Появление статьи, содержащей результаты экспериментальных исследований в области электрических явлений, и на этот раз не произвело впечатления на ученых. Никто из них даже не мог предположить, что установленный Омом закон электрических цепей представляет собой основу для всех электротехнических расчетов будущего. Экспериментатор был обескуражен приемом коллег: ему не пришлось разделить с ними радость первооткрывателя, не удалось услышать признания своих заслуг. Ом не жаждал славы. Ему нужна была поддержка, стимулирующая дальнейшие научные исследования. Однако ученый мир его не принял.

Выражение, найденное Омом, было настолько простым, что именно своей простотой вызывало недоверие. Кроме того, научный авторитет Ома был подорван первой публикацией и у оппонентов были все основания сомневаться в справедливости найденного им выражения. Были даже откровенные заявления, что возможно скоро появится третья работа Ома, содержащая формулу закона электрических цепей, так же хорошо удовлетворяющая его экспериментальным данным, как и первые две. Проверить же результаты исследований Ома было чрезвычайно сложно, так как его установка была весьма чувствительной и требовалось огромное мастерство, терпение и навык в экспериментальной работе, чтобы повторить проделанные им опыты.

Также следует отметить тот факт, что практика еще не нуждалась в законе, установленном Омом. Гальванические элементы еще не получили широкого практического применения; телеграф совершал только первые шаги, а до практического применения электрических машин было совсем далеко.

Перечисляя причины непризнания важнейшей работы Ома, нельзя не упомянуть и о том, что личность учителя гимназии не вызывала доверия у маститых ученых, работающих в крупнейших научных центрах Германии. Зарубежные ученые, не владеющие немецким языком, не смогли своевременно ознакомиться с открытием Ома. Так, в частности, Фарадей ссылаясь на позднейшую работу Ома по униполярной проводимости, с горечью и досадой заявляет: «Вследствие незнания немецкого языка, мне, к величайшему моему сожалению, недоступны весьма ценные статьи по экспериментальным исследованиям по электричеству, опубликованные на этом языке, и я не в состоянии отдать им должное».

Ом был твердо убежден в справедливости открытого им закона и сдавать позиции не собирался. Он знал, что в его положении имеется только один выход: убеждать, доказывать, а для этого снова работать, работать и работать.

Чтобы иметь возможность для продолжения научных исследований по избранному вопросу, Ом обращается в министерство с просьбой предоставить ему годичную командировку в Берлин, где условия для работы были более подходящими. Прежде чем решить вопрос по ходатайству Ома, министерство потребовало отзыв о выполненной им научной работе и предложило берлинскому профессору физики П. Эрману прорецензировать ее. Выбор рецензента был не случаен: Эрман, как и Ом, проводил исследования в области электричества и магнетизма. И вот, несмотря на то, что рецензент был компетентен в обсуждаемом вопросе, отзыв, полученный от него, имел более чем странное содержание: «...Недавно появилась очень поучительная работа этого автора (Ома. — В. К.), — пишет П. Эрман,— в которой математические и механические исследования удачно переплетаются. Однако эти исследования не внушают серьезного уважения». Скорее всего Эрман не захотел вникать в суть излагаемого Омом. Может быть, всему виною была зависть профессора к успехам того, кто стоял ступенью ниже на академической лестнице. Может быть, Эрман не смог как следует вникнуть в сущность экспериментальных исследований Ома. А может быть, и то, и другое, и третье.

Но все-таки к чести министерства распоряжением от 10 августа 1826 г. просьба Ома была удовлетворена. В официальных документах по этому поводу сообщается: «...Конечно, это тяжело отразится на кельнской гимназии, где целый год будут жалеть о таком достойном преподавателе, но тем не менее министерство считает возможным содействовать вашему стремлению к научным исследованиям. На вашу просьбу от 1 апреля сего года министерство находит возможным освободить вас на один год от работы с тем, чтобы вы смогли находиться это время здесь и целиком посвятить себя научным поискам». Однако сохранить за ним полное жалованье министерство «не нашло возможным»: ему была предложена только половина месячного оклада. Но Ом привык к лишениям и безоговорочно соглашается на такие условия. Жилище и стол ему предоставил Мартин, который в это время прочно обосновался в Берлине. Остальное меньше всего волновало Ома.

Этот берлинский год был наиболее плодотворным в научных исканиях настойчивого исследователя. Ровно через год, в мае 1827 г. в издательстве Римана вышла обширная монография «Теоретические исследования электрических цепей» объемом в 245 страниц, в которой содержались теперь уже теоретические рассуждения Ома по электрическим цепям (рис 9).

