喬治·西蒙·歐姆

喬治·西蒙·歐姆生於德國埃爾朗根城，父親自學了數學和物理方面的知識，並教給少年時期的歐姆，喚起了歐姆對科學的興趣。然而他的成就對我們後人的意義是非常遠大的。

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教育，但是他的父親是一位受人尊敬的人，高水平的自學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、後來成為著名數學家的弟弟馬丁·歐姆（Martin Ohm，1792年—1872年，“黃金分割”的提出者之一 ^[10]  ）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學、物理、化學和哲學是受他們的父親所教。格奧爾格·西蒙在11歲至15歲時曾上埃爾朗根高級中學，在那裏他接受到了一點點科學知識的培養，並且感受到學校所教授的與父親所傳授的有着非常鮮明的不同。格奧爾格·西蒙·歐姆15歲時接受了埃爾朗根大學教授卡爾·克利斯坦·凡·蘭格斯多弗（Karl Christian von Langsdorf）的一次測試，他注意到歐姆在數學領域異於常人的出眾天賦，他甚至在結論上寫道，從鎖匠之家將誕生出另一對伯努利兄弟。

1805年，16歲的歐姆進入埃爾朗根大學學習數學、物理和哲學。他並沒有把精力放在學習上，而是在跳舞、滑冰和枱球上花費了大把的時間。歐姆的父親對於歐姆如此浪費受教育的機會，而感到非常憤怒，於是把歐姆送到了瑞士。1806年9月，歐姆在Gottstadtbei Nydau的一所學校取得了數學教師的職務。卡爾·克利斯坦·凡·蘭格斯多弗在1809年離開埃爾朗根大學前往海德堡大學任教，歐姆提出希望跟他一起前往海德堡重新開始他的數學學習，但是蘭格斯多弗建議歐姆繼續自學數學，並建議他閲讀歐拉、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，一邊任教一邊繼續自學數學。22歲時，歐姆回到埃爾朗根，並在1811年以論文《光線和色彩》（Lichtund Farben）獲得博士學位，此後在埃爾朗根做了3個學期的數學講師。此後分別於1813年在班貝格、1817年在科隆、1826年在柏林的幾家中學任教。1833年成為紐倫堡皇家綜合技術學校的教授，1839年起擔任該校的校長，1849年起任教於慕尼黑大學，1852年成為實驗物理學教授，這是後話。由於歐姆長期擔任中學教師，由於缺少資料和儀器，給他的研究工作帶來不少困難，但他在孤獨與困難的環境中始終堅持不懈地進行科學研究，自己動手製作儀器。

歐姆正處在電學飛速發展的時期，新的電學成果不斷地湧現，其他科學家的發現激勵着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目的增多而增大，但是，這中間到底存在什麼規律呢？他決心通過實驗尋找答案。

當時還沒有測量電流強弱的儀器，歐姆曾設想用電流的熱效應去測量電流的強弱，但沒有成功。

1821年施魏格爾和波根多夫發明了一種原始的電流計，這個儀器的發明使歐姆受到鼓舞。他利用業餘時間，向工人學習多種加工技能，決心製作必要的電學儀器與設備。歐姆試圖找到載流導線施加的電磁力減小與導線長度之間的函數關係。為了準確地量度電流，他巧妙地利用電流的磁效應設計了一個電流扭秤。用一根扭絲掛一個磁針，讓通電的導線與這個磁針平行放置，當導線中有電流通過時，磁針就偏轉一定的角度，由此可以判斷導線中電流的強弱了。他把自己製作的電流計連在電路中，並創造性地在放磁針的度盤上劃上刻度，以便記錄實驗的數據。

這樣，1825年從根據實驗結果得出了一個公式，可惜是錯的，用這個公式計算的結果與歐姆本人後來的實驗也不一致。歐姆很後悔，意識到問題的嚴重性，打算收回已發出的論文，可是已經晚了，論文已發散出去了。急於求成的輕率做法，使他吃了苦頭，科學家對他也表示反感，認為他是假充內行。

歐姆決心要挽回影響和損失，更重要的是還要繼續通過實驗找規律。這時歐姆多麼需要人們的理解和支持啊！當時有位科學家叫波根多夫，從歐姆這位中學教師身上看到了追求真理勇於創新的才華，寫信鼓勵歐姆繼續幹下去。並建議他在實驗中，使用更加穩定的塞貝克温差電池。

