ГЕОРГ СИМОН ОМ (1787-1854)

Так начиналась теоретическая электротехника. 185 лет назад в «Журнале физики и химии» была опубликована первая работа в области теоретической электротехники «Определение закона, согласно которому металлы проводят контактное электричество, наряду с наброском теории аппаратов Вольта и гальванометров Швейгера» [1]. Ее автор, выдающийся немецкий ученый, Георг Симон Ом, ныне известен не только как основатель нового научного направления, но также и как признанный специалист по акустике и кристаллооптике. Важно отметить, что многие достижения Георга Ома по-прежнему сохраняют свое значение.

Сегодня каждый школьник слышал о знаменитом законе, который устанавливает зависимость между силой тока, разностью потенциалов и сопротивлением материала, но мало кто знает о том, какое драматическое влияние его открытие оказало на жизнь самого ученого. Презрев догматы своего времени, Георг Ом оказался жертвой инерции общественного сознания, с которым боролся на протяжении многих лет, и смог преодолеть лишь благодаря упорному труду и готовности идти на жертвы ради достижения Истины.

Начало жизненного пути. Георг Ом родился 16 марта 1787 в баварском городке Эрланген в простой рабочей семье. Отец Георга Симона, Иоганн Вольфганг Ом, был потомственным слесарем, однако его интересы простирались намного шире, чем того требовало его ремесло. Он самостоятельно по учебникам занимался математикой, историей, географией, философией, а также посещал в Берлине школу технического рисования. Свою любовь к познанию Иоганн Ом стремился привить своим детям, и надо отметить, что небезуспешно – оба его сына стали профессорами: Георг – физиком, а Мартин – математиком.

Стоит отметить, что стремление к самообразованию для детей Ома отчасти было обусловлено неудовлетворительным качеством обучения в школе и городской гимназии. Еще более важными для них стали занятия с преподавателями Эрлангенского университета, с которыми их любознательный отец старался поддерживать дружеские отношения. При такой подготовке у Георга Ома не было проблем ни с поступлением в университет, ни с обучением. Может быть, по этой причине он с азартом окунулся в спорт, увлекся танцами, что привело в конечном итоге к семейному конфликту, разрешением которого стал отъезд Георга, проучившегося в университете всего полтора года, в Швейцарию, где ему предложили занять место преподавателя математики в частной школе [2].

Однако начало преподавательской карьеры будущего ученого складывалось не слишком успешно, что не могло удовлетворить не лишенного амбиций Георга. В этот период ему особенно пригодилась способность к самостоятельному изучению научных трудов, которую он перенял от отца. И эти занятия оказались весьма плодотворными. Когда Ом в 1811 все же вернулся в Эрланген, то в течение года сумел окончить университет, защитить диссертацию, получить ученую степень доктора философии и должность приват-доцента кафедры математики.

К сожалению, уже совсем скоро Георг Ом вынужден был по материальным соображениям искать другое место работы. В январе 1813 он получил работу учителя математики и физики школы в Бамберге. Однако, методика преподавания в этой школе (как и во многих других европейских школах того времени) была такова, что Ом счел своим долгом направить в Генеральный комиссариат по преподаванию свои критические соображения. За этим последовало то, что в 1816 году школа в Бамберге была закрыта, а Ома перевели в местную подготовительную школу.

На основе этого печального опыта Ом подготовил и в 1817 году опубликовал свой первый печатный труд, в котором представил свою методику преподавания математики [3]. Работа была встречена сдержанно, если не сказать враждебно. 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). И постепенно у него стали появляться сторонники. Так, в 1824 году он получает приглашение занять место учителя физики и математики в иезуитской коллегии Кельна, где Ом и трудился последующие 9 лет.

Математик стал физиком. Именно в иезуитской коллегии Кельна Ом «превратился» из математика в физика. Его увлекли исследования малоизученных на тот момент электрических явлений. Известно, что Ома вдохновляли идеи теории теплопроводности французского математика и физика Ж.Б.Ж.Фурье, по которым электрический ток представлялся как течение некоего флюида, вызываемое перепадами «электроскопических сил» [2]. Ом руководствовался также и аналогией между токами в проводниках и течением жидкостей по трубам.

