格奧爾格·歐姆

格奧爾格·歐姆

格奧爾格·西蒙·歐姆（1789 年—1854 年）

出生 1789 年 3 月 16 日 德國埃爾朗根 逝世 1854 年 7 月 6 日 德國慕尼黑

研究領域 物理 獲獎 科普利獎章（1841 年）

國籍 德國 居住地 德國

研究機構 慕尼黑大學 母校 埃朗根大學

導師 卡爾‧克利斯坦‧凡‧蘭格斯多 弗

（Karl Christian von Langsdorf）

著名 歐姆定律

歐姆位向定律（Ohm's Phase Law）

歐姆聽覺定律（Ohm's acoustic law）

生平：

格奧爾格‧西蒙‧歐姆（Georg Simon Ohm，1789 年 3 月 16 日埃爾朗根—1854 年 7 月 6 日慕尼黑），德國物理學家。歐姆發現了電阻中電流與電壓的正比關係，

即著名的歐姆定律；他還證明了導體的電阻與其長度成正比，與其橫截面積和傳 導係數成反比；以及在穩定電流的情況下，電荷不僅在導體的表面上，而且在導 體的整個截面上運動。電阻的國際單位制「歐姆」以他的名字命名。

歐姆 1789 年 3 月 16 日出生於德國埃爾朗根的一個鎖匠世家，父親喬安‧渥 夫甘‧歐姆是一位鎖匠，母親瑪莉亞‧伊麗莎白‧貝克是埃爾朗根的裁縫師之 女。

雖然歐姆的父母親從未受過正規教育，但是他的父親是一位受人尊敬的人，高水 準的自學程度足以讓他給孩子們出色的教育。歐姆的一些兄弟姊妹們在幼年時期 死亡，只有三個孩子存活下來，這三個孩子分別是他、他後來成為著名數學家的

弟弟馬丁‧歐姆（Martin Ohm，1792 年—1872 年）和他的姊姊伊麗莎白‧芭芭拉。

他的母親在他十歲的時候就去世了。

幼年時期的初期，格奧爾格‧西蒙和馬丁高程度的數學、物理、化學和哲學 是受他們的父親所教。格奧爾格‧西蒙在 11 歲至 15 歲時曾上埃朗根高級中學， 在 那裡他接受到了一點點科學知識的培養，並且感受到學校所教授的與父親所傳授 的有著非常鮮明的不同。格奧爾格‧西蒙‧歐姆 15 歲時接受了埃爾朗根大學教授 卡爾‧克利斯坦‧凡‧蘭格斯多弗（Karl Christian von Langsdorf）的一次測試，他 注意到歐姆在數學領域異於常人的出眾天賦，他甚至在結論上寫道，從鎖匠之家 將誕生出另一對伯努利兄弟。

1805 年，16 歲的歐姆進入埃爾朗根大學學習數學、物理和哲學。可是當時歐 姆不用心向學，反而花了大量時間在跳舞、溜冰和桌球等玩意上。他父親對此感 到十分憤怒，認為他蹧蹋了寶貴的 學習機會，在三個學期後命令歐姆退學。從此，

歐姆便開始了漂泊的教學生涯：他曾任職中學數學教師，又當過家庭教師。他對 數學和物理的興趣仍然十分濃厚，所 以在工餘不斷努力自修，立志當一名大學教 授。卡爾‧克利斯坦‧凡‧蘭格斯多弗在 1809 年離開埃爾朗根大學前往海德堡大 學任教，歐姆提出希望跟他一起前往海德堡重新開始他的數學學習，但是蘭格斯 多弗建議歐姆繼續自學數學，並建議他閱讀歐拉、拉普拉斯和拉克洛瓦的著作。

到了 1811 年，他再回到埃爾蘭根大學，憑著自修的成果，取得博士學位，並隨即 在該校教授數學。過了三個學 期，歐姆覺得在埃爾蘭根大學不會有發展的機會，

加上生活太困苦，便接受巴伐利亞政府的聘請，到班堡一間條件相當差的中學擔 任數學教師。為了證明自己的能 力，他寫了一本幾何教科書。可是他的仕途仍然 不愉快。

歐姆輾轉到了科倫耶穌會高校任教。這所學校有一間設備完善的物理實驗 室，可讓歐姆進行實驗。1820 年，歐姆得知奧斯特發現了電流的磁 力效應後，開 始進行自己的電學實驗。最初他只為輔助學習而做實驗，後來為了出版學術論文，

才開始進行有系統的研究。他讓電流通過各式各樣的金屬線，研究電流和電壓的 關係。歐姆在 1825、26 年間發表的論文已提及一些可支持歐姆定律的數據，但他 在 1827 年出版的著作「通電電路的數學研究」才正式提出這個重要的電學定律。

歐姆，一邊任教一邊繼續自學數學。22 歲時，歐姆回到埃爾朗根，並在 1811 年以論文《Licht und Farben》（光線和色彩）獲得博士學位，此後在埃爾朗根做了 3 個學期的數學講師。此後分別於 1813 年在班貝格、1817 年在科隆、1826 年在柏 林的幾家中學任教。