Эта работа, считал Ом, должна способствовать признанию его экспериментальных работ и наконец-то изменить его служебное, а следовательно, и материальное положение, что в конце концов позволит ему полностью посвятить себя науке.

К теории Ом обратился не случайно. Он чувствует ее силу и значение для развития науки. «Теория, притязающая на звание непреходящей и плодотворной, — пишет в своей монографии Ом, — должна, по-моему, обнаруживать свое благородное происхождение не в пустой словесности, а в том, чтобы действительно всюду выявлять свое родство с духом природы, изъясняясь простыми и полными выражениями, без всяких словесных прикрас и служа глашатаем борьбы человека с высшей силой. Погоня за изящной математической формулой нередко превращается в самоцель, причем «родство с духом природы» теряется».

В основу своих теоретических рассуждений Ом положил идеи французского ученого Ж. Фурье (1768 — 1830), изложенные им в работе «Аналитическая теория тепла», вышедшей в свет в 1822 г. В своей работе Фурье, представляя передачу теплоты как распространение потока теплорода в теле, получил формулу, описывающую этот процесс («закон теплопроводности»). Работа Фурье быстро завоевала признание в ученом мире и привлекла самое пристальное внимание Ома. Он тщательно изучил эту работу, детально усвоил метод рассуждений Фурье и решил распространить его на процесс протекания тока в цепи. Он начал с того, что провел аналогию между возникновением теплового потока в теле и возникновением электрического тока в цепи. Если в теории Фурье наличие теплового тока между двумя телами или двумя точками одного и того же тела объясняется разностью температур этих тел или рассматриваемых точек, то, предполагает Ом, точно также электрический ток обязан наличию «электроскопических сил», которые имеют различные значения в различных точках проводника. «Я предполагал, — пишет Ом, — что переход электричества между двумя близлежащими элементами при прочих равных условиях пропорционален разности электроскопических сил в этих элементах, подобно тому как в учении о теплоте принято рассматривать тепловой поток между двумя элементами тела, пропорциональным разности их температур». Фурье было найдено, что теплота Q, перенесенная от одной точки к другой, может быть определена по формуле

где λ — коэффициент теплопроводности; S — площадь поверхности, через которую переносится теплота;   — градиент  температуры — падение температуры в направлении переноса теплоты на единицу длины; t — время, в течение которого осуществляется перенос теплоты.

Для теплового потока Фурье записывает выражение

где q — тепловой поток (ток).

Придерживаясь рассуждений Фурье, Ом для характеристики процесса протекания электрического тока в цепи находит формулу:

где S — сила тока (его магнитное действие); — удельная электропроводимость; ω  — поперечное   сечение проводника —разность электроскопических сил (разность потенциалов, по современной терминологии) на концах элементарного проводника длиной Δх.

Выражение  Ом назвал приведенной длиной. Если последнее выражение переписать в виде

и сравнить это выражение с современной записью закона Ома для однородного участка цепи, то нетрудно заметить, что приведенная длина есть не что иное, как сопротивление проводника, длина которого Δх, площадь поперечного сечения ω, а удельное сопротивление, характеризующее материал проводника,

В этой же работе Ом, независимо от русского физика Петрова, предложил характеризовать электрические свойства проводника его сопротивлением и ввел этот термин в научный обиход.

В этой же работе Ома содержится много других оригинальных мыслей, причем некоторые из них послужили отправным пунктом для рассуждений других ученых. Исследуя электрическую цепь, Ом нашел более простую формулу для закона электрической цепи, вернее, для участка цепи, не содержащего ЭДС. «В однородном участке цепи, — пишет Ом, — величина тока равна частному от деления электроскопических сил на концах этого проводника и его приведенной длины:  ». И далее: «Величина тока в гальванической цепи прямо пропорциональна сумме всех напряжений и обратно пропорциональна сумме приведенных длин. При этом общая приведенная длина определяется как сумма всех отдельных приведенных длин для однородных участков, имеющих различную проводимость и различное поперечное сечение». Нетрудно заметить, что в этом отрывке Ом предлагает правило сложения сопротивлений последовательно соединенных проводников.

Исследуя вопрос о соединении элементов в батарею, Ом теоретически приходит к формуле для расчета силы тока в цепи, которая питается от батареи, составленной из n элементов:

где А — ЭДС элемента, L — внутреннее сопротивление источника тока, λ — приведенная длина (сопротивление) внешней части цепи.