關於歐姆定律的內容，物理學史上的研究早已開始，例如卡文迪許就曾對此有所研究 ^[9]  。

歐姆第一階段的實驗是探討電流產生的電磁力的衰減與導線長度的關係，其結果於1825年5月在他的第一篇科學論文中發表。在這個實驗中，他碰到了測量電流強度的困難。在德國科學家施威格發明的檢流計啓發下，他把奧斯特關於電流磁效應的發現和庫侖扭秤方法巧妙地結合起來，設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出，電流的電磁力與導體的長度有關。其關係式與今天的歐姆定律表示式之間看不出有什麼直接聯繫。歐姆在當時也沒有把電勢差（或電動勢）、電流強度和電阻三個量聯繫起來。

實驗用具(2張)

在歐姆之前，雖然還沒有電阻的概念，但是已經有人對金屬的電導率（傳導率）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率。他把各種金屬製成直徑相同的導線進行測量，確定了金、銀、鋅、黃銅、鐵等金屬的相對電導率。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作一個主要觀測量來研究。

歐姆對導線中的電流進行了研究。他從傅立葉發現的熱傳導規律受到啓發，導熱杆中兩點間的熱流正比於這兩點間的温度差。因而歐姆認為，電流現象與此相似，猜想導線中兩點之間的電流也許正比於它們之間的某種驅動力，即所稱的電動勢。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，但是因為電流不穩定，效果不好，如何測量電流的大小，這在當時還是一個沒有解決的難題。開始，歐姆利用電流的熱效應，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果。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定，使他大為頭痛。後來經人建議，改用鉍銅温差電偶作電源，從而保證了電源電動勢的穩定。

歐姆定律早期記錄：S=a/（b+x）(3張)

這種電池是1821年由塞貝克發明的，它的原理是：用鋼、鉍兩種不同的導線連接而組成的電路中，兩個接頭的温度不同時可以產生電流，温差越大，電流越強。歐姆鼓起勇氣，用了温差電池重新認真地做實現，他把一個接頭浸入沸水中，温度保持100℃，另一接頭埋入冰塊，温度保持0℃，從而保證一個能供應穩定電壓的電源。1826年，歐姆用圖“喬治·西蒙·歐姆的裝置”中的實驗裝置導出了他的定律。多次實驗之後，終於在1827年提出了一個關係式：X=a/（b+x）式中X表示電流強度，a表示電動勢（高中物理中學到），b+x表示電阻，b是電源內部的電阻，x為外部電路的電阻。這就是歐姆定律，這在電學史上是具有里程碑意義的貢獻。

歐姆準備了截面相同但長度不同的導體，依次將各個導體接入電路進行實驗，觀測扭力拖拉磁針偏轉角的大小，然後改變條件反覆操作，根據實驗數據歸納成下關係：

x=q/(b+l)式中x表示流過導線的電流的大小，它與電流強度成正比，A和B為電路的兩個參數，L表示實驗導線的長度。

1826年4月歐姆發表論文，把歐姆定律改寫為：x=ksa/ls為導線的橫截面積，K表示電導率，A為導線兩端的電勢差，L為導線的長度，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。

1827年歐姆又在《動電電路的數學研究》一書中，把他的實驗規律總結成如下公式：

S=γE。

式中S表示電流；E表示電動力，即導線兩端的電勢差，γ為導線對電流的傳導率，其倒數即為電阻。

歐姆定律發現初期，許多物理學家不能正確理解和評價這一發現，並遭到懷疑和尖鋭的批評。研究成果被忽視，經濟極其困難，使歐姆精神抑鬱。直到1841年英國皇家學會授予他最高榮譽的科普利金牌，才引起德國科學界的重視。

為了紀念歐姆對電磁學的貢獻，物理學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1安培電流的電阻。(即：R=U÷I)

（圖片： ^{[1-4]  [6-7]}  ）

簡稱“歐”，符號為Ω

Ωμγα（大寫Ω，小寫ω），又稱為大O，是第二十四個希臘字母，亦是最後一個希臘字母。

歐姆——以國際歐姆作為電阻單位，它以等於109CGSM電阻的歐姆作為基礎，用恆定電流在融冰温度時通過質量為14.4521克、長度為106.3釐米、橫截面恆定的水銀柱受到的電阻。

