Georg Simon Ohm
Ohm gilt gemeinsam mit Allesandro Volta (1745-1827) und dem italienische Anatom Luigi Galvani (1737-1798) als die Begründer der Forschung über elektrische Ströme. Er entdeckte den gesetzmäßigen Zusammenhang zwischen der elektrischen Spannung, der Stromstärke und dem Widerstand.
Inhaltsverzeichnis
Leben
Georg Simon Ohm war ein deutscher Physiker. Er ist am 16.März.1789 in Erlangen geboren und starb am 6.Juli.1854 in München.
Ohm stammt aus einer alten Mittelklassefamilie. Sein Vater Johann Wolfgang kehrte nach zehnjähriger Wanderung als Reisender nach Erlangen zurück, erhielt 1785 einen Master-Abschluss und heiratete Elizabeth Maria Baker. Gleichzeitig widmete er sich dem Studium der Mathematik und der Philosophie Kants. Der Vater machte seine Kinder Georg und Martin mit Mathematik vertraut und brachte ihnen persönlich Mathematik bei. Mit fünfzehn Jahren legte Georg Simon Ohm eine fünfstündige Prüfung bei Karl Christian von Langsdorf ab, der seine außergewöhnlichen Talente und überdurchschnittlichen Kenntnisse auf dem Gebiet der Mathematik bestätigte. Im Alter von 16 Jahren begann Georg Simon Ohm 1805 mit dem Studium der Mathematik, Physik und Philosophie an der Friedrich-Alexander-Universität in Erlangen. Aufgrund finanzieller Schwierigkeiten musste er ein Jahr später sein Studium unterbrechen und besuchte als Mathematiklehrer eine Privatschule im ehemaligen Gottstattkloster in der Schweiz. Im Alter von 22 Jahren kehrte er nach Erlangen zurück, schrieb 1811 seine Doktorarbeit über Licht und Farbe, doch gab er nie seine schriftliche Doktorarbeit ab, was ihm bei seinen späteren Hochschulbewerbungen erheblich schadete. Gemeinsam mit seinem Bruder arbeitete er für drei Semester als Privatdozent für Mathematik. 1812 wurde er Lehrer an der alten High School, heute Kaiser Heinrich High School und College in Bamberg. 1817 war er Professor für Physik und Mathematik an der Jesuitenhochschule in Köln und 1826 unterrichtete er an der Berliner Kriegsschule. Er fand das heute nach ihm benannte Ohm'sche Gesetz, dem man mit Misstrauen und scharfer Kritik begegnete. Ignorieren der Ergebnisse seiner Arbeit und seine schlechten materiellen Verhältnisse verbitterten Ohm. Ab Sommer 1826 erhielt er Forschungsurlaub und zog zu seinem Bruder nach Berlin. 1828 verzichtete er auf seine Stelle in Köln und gab nur noch ein paar Stunden Unterricht an der Kriegsschule Berlin. Sein Hauptinteresse galt der Elektrizität, die zu dieser Zeit weitgehend unerforscht war. Obwohl er sich danach sehnte, an die Universität zu kommen, fand er schließlich nur eine Stelle als Professor für Physik an der Polytechnischen Schule in Nürnberg, wo er ab 1833 sechzehn Jahre tätig war. Die Polytechnische Schule war damals, parallel zum Gymnasium, aber mit wesentlich gehobenerem mathematischem und naturwissenschaftlichem Unterricht, eine Erweiterung der "Realstudienanstalt" um Mittel- und Oberstufe und heißt heute Georg-Simon-Ohm-Fachhochschule.1839 wurde Ohm Direktor dieser Schule. Erst als das Ausland, ab 1837, auf seine vergessenen Leistungen von 1826 aufmerksam wurde, bekam er die Chance, seinen Traum einer Universitätsprofessur doch noch wahr zu machen.Im Juni 1839 ernannte ihn die Preußische Akademie der Wissenschaften zum korrespondierenden Mitglied. 1841 erhielt er die Copley-Medaille der Royal Society und 1842 wurde er korrespondierendes Mitglied dieser berühmten Gesellschaft.Doch erst 1849 erfüllte sich endlich sein langgehegter Wunsch, als man ihn zum Physikprofessor an die Universität München berief. Ohm wirkte aber nur relativ kurz an dieser Universität, kaum fünf Jahre. Er verstarb am 7. Juli 1854 nach kurzer Krankheit in München.
