物 理 報 告
班級：電通系一 A 姓名：許志安 學號：9630019 報告科學家：歐姆 Georg Simon Ohm
格奧爾格‧西蒙‧歐姆
出生 1789 年3 月 16 日 埃爾朗根, 巴伐利亞
逝世 1854 年7 月 6 日 德國慕尼黑
研究領域 物理 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）
國籍 德國
居住地 德國
格奧爾格‧西蒙‧歐姆 研究機構 慕尼黑大學
（1789 年—1854 年） 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）
獲獎 科普利獎章（1841 年）
生平
在德國的西南方，有一個小小的城，名叫埃爾蘭根(Erlangen)。藍色的多瑙 河就彎彎蜿蜒過小城東北方，阿爾卑斯山的雪白巒峰就在小城南方的地平線上，
潮溼的山風滋潤著山坡下一大片翠綠的森林、草原。
領羊的牧笛不時地迴響在綠毯如茵的埃爾蘭根。十七世紀末葉，受法國宗教 迫害的影響，有幾個基督徒，離開自己的家園，逃到這一塊與世無爭的小草原上，
建立了一個與德國完全不同的文化、風貌的小城，所以這城又被稱為「基督徒 的埃爾蘭根」(Christian Erlangen)。
這些受過苦的異鄉人，為了謀生，發展出一種特殊的手藝，就是為孩童製造 各種有趣的玩具，而且以精巧著名。如今埃爾蘭根仍是德國玩具業的重鎮，每次 的國際玩具大展，都是在這裡舉行。真沒有想到世界玩具的城堡王國，是源自 這一些受苦的居民。
在這些精巧的玩具製造裡，為了自動化，就在玩具裡放了鍊條、轉輪與鎖套，
使玩具可以活動，當時埃爾蘭根最有名的一家機械鎖套、鍊條製造商，就是歐
姆的父親開的。
歐姆 1789 年 3 月 16 日出生於德國的玩具之城埃爾蘭根的一個鎖匠世家，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。
歐姆的父親、祖父、曾祖父都是從事這金屬製造的行業，尤其擅長造鎖。從 歐姆的日記裡可以知道，以前要產生一個鎖匠是很不容易的，十四歲就要去學 習，學了十年才能出師，然後再出去旅行十年，才能回來開店，旅行的期間靠著 手藝可以應付各種造鎖的需要。
打造好鎖是一種精密的手藝，差一點的鎖就只能鎖住自己。歐姆後來研究電 學，他寫道︰「我是把一生奉獻給精密的人，並且我相信科學上最準確的測量就 是在電學。」如今學生們都知道，與「電學」有關的科系，如電機系、電子工程 系、資訊工程系都是在聯考科系排名裡的前幾名，在外面的就業市場也很好。全 世界念理工的學生，都往「電學」擠，卻很少人知道那真正的關鍵是歐姆講的這 一句話︰「科學上最準確的測量就是在電學」。在理工的領域裡，愈能定量準確 的科系愈優秀。
歐姆幼年時期的初期就向父親學習，除了學習造鎖、鍊條之外，也學習數學、
物理──歐姆的父親在外面巡迴修鎖的期間，他就自修了這兩門功課。歐姆十歲 時，母親病逝，這給歐姆一家帶來最沈重的打擊。父親在家裡教歐姆
數學、物理，不僅傳授知識，也排解憂鬱。
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。歐姆的父親擔心自己所學有限，還請埃爾蘭根大學的數學系教授蘭格多 夫(Langedorff)博士來家裡開課。歐姆後來回憶道︰「蘭格多夫認為學生不會自 然
對數學產生興趣，對數學的興趣是需要老師殷勤的栽培才會產生。而最好的栽 培是老師對學生付出的注意力，會影響學生的求學胃口。數學不是談情說愛的 對象，一下就會使人迸出愛的火花，但是數學是可以結婚的終生對象，起初沒 有什麼味道，愈耕耘就愈有收穫。」