歐姆期望物理學界會給他一些回應，或讓他找到一份大學教職，可是他的著 作就像石沉大海，甚至連反對的聲音也沒有。雖然歐姆的理論將會深 深地影響電 學的發展，但是他在這本書裏使用了大量數學，與當時德國物理學界的潮流完全 相反，所以權威們對他的工作都不大理會。歐姆感到十分失望。他辭去耶 穌會學 校的職務，並開始在柏林的學校當一些短期的數學教務。雖然在 1833 年，他受聘 於紐倫堡理工學院，但這仍然不是他理想中的大學教職，1839 年起擔任該校的校 長，1841 年，倫敦皇家學院頒授金章給歐姆，肯定他的成就。後來他的祖國也給 他各種獎項和榮譽。歐姆終於得到物理學界的認同。1849 年起任教於慕尼黑大學，

到了 1952 年，歐姆才正式成為慕尼黑大學的物理教授，償了他一輩子的心願，可 是他兩年後便與世長辭。

歐姆逝世後葬於慕尼黑。

理論：

歐姆定律的發現

在 1825 年發表的第一篇論文中，歐姆研究了當電線長度增加時電磁力隨之減 小的現象，論文完全基於實驗結果推導出了兩者之間的數學關係。

從傅立葉對熱傳導規律的研究中受到啟發，傅立葉發現導熱桿中兩點間的熱 流正比於這兩點間的溫度差，歐姆認為電流現象與熱傳導相似，便猜想導線中兩 點之間的電流也正比於這兩點間的某種驅動力（即現在所稱的電動勢）。歐姆用亞 歷山德羅‧伏打發明的伏打電池作為電源，後因電流不穩定而改用鉍和銅的溫差 電池保證了電流的穩定性。為了解決測量電流大小的難題，歐姆先是利用電流的 熱效應，用熱脹冷縮的方法來測量電流大小，但測量結果不精確，後來他把奧斯 特關於電流磁效應的發現和庫侖扭秤巧妙地結合起來設計了一個電流扭秤，讓導 線和連接的磁針平行放置，當導線中通過電流時，磁針的偏轉角與導線中的電流 成正比，即代表了電流的大小。

在 1826 年的兩篇重要論文中，歐姆建立了電傳導的數學模型和表達式。在這 兩篇論文中，歐姆由先前根據實驗結果推導出的結果，進而提出法則，解釋直流 電研究的結果，成為歐姆在接下來幾年發表完整理論前重要的第一步。

著名的「歐姆定律」發表在 1827 年的《Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet》（直流電路的數學研究）中，歐姆在書中完整闡述了他的電學理論，給 出了理解全書所需的數學背景知識，提出了電路分析中電流、電壓及電阻之間的

基本關係，把他的實驗規律總結成如下公式：Ｓ＝γE。式中 S 表示電流；E 表示 電動力，即導線兩端的電勢差，γ為導線對電流的傳導率，其倒數即為電阻。雖 然歐姆的這本書對電路理論研究和應用影響重大，但是在當時卻受到了冷遇，直 到 1841 年最終被皇家學會頒發的科普利獎章（Copley Medal）所承認。歐姆也在 1842 年成為皇家學會的一名外國會員，1845 年成為巴伐利亞科學學會的正式成員。

著作：

歐姆的著作數目眾多，其中最重要的是 1827 年發表的《Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet》（直流電路的數學研究），這部著作極大地影響了電流理論 和應用的發展，在這本書中首次提出的電學定律也因此被命名為「歐姆定律」， 而 電阻器中電流與電壓的正比關係即電阻的國際單位制也採用為「歐姆」。

歐姆重要的著作中包括：

‧ 《Grundlinien zu einer zweckmäßigen Behandlung der Geometrie als höheren Bildungsmittels》（幾何學指導的高等教育備課材料），埃爾朗根，1817 年，(PDF, 11.2 MB)

‧ 《Die galvanische Kette : mathematisch bearbeitet》（直流電路的數學研究），柏 林，1827 年，(PDF, 4.7 MB)

‧ 《Elemente der analytischen Geometrie im Raume am schiefwinkligen

Coordinatensysteme》（傾斜坐標系空間中的分析幾何學元素），紐倫堡，1849 年，

(PDF, 81 MB)

‧ 《Grundzüge der Physik als Compendium zu seinen Vorlesungen》（物理學基礎的 課程概要），紐倫堡，1854 年，(PDF, 38 MB)

參考文獻

‧ Carl M. von Bauernfeind: Gedächtnisrede auf Georg Simom Ohm, Technische Universität, München 1882.

‧ Ernst G. Deuerlein: Georg Simon Ohm 1789 - 1854. Leben und Wirken des großen Physikers. Erweiterte 2. Auflage, Erlangen: Verlag Palm & Enke, 1954, 32 S.

‧ Michael Droescher: Georg Simon Ohm (1789-1989), Kulturamt, Erlangen 1989.

‧ Peter May: Georg Simon Ohm. Leben und Wirkung, Stadtmuseum, Erlangen 1989.

‧ Dietmar Hahlweg, Walter Füchtbauer, Klaus von Klitzing: 200 Jahre Georg Simon Ohm. 1798 - 1989. Georg-Simon-Ohm-Verein, Erlangen 1989, 30 Seiten.

‧ Carl M. von Bauernfeind: Ohm: Georg Simon O., ADB, Bd. 24, S.187-203

‧ Encyclopædia Britannica Eleventh Edition