Galvaninės teorijos pradžia
Georgas Simonas Omas (G.S. Ohm, 1787-1854) gimė vokiečių amatininko, teturinčio pradinį išsilavinimą, tačiau pakankamai išsilavinusio, šeimoje. Georgo tėvas 40 m. amžiaus susidomėjo matematika, kurios mokė ir abu savo sūnus. Martinas irgi tapo žinomu mokslininku, matematikos profesoriumi.
1805 m. Omas įstojo į Erlangeno un-tą, tačiau sunkiai versdamasis jau kitais metais buvo priverstas jį palikti ir mokytojauti. Savarankiškai parengė daktarinę disertaciją ir ją apgynė 1811 m. Paskui dėstė matematiką Bambergo realinėje mokyklojo, o vėliau 1817-26 m. Kelno gimnazijoje. Omas susidomi fizika ir kukliame mokyklos fizikos kabinete pradeda bandymus su galvanine grandine. Rezultatus skelbia moksliniuose žurnaluose. Jis tikėjosi, kad jais susidomės, - ir tai atvers jam kelią į universitetą. To neįvyko.
1827 m. pasirodė Omo tyrinėjimų monografija. Jos baigimui Omas persikėlė į Berlyną, kur gyveno iki 1833 m. 1833-49 m. jis fizikos profesorius Niurnbergo politechnikos mokykloje, nuo 1839 m. jos direktorius.
Paskutinius metus praleido Miunchene, kur nuo 1849 m. buvo Miuncheno un-to ekstraordinaliu, ir tik nuo 1852 m. tapo ordinaliu fizikos profesoriumi. Jis taip pat daug darbavosi akustikos, optikos, kristalooptikos, molekulinės fizikos srityse. Iškėlė mintį apie sudėtingą garso struktūrą, 1843 m. nustatė, kad ausis kaip paprastą toną girdi tik tą garsą, kurį sukelia sinusiniai svyravimai, o visi kiti garsai girdimi kaip pagrindinis tonas ir obertonai (akustinis Omo dėsnis).
1826 m. sausį Omas eksperimentiškai nustatė pagrindinį elektros grandinės dėsnį srovės stiprumo,
potencialo ir laidininko varžos priklausomybę. Jis padarė išvadą, jog magnetinio poveikio laidininkui jėga išreiškiama formule:
X= a/(b+x)
kur x - laidininko ilgis, o a ir b - pastovūs dydžiai, priklausantys nuo sužadinimo
jėgos ir kitų grandinių dalių varžos. Dabar tą formulę suprantame taip: X - srovės stiprumas,
a - elektrovaros jėga, b+x - bendra grandinės varža.
1827 m. tą dėsnį pagrindė teoriškai apibendrindamas monografijoje Matematiškai aprašyta galvaninė grandinė, kurios įžangoje rašė: Skelbiu galvaninės elektros teoriją ir manau ateityje, kiek man leis laikas, valia ir sąlygos, pamažu pridėti naujų dalių, kurios sudarytų vieningą visumą, jei tik pirmųjų gautų rezultatų vertė bent kiek pateisins mano aukas. Gyvenimo šaltis grėsė manyje sunaikinti tyrinėtojo narsą, neleido pažinti visos būtinos literatūros, todėl bandomajam pasirodymui pasirinkau tą dalį, kurioje galėjau mažiau paisyti konkurencijos. Kaip norėčiau, kad skaitytojas būtų palankus ir mano darbą priimtų su tokia meile, su kokia jis buvo sukurtas.
