数学论述的电路
推动力除以阻力,便是电流——这一个比值,让电路第一次可以被计算。
推得越用力,流过的电就越多;让路越难走,流过的电就越少。欧姆把这件事,钉成了一个精确的比值。
核心想法
导线里的电,很像管道里的水。有一股推动它的力——这是电压。有流动本身——这是电流。还有导线对流动的阻挠程度——这是电阻。欧姆指出,这三者锁在一条利落的规则里:电流,等于电压除以电阻。
这一句话,用处大得惊人。把推力加倍,电流就加倍。把电阻加倍,电流就减半。三者之中知道任意两个,就能算出第三个——于是第一次,你能在合上开关之前,就精确预言一条电路会通过多大的电流。
它是如何诞生的
1820 年代,乔治·欧姆是科隆的一名学校教师,家里有一间简朴的实验室。他读了傅里叶那刚问世的理论——热如何流过一根金属棒——并猜想电也以同一种规则流动。要验证它,他需要一个稳定的电源(当时的电池会漂移),于是他用了热电偶:两种相接的金属,维持固定的温差,再测量当他换上越来越长的导线时,电流如何下降。
数据规则得漂亮,1827 年他把背后的理论发表了出来。然后,几乎什么也没发生。德国物理学界对这项工作视而不见、或加以讥讽;失望的欧姆放弃了教职,苦苦等待。承认最终来自英国——1841 年皇家学会的科普利奖章——而许久之后,他的名字,被赋予了电阻这个单位本身。
它为何重要
在欧姆之前,电是一种定性的奇观——火花、电击、抽动的蛙腿。在欧姆之后,电成了可以计算、因而可以设计的东西。他的比值,是电气工程的种子:你拥有的每一条电路,从那个不会烧坏你手机的充电器,到水壶里的发热丝,都建立在 V = I R 之上。
一个可以想象的画面
想象软管里的水。把水龙头拧大,压力升高——这是电压。更多的水奔涌而出——这是电流。现在把软管折一下,或换上一根更长、更细的:同样的压力,能推过去的水却少得多。那份额外的费劲,就是电阻。欧姆定律,不过是这场权衡的精确账本:流量,等于压力除以费劲。
它的位置
伏打的电池(1800)刚刚给了世界一股稳定的电流,而奥斯特、安培与法拉第,正忙着勾画它所产生的磁。欧姆,补上了这一切底下的算术。他的定律,嵌在法拉第发现电磁感应(见 faraday-1831)与麦克斯韦对电与磁的宏大统一(见 maxwell-1865)之间——那是电气时代赖以筑起的、安静而定量的骨架。
I herewith present to the public a theory of galvanic electricity, as a special part of electrical science in general.