オームの法則。科学的発見の歴史と本質

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オームの法則。科学的発見の歴史と本質

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導体は、単に電気回路の受動部品です。この意見は、XNUMX 世紀の XNUMX 年代まで優勢でした。では、なぜそれを研究するのに時間を無駄にするのでしょうか?

Stefano Marianini（1790–1866）は、導体の導電性の問題に取り組んだ最初の科学者のXNUMX人でした。彼は偶然に彼の発見に来て、バッテリーの電圧を研究しました。ステファノは、ボルタイックカラムの要素数が増えても、矢印への電磁効果が目立って増加しないことに気づきました。これにより、マリアニーニは、各ボルタ要素が電流の通過の障害であるとすぐに考えました。彼は「アクティブ」と「非アクティブ」のペア（つまり、ウェットガスケットで分離されたXNUMX枚の銅板で構成されている）で実験を行い、現代の読者がオームの法則の特殊なケースを認識する関係を経験的に見つけました。マリアニーニの経験のように、外部回路は考慮されていません。

オムはマリアニーニの功績を認めましたが、彼の作品は作品の直接的な助けにはなりませんでした。

ゲオルク・サイモン・オーム (1789-1854) は、世襲の錠前屋の家系に、エアランゲンで生まれました。少年の育成における父親の役割は非常に大きく、おそらく彼は人生で達成したすべてのことを父親に負っています。学校を卒業した後、ジョージは市の体育館に入った。エアランゲン体育館は大学が監修し、当時に対応した教育機関でした。

体育館を首尾よく卒業したゲオルクは、1805 年の春、エアランゲン大学の哲学部で数学、物理学、哲学の勉強を始めました。

1809学期勉強した後、オームはスイスの町ゴットシュタットにある私立学校で数学教師としての職に就くよう招待されました。 1811 年、ゲオルクはノイシュタット市で数学を教えるための招待を受けて辞職するよう求められました。他に選択肢はなく、クリスマスまでに彼は新しい場所に引っ越しました。しかし、大学卒業の夢はオマーから離れません。 XNUMX年、彼はエアランゲンに戻った。 Om の独学は非常に実りあるものだったので、同じ年に彼は大学を卒業し、博士論文の提出に成功し、博士号を取得することができました。大学卒業直後、同大学数学科の私立教授の職を内定。

教育の仕事は、オームの欲求と能力と完全に一致していました。しかし、わずか XNUMX 学期しか働いていなかった彼は、彼の人生のほぼすべてを悩ませてきた物質的な理由から、より高給の職を探すことを余儀なくされました。

16年1812月1816日の王室の決定により、オームはバンベルクの学校で数学と物理学の教師に任命されました。 XNUMX年XNUMX月、バンベルクの実際の学校は閉鎖されました。同じ料金で地元の予備校の過密な教室を教えるために数学の先生が提供されました。

適切な教職を見つける望みをすべて失った絶望的な博士号は、思いがけず、ケルンのイエズス会大学で数学と物理学の教師の代わりになるという申し出を受けました。彼はすぐに将来の仕事の場所に向けて出発します。

ここケルンで、彼は XNUMX 年間働きました。彼が数学者から物理学者に「変身」したのはここでした。自由時間の存在は、研究物理学者としてのオームの形成に貢献しました。彼は熱心に新しい仕事に専念し、ボードのワークショップや楽器店に長時間座っています。

オームは電気の研究を始めました。彼は、さまざまな導体の導電率の相対値を決定することから実験的研究を開始しました。今や古典となった方法を応用して、同じ直径のさまざまな素材の回路の細い導体の XNUMX 点間を直列に接続し、一定の電流が得られるように長さを変えました。

V.Vとして。コシュマノフ、「オムは、電気回路の法則の実験的調査を説明したバーローとベクレルの作品の出現について知っていました。彼はまた、これらの研究者が到達した結果についても知っていました。オーム、バーロー、ベクレルの両方が使用しましたが、記録装置としての磁針は、回路と電流源を接続する際に特別な注意を払っていましたが、原理的には同じ設計でしたが、得られた結果は異なっていました。

まず第一に、オームによれば、ガルバニ電池であるエラーの最も重大な原因を排除する必要がありました。

オームは最初の実験で、回路が任意のワイヤで閉じられたときの電流の磁気効果が時間の経過とともに減少することにすでに気づきました...

この減少は事実上時間の経過とともに止まらず、この状況で電気回路の法則を探すことは無意味であることは明らかでした。すでに利用可能なものとは異なるタイプの電気エネルギー発生器を使用するか、新しいものを作成するか、EMFの変化が実験結果に影響を与えない回路を開発する必要がありました。オムは最初の道を進んだ。」

オームの最初の論文の出版後、ポッゲンドルフは化学元素を放棄し、ゼーベックが直前に導入した銅ビスマス熱電対をより良く使用するよう彼にアドバイスしました。オームはこのアドバイスに耳を傾け、実験を繰り返し、熱電電池を備えた装置を組み立てました。その外部回路には、同じ直径で長さの異なる XNUMX 本の銅線が直列に接続されていました。彼は、金属の糸に吊り下げられた磁針によって形成された一種のねじり天秤を利用して、電流の強さを測定しました。針に平行な電流が針をそらしたとき、オムは針が通常の位置に来るまで、針が吊るされている糸をねじりました。電流の強さは糸が撚られた角度に比例すると考えられました。