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

欲形成好的歐姆接觸，有二個先決條件：

（1）金屬與半導體間有低的界面能障（Barrier Height）

（2）半導體有高濃度的雜質摻入（N≧10×e¹²/cm³）

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

若半導體不是硅晶，而是其它能量間隙（Energy Cap）較大的半導體（如Ga，As），則較難形成歐姆接觸（無適當的金屬可用），必須於半導體表面摻雜高濃度雜質，形成Metal-n+-norMetal-p+-p等結構。

歐姆殺菌是藉助通入電流使食品內部產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。根據焦耳定律，在被加熱食品內部的任一點，通入電流所產生的熱量為Q=K（gradV.*gradVo)=K（ΔV）e²

Q——某點處的單位加熱功率（W/m²），

K——某點處的電導率（S/m）。

S——電導單位西門子，它等於電阻歐姆的倒數

gradV——為任一點處的電位梯度，V/m

影響歐姆殺菌的因素

(一)電導率與温度

(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係

(四)操作因子與歐姆加熱速率的關係

歐姆殺菌工藝操作（無菌工藝）

1．裝置的預殺菌

用電導率與待殺菌物料相接近的一定濃度的硫酸鈉溶液的循環來實現。通過電流加熱使之達到一定温度，通過壓力調節閥控制殺菌壓力，對歐姆加熱組件、保温管和冷卻管進行殺菌。其它設備用傳統的蒸汽殺菌法。用電導率與產品相近的硫酸鈉的作為預殺菌溶液的目的是避免設備從預殺菌到產品殺菌期間電能的大幅度調整，以保持平穩而有效地過度，且温度波動小。

2．預殺菌液冷卻後排出，引入待殺菌物料。通過反壓閥利用無菌空氣和氮氣調節壓力。

3．物料加熱殺菌，再依次進入保温管、冷卻管和貯罐，供無菌充填。

4．生產結束後，切斷電源，先用清水清洗，再用80℃的2%的氫氧化鈉溶液循環清洗30min。

歐姆表是測量電阻的儀表，G是內阻為Rg，滿刻度電流為Ig的電流表，R是可變電阻，也叫調零電阻；電池為一節乾電池，電動勢為E，內阻是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。當被測電阻Rx。

歐姆的家境十分困難，但從小受到良好的薰陶，父親是個技術熟練的鎖匠，還愛好數學和哲學。父親對他的技術啓蒙，使歐姆養成了動手的好習慣，他心靈手巧，做什麼都像樣。物理是一門實驗學科，如果只會動腦不會動手，那麼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，那麼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，自己動手製成了電流扭秤，用它來測量電流強度，才取得了較精確的結果。

歐姆著作《伽伐尼電路的數學論述》(2張)

1827年，歐姆發表《伽伐尼電路的數學論述》，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術界的承認也會請他去教課。可是他想錯了。書的出版招來不少諷刺和詆譭，大學教授們看不起他這個中學教師。德國人鮑爾攻擊他説：“以虔誠的眼光看待世界的人不要去讀這本書，因為它純然是不可置信的欺騙，它的唯一目的是要褻瀆自然的尊嚴。”這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給我帶來了巨大的痛苦，我真抱怨它生不逢時，因為深居朝廷的人學識淺薄，他們不能理解它的母親的真實感情。”

當然也有不少人為歐姆抱不平，發表歐姆論文的《化學和物理雜誌》主編施韋格（即電流計發明者）寫信給歐姆説：“請您相信，在烏雲和塵埃後面的真理之光最終會透射出來，並含笑驅散它們。”歐姆辭去了在科隆的職務，又去當了幾年私人教師，直到七、八年之後，隨着研究電路工作的進展，人們逐漸認識到歐姆定律的重要性，歐姆本人的聲譽也大大提高。

1841年英國皇家學會授予他科普利獎章，

1842年被聘為國外會員，

歐姆編寫的教科書(2張)

1845年被接納為巴伐利亞科學院院士。

（圖片： ^[8]  ）

喬治·西蒙·歐姆是一個天才的研究者，一個很有天賦和科學抱負的人。為紀念他，電阻的單位“歐姆”，以他的姓氏命名。