Daug lemia gyvenamoji aplinka Omo atveju, 19 a. pirmoji pusė. Tuo metu Vokietijoje nebuvo skatinami gamtos mokslai. Dėl feodalinio požiūrio, pirmenybę teikusio filosofinėms spekuliacijoms, jų pobūdis buvo siauras empirinis. Nors šalis turėjo tokias įžymybes kaip Gausą, Neimaną, Fraunhoferį, Humboltą, gamtos mokslai labai atsiliko nuo Anglijos ir Prancūzijos, kur juos skatino besivystanti kapitalistinė gamyba. Ten steigėsi nauji mokslo centrai, formavosi mokslinė-techninė inteligentija. Greta gamtos mokslų vystėsi fizika, ypač optika, elektra ir magnetizmas, kurių sąryšio idėjas iškėlė Erstedo (Oersted) ir Ampero*) darbai. Pamažu nyko nesvariųjų kaloriko, šviesos materijos, elektros ir magnetinių skysčių koncepcijos. Fizikai ėmėsi tirti ne tik atskirus reiškinius, bet ir ryšius tarp jų, įvairių energijos formų virsmus.
Savo šalyje negaudamas nei materialios, nei moralinės paramos, Omas vis tik rado jėgų atsidėti mokslui. Omo atradimui buvo svarbūs jo pirmtakų, visų pirma H. Deivio darbai. Netrukus po Voltos**) išradimo 1800-ais eksperimentai su Voltos stulpu (pirmuoju galvaniniu elementu) parodė, kad jo veikimas priklauso ne tik nuo konstrukcijos sudėtingumo, bet ir nuo išorinės grandinės dalies. 1821 m. Deivis (Davy) nustatė, kad laidininko laidumas tiesiog proporcingas jo skerspjūviui ir atvirkščiai proporcingas ilgiui; jis nustatė ir kai kurių metalų laidumą. Tačiau Omui vienas reikšmingiausių darbų buvo Furjė Analitinė šilumos teorija (1822), subrandinusi mintį apie elektros ir šilumos srautų analogiją. Kaip Furjė šilumos srautą apibūdina dviejų kūno taškų temperatūros skirtumu, taip Omas elektroskopinių jėgų (potencialų) skirtumu nusako elektros srovę.
Pagal tą analogiją atliko savo eksperimentą. Į grandinę nuosekliai jungė varinius vienodo skersmens, bet skirtingo ilgio laidininkus. Elektros srovę matavo savo patobulintu galvanometro pirmtaku sukamosiomis svarstyklėmis su ant metalinio siūlo pakabinta magnetine rodykle, kurios atsilenkimo kampą jis laikė proporcingu srovės stiprumui. Atsilenkimo kampas, taigi ir srovės stiprumas, bandymo metu buvo nustatomi daugiau ar mažiau pasukant pakabinimo siūlą, kad rodyklė galėtų grįžti į pradinę padėtį.
Omas privalėjo teisingai pasirinkti pagrindinius matuojamus dydžius magnetinį grandinės poveikį ir elektroskopinę jėgą (šis dydis yra analogiškas temperatūrai). Tuo metu srovės sąvoka dar nebuvo nusistovėjusi, tad gana naujas buvo teiginys, kad magnetinis grandinės poveikis gali būti srovės matu (idėja, kurią 1820 m. panaudojo Švaigeris, kai kūrė galvanometro prototipą). Be to, Omo laukė eksperimentiniai sunkumai, kurių didžiausias to meto galvaninių elementų elektrovaros jėgos ir varžos nepastovumas. Vienareikšmius ir tikslius rezultatus jis gavo tik Pogendorfui patarus srovės šaltiniu pasirinkti neseniai T. Zėbeko (Seebeck) atrastą bismuto-vario termoelementą.
Savo darbuose Omas pirmąkart pavartojo elektrovaros jėgos, įtampos kritimo, elektrinio laidumo sąvokas, elektrinės grandinės skaičiavimuose panaudojo diferencialines lygtis, o 1830 m. taip pat pirmasis išmatavo srovės šaltinio elektrovaros jėgą.