オームは、XNUMX つの異なるワイヤを使用して実行された実験の結果は次の方程式で表現できるという結論に達しました。 аで割った х + вどこ х 導体の磁気作用の強さを意味し、その長さはに等しい хと а и в - それぞれ励振力と回路の残りの部分の抵抗に依存する定数。

実験の条件が変更されました。抵抗と熱電ペアが置き換えられましたが、結果は依然として上記の式に要約され、置き換えれば既知の式に非常に簡単に入ることができます。 х 現在の強さ、 а - 起電力と в + х - 回路の総抵抗。

オーム氏は XNUMX 本の真鍮線でも実験しましたが、結果は同じでした。「このことから重要な結論が得られます」とコシュマノフは書いています、「オームが発見した、導体を流れる電流のプロセスを特徴づける物理量を関連付ける公式は、銅でできた導体だけに有効ではないということです。この公式を使用すると、この製品で使用されている導体の材質に関係なく、電気回路を計算できます。

... さらに、オームは、定数 β が励振力にも含まれるワイヤの長さにも依存しないことを発見しました。この事実は、の値がチェーンの不変部分を特徴付けると主張する根拠を与えます。そして、結果の式の分母への追加は同じ名前の量に対してのみ可能であるため、したがって、オームの定数は、回路の不変部分の導電率を特徴付けるはずです。

その後の実験で、オームは抵抗に対する導体温度の影響を研究しました。彼は調査した導体を炎に入れ、砕いた氷を入れた水に入れ、導体の電気伝導率が温度の上昇とともに減少し、温度の低下とともに増加することを確認しました。

彼の有名な公式を受け取ったオームは、それを使って矢のたわみに対するシュヴァイガー乗算器の作用を研究し、セルの接続方法 (直列または直列) に応じて電池の外部回路を流れる電流を研究しました。並行して。このようにして、彼は、最初の研究者にとってはかなり曖昧であった、バッテリーの外部電流を決定するものについて説明しました。

1826 年に Journal of Physics and Chemistry に掲載されたオームの有名な記事「金属が接触電気を伝導する法則の定義と、ボルタ装置とシュヴァイガー乗数の理論のスケッチ」が登場します。

電気現象の分野における実験的研究の結果を含む記事の出現は、科学者を感動させませんでした。オームによって確立された電気回路の法則が、将来のすべての電気計算の基礎になるとは誰も想像できませんでした。

1827 年にベルリンで、彼は主要な著作である数学的に設計されたガルバニック回路を出版しました。

オームは、ジャン＝バティスト・フーリエ (1822–1768) の熱の分析理論 (1830) から研究に着想を得ました。その科学者は、フーリエが語る「熱の流れ」のメカニズムが、導体中の電流に例えることができることに気付きました。フーリエ理論で XNUMX つの物体間または同じ物体の XNUMX 点間の熱の流れが温度差で説明されるように、オームは導体の XNUMX 点での「電気的力」の差を説明します。それらの間の流れ。

オームは、科学者自身の言葉である「電気力」、電気伝導率、および電流強度の概念と正確な定義を紹介します。彼が導出した法則を現代の著者によって与えられた微分形式で表現した後、オームは特定の電気回路の特殊なケースのために有限値でそれを書き留めました。その中で熱電回路は特に重要です。これに基づいて、彼は回路に沿った電圧の変化に関する既知の法則を定式化しました。

しかし、オームの理論的研究も注目されることはなく、オームの理論的研究は、彼の実験的研究を含む研究と運命を共にしました。科学の世界はまだ待っていました。オームの著作が英語に翻訳されたのは 1841 年、1847 年にイタリア語、そして 1860 年にフランス語に翻訳されました。

ロシアの物理学者は、外国の科学者の中でオームの法則を最初に認めた。レンツとジャコビ。彼らはまた、その国際的な認知にも貢献しました。ロシアの物理学者の参加により、5 年 1842 月 XNUMX 日、ロンドン王立協会はオームに金メダルを授与し、オームをそのメンバーに選出しました。オームは、このような栄誉を受けたドイツ人科学者としては XNUMX 人目になりました。

彼のアメリカ人の同僚は、ドイツの科学者のメリットについて非常に感情的に話しました J・ヘンリー「オームの理論を最初に読んだとき、それは暗闇に突入した部屋を突然照らす稲妻のように思えた」と彼は書いている。

ミュンヘン大学の物理学教授 E. ロンメルは、1895 年に科学者への記念碑を開設した際に、オームの研究の重要性について正確に語った。オームは、不可解な事実の侵入不可能な森を通る唯一の正しい道を示した. ここ数十年で私たちが驚きとともに観察してきた電気工学の発展における目覚ましい進歩は、オームの発見に基づいてのみ達成することができた.秘密にして同時代の人々の手に渡した。

著者: サミン D.K.

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