Entdeckung des elektrischen Widerstands
Um seine Hypothese zu testen, experimentierte Ohm. Mit einer konstanten Spannung leitet es Elektrizität durch verschiedene Drähte und misst seine Leitfähigkeit. Für den Test verwendete er dicke und dünne Drähte sowie lange und kurze Drähte. Er verwendete Kupfer, Messing und andere Metalle. Allmählich wurde seine Hypothese bestätigt: Dicke Kabel führen mehr Strom als dünne Kabel, und kurze Kabel führen mehr Strom als lange Kabel. Ohm erkannte jedoch schnell, dass nicht jedes Metall die gleiche Leitfähigkeit hatte. Beispielsweise führen Eisenkabel weniger Strom als Kupferkabel. Aber was ist der Grund für die unterschiedliche Leitfähigkeit? Ohm sah schnell den Grund. Während Elektrizität fließt, fließen Elektronen durch einen Metallleiter. Ohm schloss jedoch aus seinen Experimenten, dass sie nicht völlig frei flossen. In Metallleitern kollidieren Elektronen mit Ionen in einem Metallgitter. Jedes Mal, wenn es auf ein Elektron trifft, wird es langsamer. Sie verlieren Energie und die Energie strahlt in Form von Wärme aus. Ohm nannte dieses Phänomen "Widerstand". Je höher der Widerstand, desto mehr Strom wird blockiert.
Ohm und der elektrische Widerstand
Ohm machte eine wichtige Entdeckung, die für die Weiterentwicklung der Elektrotechnik von entscheidender Bedeutung war. Ohm Lange experimentierte mit verschiedenen Metallen, stellte jedoch schließlich fest, dass ihre Leitfähigkeit unterschiedlich war. Daraus schloss er, dass das Verhältnis der Spannung im Generator zur Intensität des Stroms im Leiter konstant ist. Ohm bedeutet, dass das Verhältnis Widerstand ist. Es verursacht eine thermische Reaktion im Leiter, einschließlich des Glühens des Wolframfadens im Kolben. Ohms Entdeckung war revolutionär. Es wird jedoch einige Jahre dauern, bis sein Wissen anerkannt wird. Ausgangspunkt des Ohm-Experiments sind zwei Stromgrößen: Spannung und Strom. Die Spannung kann als treibende Kraft des Stroms beschrieben werden - die Spannung kann niedriger sein, wie bei einem Fahrradgenerator, oder höher, wie bei einem Generator in einem Wasserkraftwerk. Andererseits gibt die Stärke des Stroms an, wie viele Elektronen zu einem bestimmten Zeitpunkt durch den Leiter fließen. Die beiden Größen sind unabhängig voneinander - zumindest wie die Zeitgenossen von Georg Simon Ohm glauben. Sie glauben, dass Spannung und Strom zwei unabhängige elektrische Phänomene sind. Andererseits war Ohm überzeugt, dass es einen Zusammenhang zwischen diesen beiden Phänomenen geben musste.