Bet priešingai Omo lūkesčiams, išsakytiems jo knygos įžangoje, 6 m. Omo atradimą jo tėvynėje pripažino tik menka saujelė mokslininkų, tarp jų iš Švaigeris, pats jį patvirtinęs Fehneris, Pogendorfas. Omas tikėjosi, kad monografija pagerins jo materialinę padėtį, tačiau tebuvo pasiūlyta dėstytojo vieta Berlyno karo mokykloje. Tam reikėjo arba aukoti laisvalaikį, arba tenkintis mažu atlyginimu ir tai Omas pasirinko. Vokietija neskatino mokslininko darbų.
Ne geriau Omo darbus pasitiko ir užsienis. Jis knygą išsiuntinėjo į didžiausius Europos mokslo centrus,
tarp jų į Prancūzijos akademiją jos tikrajam nariui Furjė. Šis trumpai atsakė, jog Diulongas ir
Amperas informuos apie jo darbo įvertinimą.
Tuo tarpu daugelis mokslininkų siekė arba besąlygiškai atmesti, arba paneigti Omo nustatytus dėsningumus kaip nepakankamai tikslius. Neįtikėtinai paprasta formulė neatitiko to meto pažiūrų, kad aktyvi grandinės dalis yra tik srovės šaltinis, o tirti pasyvius laidininkus lyg ir beprasmiška. Įdomus nesusipratimas įvyko 1837 m. su prancūzu C.S. Pouillet, nusprendusius eksperimentiškai patikrinti rezultatus. Juos patvirtino, bet turėdamas tik trumpą Omo tyrimų referatą, gautus rezultatus palaikė naujais, paties atrastais.
Pirmasis 1828 m. palankiai atsiliepė švedų chemikas ir mineralogas J.J. Berzelius. Pagal jį, tai toks pat svarbus dėsnis kaip kūnų traukos ir judėjimo. Bet ir jis 1832 m. išsakė įžeidžiančių Omo atžvilgiu pasakymų. Kad Omo dėsnis neatitinka tikrovės, dar 1852 m. manė žymus prancūzų fizikas C.M. Despretzas (Deprė). Omas netgi parašė Švaigeriui: Mano Galvaninė grandinė mane siaubingai nuliūdino, ir aš bevelijau prakeikti jos gimimo valandą.
Omo įvertinimas atėjo su elektrometrijos pažanga. Jau 1835 m. jo teoriją pripažino K.F. Gausas, M. Jakobis, E. Lencas ir kt. 1843 m. C. Wheatstone, konstruodamas savo tiltelį, pritaikė Omo dėsnį. F. Petruševskis Stebėtojiškoje fizikoje (1874) aprašė įspūdį, kurį Omo darbai padarė amerikiečių fizikui J. Henry: Kai pirmąkart perskaičiau Omo teoriją, ji man tvykstelėjo tarsi žaibas, staiga nušvietęs tamsoje skendintį kambarį. Tačiau iki tol, kol tapo visuotinai pripažintas, jis buvo ne kartą tikrinamas. 1874 m. Kembridžo un-te Kadenvišo observatorijoje, pavedus Maksvelui, tai dar kartą patvirtino G. Kristalas.
1841 m. Omas buvo apdovanotas Londono Karališkosios draugijos Koplio medaliu, 1842 m. išrenkamas jos nariu. Medalis tapo oficialiu Omo pripažinimu. Tais metais pasirodė ir jo knygos vertimas į anglų kalbą; 1860 m. į prancūzų kalbą. 1881 m. tarptautinis elektrotechnikų kongresas Paryžiuje Omo vardu pavadino elektrinės varžos vienetą.
Ir tik tada jo šlovė pasiekė Vokietiją. 1892 m. Miunchene jam pastatytas paminklas ir išleista raštų rinktinė.
