного немецкого изобретателя и промышленника Сименса. Сименс во многом был противоположностью нерешительному Ому.

        Эрнст Вернер Сименс родился 16 декабря 1816 г. в городе Ленте близ Ганновера в семье бедного многодетного крестьянина. Получив домашнее образование, он в 16 лет отправился в Берлин и поступил вольноопределяющимся в артиллерию. Через три года он, самостоятельно подготовившись, сумел поступить в Берлинскую инженерную артиллерийскую академию, которую закончил в 1838 г. Через год у него умерли родители, и Эрнсту пришлось взять на себя заботу о содержании семи братьев и двух сестёр.

         За участие в качестве секунданта в дуэли Сименс на шесть месяцев был посажен в тюрьму, где сумел устроить лабораторию и начал проводить опыты по покрытию металлов золотом и серебром. Работа продвигалась успешно, но кончился срок заключения. Узник попросил дать ему возможность завершить опыты в тюрьме, но был изгнан и завершил работы дома. В 1841 г. он запатентовал свои работы и успешно продал патент в Германии и в Англии.

В 1847 г. Сименс и механик Иоганн Георг Гальске на занятые деньги основали ставшую потом знаменитой фирму "Сименс и Гальске" с целью массового производства контрольно - измерительной аппаратуры (в 1849 г. Сименс предложил современный вид фарфорового изолятора).

Умер Э.В. Сименс 6 декабря 1892 г. в Берлине от воспаления лёгких.

• В 1831 году профессор прикладной физики Парижской школы искусств и ремёсел К.Пулье сообщил Французской академии, что нашёл зависимость между током, электродвижущей силой и сопротивлением. При этом имя Ома даже не упоминалось. Потом он вынужден был признаться, что читал сочинения Ома и что этот закон первым сформулировал Ом. Этот скандал способствовал тому, что о работах Ома узнали во Франции и в Англии.

• Когда Г.С. Ом положил на стол ректора Берлинского университета свою диссертацию, где впервые сформулировал закон, без которого не возможен ни один электротехнический расчёт, он получил резкую критику. Было сказано, что электричество не поддаётся никакому математическому описанию, так как «... электричество - это собственный гнев, собственное бушевание тела, его гневное я, которое проявляется в каждом теле, когда его раздражают ...». Остаётся добавить, что ректором университета был в те годы Георг Фридрих Вильгельм Гегель.
  

• О значении исследований Ома хорошо сказал профессор физики Мюнхенского университета Е. Ломмель при открытии памятника учёному: «Открытие Ома было ярким факелом, осветившим ту область электричества, которая до него была окутана мраком.

       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 её в руки современников».