Путь, по которому пошел Георг Ом, определялся ясным пониманием того, что первым делом следует количественно исследовать физическое явление. Для измерения тока уже раньше пытались использовать тот факт, что ток вызывает нагревание проводника. Однако Ом избрал для измерения тока не тепловое, а именно его магнитное действие, открытое Эрстедом. Ток, протекавший по проводнику, вызывал поворот магнитной стрелки, подвешенной на золотой проволочке. Экспериментатор, поворачивая микрометрический винт, к которому крепился верхний конец проволочки, добивался компенсации поворота, вызванного магнитным воздействием, и угол поворота этого винта и являлся мерилом тока.

Первоначально Ом использовал гальванические источники тока, но вскоре обнаружил, что они создают ток, быстро убывающий со временем. К сожалению, полученные некорректные результаты уже легли в основу статьи «Предварительное сообщение о законе, по которому металлы проводят контактное электричество», которую он поспешил опубликовать в 1825 г в «Журнале физики и химии», издаваемом Дж. Швейгером [4], что серьезно подорвало репутацию Ома в научной среде [2].

Главным источником погрешностей была гальваническая батарея. Он нашел выход из этого положения, воспользовавшись советом И.Х. Поггендорфа [2], издателя «Annalen der Physik und Chemie», применить эффект, открытый Т. И. Зеебеком, – возникновение тока в цепи из двух различных проводов, если спаи между ними имеют различные температуры. Ом в качестве источника тока использовал элемент из висмута и из меди, один спай которых находился в кипящей воде, а другой – в тающем снеге.

Результаты новых исследований были отраженны в классической статье [1], и в последовавшей за ней фундаментальной работой «Теоретическое исследование электрических цепей» [5]. В них Ом вводит понятия и точные определения электродвижущей силы, или «электроскопической силы» (по выражению самого ученого), электропроводности и силы тока. Выразив выведенный им закон в дифференциальной форме, приводимой современными авторами, Ом записывает его и в конечных величинах для частных случаев конкретных электрических цепей, из которых особенно важна термоэлектрическая цепь. Исходя из этого, он формулирует известные законы изменения электрического напряжения вдоль цепи. Кроме того, Ом излагает основы первого метода анализа электрических цепей – метода преобразования последовательно и параллельно соединенных ветвей.

Начала теории электрических измерений. Однако научная общественность вновь встретила публикации Ома весьма прохладно. Возможно, причиной этого были господствовавшие в то время философские взгляды [2]. Многие ученые натурфилософы (в числе которых были и высокопоставленные) придерживались того мнения, что истина должна постигаться умозрительным путем, что опыт не может (и даже не должен) занимать в науке лидирующего положения. Противники Ома не только отрицали его заслуги, но и активно мешали ему работать.

Все хлопоты о месте работы, где можно было бы плодотворно заниматься наукой, оставались тщетными. Даже выступать в печати со своими доводами Ому было затруднительно. Вместо того чтобы продолжать исследования, Ом вынужден тратить время и энергию на научную и околонаучную полемику, поскольку от признания полученных результатов зависело его назначение на хорошую должность и материальное благополучие.

Несмотря ни на что, талант пробивает себе дорогу и уже в 1829 году в «Журнале физики и химии» появляется новая статья «Экспериментальный вклад в полное познание электромагнитного гальванометра» [6]. В этой статье были заложены основы теории электроизмерительных приборов. Здесь же Ом впервые предложил единицу сопротивления, в качестве которой он выбрал сопротивление медной проволоки длиной 1 фут (304,8 мм) и поперечным сечением в 1 квадратную линию (6,452 мм 2 ). В следующем, 1830 году, выходит в свет новая работа Ома «Попытка создания приближенной теории однополярной проводимости» [7]. Эта публикация вызвала интерес у ряда ученых, в том числе у знаменитого Майкла Фарадея, однако до всеобщего признания было еще далеко.

Реакционное давление со стороны научного сообщества в конце концов привело к тому, что, начиная 1833 года, Ом практически отошел от исследовательской деятельности, сосредоточившись на преподавании и административной работе в политехнической школе Нюрнберга. К серьезной науке он вернулся только к 1839 году, но на этот раз уже в области акустики, в которой он также добился впечатляющих результатов, открыв в 1843 году так называемый акустический закон Ома [2].

