История выдающихся открытий и изобретений - [26]

Ом впервые разрабатывает методику измерений электропроводности проволок из платинизированной меди различной длины, имеющих одинаковое поперечное сечение. В первых опытах источником тока служил обыкновенный «вольтов столб», но вскоре Ом заменил его более стабильным источником тока – термоэлементом. Интенсивность электрического тока измерялась уже известным в то время наиболее точным прибором – крутильными весами Кулона, изобретенными французским ученым и инженером в 1784 г. Кулон установил, что металлические проволоки «имеют силу кручения, пропорциональную углу кручения». Легкое «коромысло», на одном из концов которого укреплялся бузиновый шарик, подвешивалось на тонкой серебряной нити, и шарик, получая электрический заряд, отталкивался, закручивая нить. С помощью специального «микрометрического круга» определялись угол кручения и сила, действующая на шарик. Но Ому нужно было измерять не заряд, а «силу» электрического тока. Поэтому он усовершенствовал «весы» Кулона, создав новый совершенно оригинальный электроизмерительный прибор (рис. 6.1, д, б). Зная об отклонении магнитной стрелки электрическим током, открытым в 1819 году датским физиком Эрстедом, Ом вместо коромысла с бузиновым шариком подвешивал над проводником магнитную стрелку и по углу ее отклонения определял магнитное действие электрического тока от термоэлемента с парой металлов «медь – висмут» (рис. 6.1, б).

Висмутовая полоса термоэлемента abb'а' (рис. 6.1, а) изгибалась в виде вытянутой буквы «П», а к ее концам привинчивалась медная полоса. Для поддержания разности температур концов термопары Ом изготовил два свинцовых сосуда – в один наливалась вода, доводимая до кипения спиртовкой, другой сосуд набивался мелко колотым льдом со снегом (рис. 6.1, б).

а)

б)

Рис. 6.1. Экспериментальная установка Ома: а – общий вид; б – электрическая часть

Чтобы добиться большей чувствительности крутильных весов, Ом внес в их конструкцию ряд изменений. В верхней части прозрачного цилиндра (чтобы избежать влияния воздушных потоков) укреплялась коническая цапфа пп с неподвижно скрепленной с ней измерительной головкой q, к которой припаивался подвес, а на другом конце подвеса прикреплялась магнитная стрелка t. Число делений, на которое нужно было повернуть головку для возвращения магнитной стрелки в исходное положение, точно фиксировалось Омом.

Всю систему, изготовленную Омом, историки физики справедливо назвали «первым прибором для электрических измерений».

Две медные шины k своими концами dd' опускались в чашечки со ртутью тт\ к которым подводились зачищенные концы исследуемых проволок. В зависимости от длины проволок и площади их поперечного сечения изменялось магнитное действие электрического тока. Уменьшение этого действии Ом назвал «потерей силы» П, которая по расчетам Ома должна быть пропорциональна углу поворота магнитной стрелки. Этот угол измерялся поворотом измерительной головки q, к которой прикреплялась нить с магнитной стрелкой, до возвращения стрелки в первоначальное положение.

Путь к всемирной славе оказался для Ома неимоверно трудным. После завершения реконструкции всех элементов электроизмерительной установки Ом в течение двух лет, проявляя завидное мастерство экспериментатора, терпение и настойчивость, стремился получить наиболее точные данные. Он выяснил влияние температуры проводников на их проводимость — для этого он вносил их в пламя горелки и в сосуды с водой и льдом. Он исследовал силу тока не только по его магнитному действию, но и по химическому действию (в частности по объему газов при электролизе воды). Наконец, в мае 1827 года выходит его фундаментальный труд «Теоретические исследования электрических цепей» объемом 245 страниц. Ом впервые использует для анализа процессов в электрических цепях дифференциальные и интегральные исчисления и теорию рядов. Изучая знаменитое сочинение французского ученого Фурье «Аналитическая теория тепла», Ом обратил внимание на то, что Фурье объясняет тепловой поток между двумя телами разностью температур этих тел. И ему приходит в голову гениальная мысль о возможности аналогии между «тепловым потоком» и электрическим током в проводнике, вызванным разностью «электроскопических сил» ΔU (по современной терминологии — разностью потенциалов).

И по аналогии с формулой Фурье для теплового потока Ом находит формулу для электрического тока:

где S — сила тока (его магнитное действие), а выражение в знаменателе Ом назвал «приведенной длиной», где Δх — длина проводника; ω — площадь его поперечного сечения, а р — удельное сопротивление, характеризующее материал проводника. Если сравнить эту формулу с современной записью закона Ома для однородной цепи, увидим, что «приведенная длина» — это сопротивление проводника. Закон, носящий его имя, Ом сформулировал так: «Величина тока в гальванической цепи пропорциональна сумме всех напряжений и обратно пропорциональна сумме приведенных длин». Заметим, что Ом впервые в западноевропейской электротехнической литературе вводит термин «сопротивление», не зная, что за четверть века до него этот термин на русском языке ввел выдающийся отечественный физик В. В. Петров.