*) Andrė-Mari Amperas (André-Marie Ampere, 1775-1836) prancūzų fizikas,
chemikas, gamtamokslininkas. Jis sukūrė pirmąją teoriją, išreiškiančią elektros ir magnetizmo reiškinių sąryšį, įvedė elektros srovės
sąvoką. Taip pat prisidėjo vystant mechaniką, tikimybių teoriją (traktatą apie tai 1803 m. išsiuntė Paryžiaus MA), matematinę analizę,
tačiau pagrindiniai darbai iš elektrodinamikos. Išvedė Ampero taisyklę (magnetinio lauko krypties poveikį magnetinei rodyklei). 1822 m.
nustatė magnetinį selenoido (ritės, kuria teka elektros srovė) efektą, iš kurio sekė selenoido tapatumas magnetui. 1829 m. jis išrado
komutatorių ir elektromagnetinį telegrafą. Mechanikoje įvedė terminą kinematika; o 1830 panaudojo termin1 kibernetika.
Domėjosi ir botanika, prisidėjo prie filosofijos (Mokslo filosofijos apmatai, 2 t., 1834).
Dėstė Politechnikume (tame tarpe ir matematiką) ir Paryžiaus un-te. Jo vardas yra tarp 72-ių Eifelio bokšte. Jo garbei pavadintas kalnas Mėnulyje.
Amperas, vienas mokslo apie elektrą kūrėjų, paprašė ant antkapio trumputės frazės: Pagaliau laimingas.
O Ampero kolega, savamokslis Faradėjus, būdamas labai kuklus, aplamai uždraudė ant kapo užrašyti bet kokius žodžius.
**) Aleksandras Volta (Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta, 1745-1827) italų fizikas, chemikas, fiziologas, vienas elektros teorijos pradininkų. Jo laikai pasižymėjo ypatingu susidomėjimu elektros reiškiniais. Kažkoks Bozė net norėjo, kad jį nutrenktų elektra, ktam, kad išgarsėtų. 1768 m. A. Volta parašė didertaciją apie bandymus su Leideno stiklinėmis. 1792-94 m. padaro išvadą, gyvūnų magnetizmas susijęs su uždara elektros grandine. Prieš tai dėstęs fiziką gimnazijoje, 1779 m. tampa Pavijos un-to profesoriumi, o 1815 m. Padujos un-to filosofijos fakulteto dekanu. Jis pirmasis vario ir cinko plokųteles panardino į rūgštį, taip gaudamas nuolatinį elektros šaltinį (Voltos stulpas, 1800). Be to jis atrado ir degias dujus metaną (1776). Jo galbei pavadintas elektros įtampos matavimo vienetas (voltas) ir krateris Mėnulyje. O kartą Napoleonas, Akademijos bibliotekoje pamatęs laurų vainiką su užrašu Didžiajam Volterui, nutrynė paskutinias raides taip, kad gautųsi Didžiajam Voltai...
Triukšmai
Superlaidumas
Stikliniai laidai
Galileo Galilėjus
Garo tramdytojas
Kodėl dangus žydras?
Naglumas sėkmės garantas
Genijaus keliai ir klystkeliai
Neversti: tylioji revoliucija
Lemtingasis Rentgeno atradimas
Elektra, kol dar nebuvo vartotojų
Dž. Bruno mirtis ir nemirtingumas
Kaip veikia Saulės baterijos?
Lutecis: paskutinis iš lantanoidų
Kodėl chemikai nemėgsta J ir Q?
8 alternatyvūs energijos šaltiniai
Elektros panaudojimas žemdirbystėje
Kelionė po cheminių elementų lentelę
Kvantinė mechanika: Triumfas ar ribotumas?
Artileristas, atradęs sustingusio laiko sferą
Mokslo riboženkliai: 1867-ieji kartų kaita
Stivenas Hokingas nenurimstantis invalidas
Intuicijos ribojimas matematikoje 19-me amžiuje
Paslaptingas Tesla - gyvenimas ir palikimas
Zingeris ir jo siuvamoji
Kokia yra Visata? Sukasi?
Nepaprastos vandens savybės
Šaltoji branduolių sintezė
Metalinis vandenilis
Senovės mechanika
Kvantinis chaosas
Geodinamika
Vartiklis
NSO.LT