По иронии судьбы, как раз в то время, когда сам Георг Ом уже потерял интерес к электрическим явлениям, его работы привлекли к себе пристальное внимание за рубежом. В 1841 труды Ома были переведены на английский язык, в 1847 — на итальянский, в 1860 — на французский [2]. Отметим, что хотя перевода публикаций Ома на русский язык не было, но именно Э. Х. Ленц и Б. С. Якоби, работавшие в те годы в России, первыми привлекли внимание широкой научной общественности к трудам Ома. В 1842 году Георг Ом стал вторым немецким ученым, которого Лондонское Королевское общество наградило золотой медалью и избрало своим членом.

Наконец, через 20 лет ожидания, Георг Ом получил признание и на родине. В 1845 его избрали в Баварскую АН, а через четыре года пригласили в Мюнхен на должность экстраординарного профессора. Тогда же 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, занимается научными исследованиями, конструированием и изготовлением приборов. Много внимания уделяет методике преподавания. В последние годы жизни он начал работать над учебником физики, но успел закончить лишь первый том «Вклад в молекулярную физику» [8].

В 1852 году Георг Ом получил наконец-то должность ординарного профессора, о которой мечтал всю жизнь. В 1853 году он одним из первых награждается только что учрежденным орденом Максимилиана «За выдающиеся достижения в области науки». Но признание пришло слишком поздно. Силы уже были на исходе. 6 июля 1854 года Георг Ом скончался и был похоронен на старом южном кладбище города Мюнхена (рис. 1).

Научный путь Георга Ома в очередной раз подтверждает известный тезис о том, что самые передовые идеи в науке часто оказываются маргинальными по отношению к господствующим на момент их появления представлениям. В области электротехники так было и с законами Густава Кирхгофа [9], и со схемным подходом Вильгельма Фойснера [10, 11]. Должны были пройти годы, как в случае с работами Ома или Кирхгофа, или даже полвека, как с публикациями Фойснера, прежде чем такие идеи оказываются оцененными по достоинству [12].

1. Ohm G. S. Bestimmung des Gesetzes, nach welchem Metalle die Contaktelektricitat leiten, nebst einem Entwurfe zu einer Theorie des Voltaischen Apparates und des Schweiggerschen Multiplicators // Journal fur Chemie und Physik – Halle: Verein zur Verbreitung von Naturkenntniss. – №16.– 1826. – S. 137–166.

2. Самин Д. К. Сто великих научных открытий.– М.:Вече,2002.–479с.

3. Ohm G. S. Grundlinien zu einer zweckma?igen Behandlung der Geometrie als hoheren Bildungsmittels an vorbereitenden Lehranstalten. – Erlangen: Palm und Enke, 1817.– 224 s

4. Ohm G. S. Vorlaufige Anzeige des Gesetzes, nach welchem Metalle die Contaktelektricitat leiten // Journal fur Chemie und Physik. – Halle: Verein zur Verbreitung von Naturkenntniss.– №14.– 1825. – S. 110–118.

5. Ohm G. S. Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet. – Berlin: Riemann, 1827. – 245 s.

6. Ohm G. S. Experimentale Beitrage zu einer vollstandigen Kenntnis des elektromagnetischen Multiplicators // Journal fur Chemie und Physik – Halle: Anton. – №25.– 1829. – S. 1–64.

7. Ohm G. S. Versuche zu einer nahern Bestimmung der Natur unipolarer Leiter. Teil 1 // Journal fur Chemie und Physik. – Halle : Anton und Gelbcke. – №29.– 1830. – S. 385–435.

8. Ohm G. S. Grundzuge der Physik als Compendium zu seinen Vorlesungen. – Nurnberg: Schrag, 1854. – 563 s.

9. Kirchhoff G. R. Ueber der Durchgang eines elektrischen Stromes durch eine Ebene, insbesondere durch eine kreisformige // Annalen der Physik.– 1845.– Bd. 64.– S. 497–514.

10. Feussner W. Ueber Stromverzweigung in netzformigen Leitern // Annalen der Physik. ? 1902. ? Bd 9, N 13. ? S. 1304–1329.

11. Feussner W. Zur Berechnung der Stromstarke in netzformigen Leitern // Annalen der Physik. ? 1904. ? Bd 15, N 12. ? S. 385–394.

12. Горшков К.С., Филаретов В.В. Схемный подход Вильгельма Фойснера и метод схемных определителей / Под ред. В.В.Филаретова.– Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 2009.– 189 с.

К. С. Горшков