Ом отмечает, что если величиной L можно пренебречь в сравнении с λ/n, то действие батареи возрастает пропорционально числу элементов, ее образующих. Если же сопротивление внешней цепи много меньше сопротивления батареи, тогда

т. е. сила тока не зависит от количества элементов, образующих батарею.

Далее Ом, исследуя участок электрической цепи, приводит установленную им формулу:

где а — возбуждающая сила (ЭДС элемента); l — длина исследуемого проводника; U — электроскопическая сила, действующая на электрометр, включенный в точке, лежащей на исследуемой проволоке на расстоянии х от одного из концов проводника; С — величина, определяющаяся данными обстоятельствами, но не зависящая от х. Из этой формулы следует:

Величина U , называемая Омом электроскопической силой, характеризует состояние цепи в данной точке. Эта величина дала начало введенному позднее в теорию электричества понятию потенциала. Найденная Омом формула означает, что электроскопическая сила пропорциональна сопротивлению участка цепи. Другими словами, Ом установил закон последовательного соединения проводников.

Монография Ома очень насыщена информацией, перемежается отступлениями,   рассказывающими о том пути, по которому пришлось пройти автору. Очень важным является тот факт, что Ом первым из ученых поставил изучение электрических цепей на математическую основу. Он широко пользуется дифференциальным и интегральным исчислениями, теорией рядов и другими математическими операциями. В этом смысле книга Ома представляет собой первую теоретическую работу в области электричества.

Первое впечатление после ознакомления с работой Ома — кажущаяся легкость перехода от закона теплопроводности Фурье к закону электрических цепей. Но это совсем не так.

Следует, прежде всего, отметить трудность выбора величины — электроскопической силы, которая соответствует температуре в рассуждениях Фурье. Это требовало физической интуиции и глубокого знания предмета исследований. Мало того, эту величину нужно было измерять. Для этой цели Ом использовал один из собственноручно сделанных им электрометров. Включая его между «землей» и исследуемой точкой, он получил при этом вполне удовлетворительные результаты, подтверждающие его рассуждения.

К понятию «электроскопическая сила» Ом пришел, используя аналогию течения воды в трубах. Для того чтобы поток воды распространялся вдоль трубы, необходим был уклон, причем большой уклон означал большую скорость течения. Пропорциональность величины, характеризующей уклон, и скорости течения воды в трубе постоянного диаметра ведет с необходимостью к постоянству отношения разности потенциалов к силе тока. Постоянное отношение и есть сопротивление проводника.

Рассматривая замкнутую цепь, Ом строил диаграммы, на которых показывал «уклоны», являющиеся причиной тока.

Во введении к своей работе Ом не смог умолчать о тех трудностях, с которыми ему пришлось встретиться при ее выполнении. Он пишет: «Я публикую теорию гальванического электричества как один из разделов общего учения об электричестве и предлагаю в дальнейшем, поскольку мне это позволит время, воля и условия, последовательно присоединять новые части, образующие единое целое, если только ценность первых полученных результатов в какой-то мере оправдает те жертвы, которых они мне стоили.

Условия, в которых я до сих пор жил, не были подходящими ни для того, чтобы вновь зажечь во мне отвагу, ни для того, чтобы ознакомиться во всей полноте, что, однако, необходимо, с литературой, относящейся к близким вопросам; поэтому для пробного вступления я выбрал ту часть, в которой я меньше должен был считаться с конкуренцией. Хотелось бы, чтобы благожелательный читатель принял мою работу с той же любовью к предмету исследования, какая привела к его созданию».

Как видно из этого отрывка, Ом понимал значение открытого им закона. Знал он и то, что его работы в данной области являются первыми. И вполне был прав, рассчитывая на поддержку коллег. Сам он о своей работе писал, что «рекомендует ее добрым людям с теплым чувством отца, не ослепленного обезьянней любовью к детям, но довольствующегося указанием на открытый взгляд, с которым его дитя смотрит на злой мир». Ом словно предчувствовал, что мир окажется для него злым, и это скоро подтвердилось.

 

Добавить комментарий

Plain text

  • HTML-теги не обрабатываются и показываются как обычный текст
  • Адреса страниц и электронной почты автоматически преобразуются в ссылки.
  • Строки и параграфы переносятся автоматически.
CAPTCHA
Этот вопрос задается для того, чтобы выяснить, являетесь ли Вы человеком или представляете из себя автоматическую спам-рассылку.