Для своих первых экспериментов Ом выбрал 8 проводников, имеющих длину 2, 4, 6, 10, 18, 34, 66, 130 дюймов и обозначенных им порядковыми номерами по возрастающей длине. Все исследуемые проволоки были нарезаны из одного и того же медного платинированного провода толщиной 7/8 линии. После того как на концах термопар устанавливалась температура 0 и 100 °С, Ом последовательно включал в цепь приготовленные им проволоки. Сняв показания магнитного действия тока1, Ом проводит те же измерения, включая те же проводники, но в обратном порядке. Результаты своих измерений, вернее, средние их значения, Ом оформил в виде таблицы.
Из таблицы видно, что отклонение магнитной стрелки при включении одного и того же проводника уменьшалось от опыта к опыту, хотя и незначительно (рис. 6).
По этому поводу Ом замечает в своей работе: «Не берусь утверждать, что является причиной этого уменьшения силы (магнитного действия. — В. К.): изменения, произошедшие в месте контакта, или то, что 8 и 11 января дни были очень холодные, а сосуд со льдом стоял на окне холодной комнаты». Однако, поясняет далее Ом, результаты двух серий опытов, выполненных 15 января, имеют очень малое расхождение, хотя время между 4 и 5 сериями, выполненными в этот день, составляло около четырех часов. Стабильность термоэлектрического источника тока в сравнении с гальванической батареей много выше, и Ом надеется на успешное завершение начатых им исследований. В этом убеждает и хорошая повторяемость при обратном включении проволок.
Исследуя табличные данные, Ом находит, что они «очень хорошо удовлетворяют выражению
где X — сила магнитного действия проводника с током, длина которого х, а а и b — постоянные величины, зависящие соответственно от возбуждающей силы и от остальной части цепи».
Если величине b для всех опытов придать значение 20,25, а величине а несколько отличающиеся для каждой из пяти серий значения 7285, 6965, 6885, 6800, то, вычисляя по вышеприведенной формуле, Ом находит для соответствующих проволок следующие значения:
Различия данных, полученных экспериментально и вычисленных по предложенной Омом формуле, незначительны, что подтверждает правильность найденного Омом выражения. Но ученый помнит неудачи прошлых исследований и на этом не прекращает эксперимент, желая окончательно убедиться в справедливости открытого им закона пропорциональности силы тока и напряжения («возбуждающей силы», по терминологии Ома. — В. К.).
Для следующей серии опытов Ом использует 4 латунные проволоки длиной 2, 4, 8, 16 дюймов и толщиной 0,3 линии. Для них он находит значения, соответствующие силе тока 111,5; 64,75; 37; 19,75. Применяя полученную формулу, Ом вычисляет значения силы тока, которые хорошо совпадают с данными, установленными экспериментально. Используя результаты для медной и латунной проволок, Ом по выведенной им формуле находит, что 1 фут медной проволоки диаметром 7/8 линии имеет такое же сопротивление, как и 20,5 футов латунной проволоки диаметром 0,3 линии. Установив это, Ом включает пятый проводник из латуни длиной 276 дюймов, для которого получает значение Х = 1,25. Эта цифра вытекала и из формулы Ома, если учесть различия в проводимости латунной и медной проволок, то есть для х принимать значение не 276, а в 20,5 раз больше (х = 5658). Подставляя для а и b те же значения, что и в предыдущих расчетах, Ом нашел:
Х = 6800: (20,25 + 5658) ≈ 1,2.
Отсюда следует важный вывод, что найденная Омом формула, связывающая физические величины, характеризующие процесс протекания тока в проводнике, справедлива не только для проводников из меди. По этой формуле можно рассчитывать электрические цепи независимо от материала проводников, используемых при этом.
В следующей серии опытов Ом изменяет температурный режим термопары. Один ее конец по-прежнему остается в сосуде со льдом, а второй находится при комнатной температуре, равной 9,4°С 2. Проводники из первой серии опытов включались в цепь в последовательности 1, 2, 3, 4, 5, 6, 5, 4, 3, 2, 1. Данные для магнитного действия тока в этих экспериментах образуют следующий ряд чисел: 27,25; 23,25; 20; 15,5; 10,75; 6,5; 10,75; 15,5; 20; 23,5; 27,75. Если в установленную Омом формулу подставить b, равное 20,25, то можно вычислить величину а , определяющую значение возбуждающей силы. Подставляя в формулу Ома средние значения данных, полученных для первого проводника, найдем для возбуждающей силы значение а = 612. Следовательно, при изменении температуры одного из спаев примерно в 11 раз, возбуждающая сила термопары уменьшается примерно во столько же раз. На основании этих исследований Ом делает вывод, что возбуждающая сила термоэлемента пропорциональна разности температур спаев.
Кроме того, Ом установил, что постоянная не зависит ни от возбуждающей силы, ни от длины включенной проволоки. Этот факт дает основание утверждать, что величина b характеризует неизменяемую часть цепи. А так как сложение в знаменателе полученной формулы возможно только для величин одинаковых наименований, то, следовательно, постоянная b, заключает Ом, должна характеризовать проводимость неизменяемой части цепи.
В последующих опытах Ом изучал влияние температуры проводников на их сопротивление. Он вносил исследуемые проводники в пламя, помещал их в воду с толченым льдом и убеждался, что электрическая проводимость проводников уменьшается с повышением температуры и увеличивается с понижением ее.
Основательно убедившись в справедливости полученного выражения, которое представляло собой закон электрических цепей, Ом в дальнейших экспериментах использует его для исследования режима работы «вольтова столба» и мультипликатора Швейггера — Поггендорфа. Выводы из этих экспериментов позволили Ому использовать мультипликатор в качестве электроизмерительного прибора в последующих опытах.
- 1. Здесь и в дальнейшем значения силы тока (его магнитного действия), которые регистрировал Ом, даны в условных единицах, соответствующих углам, на которые поворачивалась магнитная стрелка.
- 2. На этот факт всегда обращают внимание биографы Ома, характеризуя условия, в которых ученый проводил свои экспериментальные исследования.
Добавить комментарий