在库仑、奥斯特、安培等诸多科学家的影响下,19世纪的人们已经清楚地知道,电荷在某种外力的驱动下会发生流动而形成电流。我们知道,在小河沟里有水草和礁石会阻碍水流的前进,而且河道的宽窄也同样会影响水流的缓急,那么,一大堆电荷在导线中奔跑会不会遇到阻碍呢?答案是肯定的,只是人们一直难以搞清楚电荷运动为何会受到阻碍以及阻碍的大小受什么因素影响。
乔治·欧姆Ⓦ
准确来说,电流在介质里运动过程中遇到的阻碍叫做电阻。电阻的发现以及测定,来自德国一位锁匠的儿子。老锁匠依靠自学的数学物理知识培养了两位伟大的科学家:物理学家乔治·欧姆和数学家马丁·欧姆。乔治·欧姆从小就天赋异禀,年仅16岁就跨入了大学校园——埃朗根—纽伦堡大学。可怜的乔治·欧姆却因为家境贫寒而不得不辍学,断断续续学习,直到10年后才完成博士学业。为了养家糊口,年轻的乔治·欧姆选择在中学教授物理学,尽管中学的实验条件和大学有着天壤之别,但却从未磨灭他追求科学真理的希望。为了开展他所感兴趣的电学实验,他经常亲手制作仪器。根据奥斯特发现的电流磁效应和库仑发明的静电扭秤,德国科学家施韦格尔成功发明了电流计——电流使得磁针发生偏转,测量偏转的扭力就可以知道电流的大小。乔治·欧姆也自己制作了一个电流扭秤用以测量电流大小,为了获得稳定电压输出电源,乔治·欧姆经过不断尝试最终放弃了伏打电堆,而采用铋铜温差电偶作为电源。1826年,乔治·欧姆用他自制的仪器证明对于外形固定的导电介质,其两端电势差和通过的电流大小成正比,即呈欧姆定律关系。通过测量不同形状的同种材料导电介质在电路中的电流大小,就可以得出电流大小和材料的长度成反比而和材料的横截面积成正比,若定义电阻和材料的长度成正比而和横截面积成反比,就得出电流强度和电阻大小是成反比关系。由此可知,欧姆定律的实质是给出了电阻的定义,若进一步剔除材料的长度和横截面积的影响就可以得出电阻率的定义。正是如此,乔治·欧姆测量了不同金属材料在室温下的电导率(电阻率的倒数),证实它们的电导率在相同环境下只与材料有关。乔治·欧姆的实验使人们认识到材料的电阻可以通过其两端的电压和通过的电流大小来衡量,对电学研究有重要的指导意义。
乔治·欧姆的母校埃朗根—纽伦堡大学,德国最著名的大学之一Ⓦ
Ⓦ早期1欧姆标准电阻Ⓦ
欧姆像Ⓞ
欧姆定律提出之初,科学界并不十分认同,许多人对乔治·欧姆利用自制仪器所做的实验也持怀疑态度,甚至有人认为“这个定律太简单了”,以至于“不可信”。乔治·欧姆本人也为此感到十分痛苦和失望。然而自然界本身就是崇尚简洁之美的,1831年,一位叫做波利特的科学家再次验证了乔治·欧姆的实验结果,欧姆定律才被人们所认同和接受。1841年,英国皇家学会授予乔治·欧姆科普利金质奖章,并且宣称欧姆定律是“在精密实验领域中最突出的发现”。1854年,乔治·欧姆与世长辞。十年之后人们为纪念他的贡献,把电阻的单位称为欧姆,符号为希腊字母Ω。