父親沒想到這樣的教育會使歐姆成為世界著名的物理學家，使歐姆的弟弟 馬丁(Martin Ohm)日後成為柏林大學首席數學教授，繼續把造鎖技術傳下去的是 歐姆的妹妹 伊利沙白(Elizabeth Barbara Ohm)。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。他並沒有 把精力放在學習上，而是在跳舞、滑冰和撞球上花費了大把的時間。歐姆的父親 對於歐姆如此浪費受教育的機會，而感到非常憤怒，於是把歐姆送到了瑞士。1806 年 9 月，歐姆在 Gottstadt bei Nydau 的一所學校取得了數學教師的職務。
1806 年德國與法國交惡。這對埃爾蘭根的居民無疑是晴天霹靂：德國人敵 視他們，認為他們是法國人的間諜；法國人仇視他們，認為他們是賣國賊。埃爾 蘭根的產品到處受抵制。八千人不到的小城，一夕間駐紮三萬多名的德軍，整個 城市幾乎成為俘虜營，學校也幾乎解散，歐姆的父親生意完全停頓。歐姆本來要 休學了，但是有一位書商瓦涉(Walther)看他讀書的樣子，知道他將來一定會有不 凡的成就，就推薦歐姆到瑞士的 Gottstadt 教會中去當數學老師。這所中學的校 長，吉韓德(Zehender)牧師後來寫信給瓦涉道︰「起初我看到這個十八歲的年輕 人又矮又瘦、其貌不揚，心想這人怎能教書，但是不久我發現教書是這年輕人的 癖好，而且非常勝任。」同時間，歐姆卻寫道︰「教書是一副沈重的軛。」他儘 量用課餘時間自修大學課程。
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。歐姆接受了蘭格斯多弗的建議，一邊任教一邊繼續自學數學。
三年以後歐姆忍不住對數學與物理的喜愛，竟然翻山越嶺偷進法國，帶著蘭 格多夫教授的推薦信，向法國的數學大師優勒(Euler)請益。這在當時是非常危險 的事：法國已經要與德國打仗，一個德國學生爬過瑞士高山，潛入法國，只是 為了要念數學，有誰會相信？優勒卻相信他，掩護他住在自己家中，教他數學 與法語，一年後他學成，再偷越邊境回去。
22 歲時，歐姆回到埃爾朗根，發現情況比他想像的更惡劣，找了兩年工作 都落空，只好在一所中學兼課。後來窮到一個地步，看到德國陸軍在招兵，他就 跑去應徵。不過德國陸軍拒絕他入伍，其後四年，他還是到處兼課。
埃爾蘭根大學因歐姆發表的數學研究，頒給他博士學位，這對他找工作似乎 毫無幫助。1817 年他出了一本幾何學的書，除了幾所圖書館購買以外，幾乎沒 有銷路，但歐姆還是莊嚴地把這本書獻給影響他一生的父親。同年他終於找到第 一份正式的工作，在科隆(Cologne)大學擔任數學物理系教授。
他在這時開始研究電流，歐姆仔細測量在一定電壓之下，不同物質的電流大 小，經過十年的實驗，他發現許多物質有一個特性「有一定的電壓範圍之內電阻 是定值」，這是後來非常有名的「歐姆定律」(Ohm Law)。「為什麼要研究電流 與電阻？」原因是「期望由一個物質的電導特性，接近它永恆的結構。」定律
發表出去卻石沈大海，沒有一點回音。等了十七年以後，科學界才發現他的偉大，
送給他一個金質獎章。這項遲來的榮譽，使他有權利選擇在任何一所著名的大學 任教。歐姆已經六十歲了，他選擇的是回到家鄉的埃爾蘭根大學，把一生最後的 菁華，奉獻給家鄉的學子。
歐姆上課的口頭禪是︰「你們到底懂不懂我的問題？」他從來不問「你們到 底知不知道答案？」歐姆是認為問題比答案更重要的老師，他常在課堂上花很多 間去解釋他的問題，而不是答案，他認為問對問題，已經接近答案了。歐姆說︰
「一個問題要解釋到非常清楚，像水晶一樣的透明不含糊。」
歐姆上課的教室裡，沒有桌子，只有椅子。他堅持要學生把筆記本放在膝蓋 上，這樣就不會整課堂猛抄筆記，而是隨著歐姆慢慢寫在黑板上的字一邊抄一邊 想。歐姆上課講的話不多，想一陣講一陣，講的也很慢，但很有內容，這樣學生 可以一邊寫，一邊想。
歐姆非常強調數學，他說道︰「數學是解開大自然奧祕的一把鑰匙。」他也 強調物理實驗，他說︰「實驗就是見證。」他的實驗課，要求學生在還沒有實驗 前，先聽他講解半小時再動手做，而非貿然下手。
歐姆的教學影響了很多學生。有一位學生畢業多年後寫道︰「歐姆老師的個 性與氣質，深深影響我的心靈。」另一位學生寫道︰「老師年輕時雖然遭遇很多 不順利，但是他生命的活潑，使他到年老，依然認真與幽默。」歐姆一生都在 路德會教堂聚會，有人說︰「歐姆是把大學當作他的修道院，默默地以教育當 作向上帝守的誓約，他的心靈就像 馬丁路德(Martin Luther)一樣。」
歐姆一生都沒有結婚，生活非常簡單，一年四季老穿一件深藍色的大衣。書 教累了就拿出大衣口袋裡的鼻煙盒，提神一下又繼續教。1854 年 7 月 6 日上午 十點，歐姆覺得身體不太舒服，卻還是抱病站上講台。他死在他最喜愛的地方——
講台上。
1854 年 7 月 6 日，歐姆在德國曼納希逝世。
為了紀念歐姆為電學發展做出的重大貢獻，後人將電阻的單位規定為〝歐姆〞
(Ω)。
理論
一、歐姆定律
從意大利物理學家伏打於 1800 年發明了世界上第一個直流電源---伏打 電後，丹麥物理學家奧斯特發現了電流的磁效應，法國物理學家安培等人對電 磁學的理論研究又取得了豐碩的成果。一時間，電磁學的發展出現了突飛猛進 的局面，眾多的科學家從各個角度對電磁學進行著探索和研究。歐姆也對電學 研究產生了濃厚的興趣。然而他只是一名普通的中學物理教師，沒有資料，沒 有資金，也沒有志同道台的同行交流經驗。不過，歐姆從小受父親的影響，耳 濡目染，他有很強的動手能力，自己製作了許多實驗儀器。
電流是個令人捉摸不透的東西，看不見，摸不著，從什麼地方下手來研究它呢?
歐姆注意到，電流在電線裡流動的過程，就像熱的傳遞過程一樣，它的"
能力"在不斷地衰減，說明電線對電流有一種消耗作用。當時還沒有人對這一 問題做過深入的研究。於是，他決定研究電流在導體中流動的有關問題，看看 導體對電流是怎樣"消耗"的。
要研究電流，首先必須有檢驗電流的儀器。開始，歐姆利用電流的熱效應， 用熱脹冷縮的方法來測量電流強度。但這種方法很難取得精確的果。歐姆認真 研究了奧斯特、安培等人的科研成果，利用電流的磁效應，創造性地將它們與 庫侖扭秤法結合起來，設計了一種檢驗電流強度的儀器。他的設計是這樣的：
將一根磁針的中點用一段扭絲(即有彈性的金屬絲)懸掛起來，使磁針平行地位 於通電導線的上方，通電後，電流產生磁場使磁針扭轉，由於扭絲的扭力阻礙 磁針的偏轉，那麼，從磁針扭轉的角度就能檢驗出電流強度的大小。
有了電流檢驗器，歐姆又開始思考導體的問題。在這之前，歐姆經過粗略 地實驗，已知道不同材料製成的導體的導電率(導電率的倒數即我們現在所說 的電阻)是不同的。要想準確、定量地測量出哪種導體的導電率，軌必須對導 體的粗細、長短等加以限制。就像要比較不同物質的密度，就必須取相同體積 的物質來稱量它們的質量一樣。於是，歐姆自己動手，用敲打、拉伸等辦法，
製成了各種規格的不同材料的導體。有相同直徑相同長度的；有相同直徑不同 長度的；還有相同長度不相同直徑的等等。
歐姆把這些導線分別接在伏打電推上，再用他的電流扭秤來檢驗。通過對大量 的實驗數據的比較，他總結出：用同種材料製成的導線，導線越長、，越綑，
對電流的傳導率越差；相反，導線越短、越粗，導電能力就越強。他還發現，
銀的導電率在諸多金屬中最好。
二、除了歐姆定律以外，歐姆還有一些重要的發現，例如他提出「音樂是來自空 氣中粒子的震動，並以人耳朵中的一個薄膜起共振」，這句話使得不懂音樂 的歐姆被稱為「電學界的貝多芬」。他發明電阻器，使電路在一定的電壓下，
用不同的電阻器，就可以控制電流的大小。
貢獻
這個定律在我們今天看來很簡單，然而它的發現過程卻並非如一般人想像的 那麼簡單。歐姆為此付出了十分艱巨的勞動。在那個年代，人們對電流強度、
電壓、電阻等概念都還不大清楚，特別是電阻的概念還沒有，當然也就根本 談不上對它們進行精確測量了；況且歐姆本人在他的研究過程中，也幾乎沒 有機會跟他那個時代的物理學家進行接觸，他的這一發現是獨立進行的。
歐姆定律及其公式的發現，給電學的計算，帶來了很大的方便。
歐姆定律的發現，使電路理論成為一門精確的科學，也為電學開拓了一條新 的光明大道。
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)