Zeichen
Das Symbol Ω wurde 1867 von William Henry Preece wegen des ähnlichen Klangs von Ohm und Omega vorgeschlagen. In Dokumenten, die vor dem Zweiten Weltkrieg gedruckt wurden, bestand das Einheitensymbol häufig aus dem erhabenen Kleinbuchstaben Omega (ω), so dass 56 Ω als 56ω geschrieben wurde. In der Vergangenheit haben einige Softwareanwendungen für die Dokumentbearbeitung die Symbolschrift verwendet, um das Zeichen Ω zu rendern. Wenn die Schriftart nicht unterstützt wird, wird stattdessen ein W angezeigt (z. B. "10 W" anstelle von "10 Ω"). Da W das Watt, die SI-Leistungseinheit, darstellt, kann dies zu Verwirrung führen, weshalb die Verwendung des richtigen Unicode-Codepunkts vorzuziehen ist.
Das Ohmsche Gesetz
Das Ohmsche Gesetz ist eine der Grundlagen der Elektrotechnik. Es gibt den Zusammenhang zwischen Strom, Spannung und dem Widerstand an. Georg Ohm fand experimentell heraus, dass der Strom durch einen elektrischen Leiter proportional zu der an ihm angelegten Spannung ist. Daraus formulierte er folgende Formel: U = R • I Die Spannung U ist das Produkt aus dem Widerstand R und dem Strom I. Diese Formel kann man verwenden, um bei zwei gegebenen Größen, die unbekannte Größe zu berechnen. Die Formel die aus dem Ohmschen Gesetz hervorgeht wird umgangssprachlich auch als URI-Formel bezeichnet. Dieser Name ergibt sich aus der Buchstabenfolge der Formel:
U = R• I
Die Einheit der Spannung U ist Volt: [U]=V
Der Wert des Stroms V wird in Ampere angegeben: [I]=A
Die Einheit des Widerstands R ist Ohm: [R]= Omega
Umgestellt nach den einzelnen Größen kann die Formel wie folgt geschrieben werden:
U = R • I , I = U : R , R = U : I
Ohmsche Gesetz und das URI- Dreieck
Der Zusammenhang der einzelnen Größen im ohmschen Gesetzes kann als Merkhilfe in einem Dreieck, dem sogenannten URI-Dreieck dargestellt werden. An der Spitze des Dreiecks findet man die Spannung U, links den Widerstand R und rechts den Strom I. Wenn man eine fehlende Größe ermitteln möchte, so deckt man diese gedanklich oder mit einem Finger ab. Anschließend betrachtet man die beiden übrigen Größen. Stehen die beiden bedeckten Größen nebeneinander, so werden diese multipliziert. Stehen sie hingegen übereinander, so wird die obere Größe durch die untere Größe dividiert. Beispielsweise deckt man die Spannung U an der Spitze des Dreiecks ab. Die beiden verbliebenen Größen, also der Widerstand R und der Strom I, stehen nebeneinander. Dementsprechend muss man, um die Spannung zu erhalten, den Widerstand mit dem Strom multiplizieren. Dies entspricht genau der URI-Formel.
Umsetzung von Standards
Die Quecksilbersäulenmethode zur Realisierung eines physikalischen Standard-Ohm erwies sich aufgrund der Auswirkungen eines nicht konstanten Querschnitts des Glasrohrs als schwierig zu reproduzieren. Verschiedene Widerstandsspulen wurden von der British Association und anderen konstruiert, um als physikalische Artefaktstandards für die Widerstandseinheit zu dienen. Die Langzeitstabilität und Reproduzierbarkeit dieser Artefakte war ein fortlaufendes Forschungsfeld, da die Auswirkungen von Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit und Zeit auf die Standards erfasst und analysiert wurden.
Werke
Die Schriften Ohms sind zahlreich. Die wichtigste war ein 1827 in Berlin veröffentlichter Artikel mit dem Titel ,,Die galvanische Kette mathematisch bearbeitet‘‘. Dieses Werk, dessen Anfangsideen in den zwei vorangegangenen Jahren im Biographisch-literarischen Handwörterbuch der exakten Naturwissenschaften von Johann Salomon Schweigger und Johann Christian Poggendorff erschienen waren, hat einen wichtigen Einfluss auf die Entwicklung der Theorie und Anwendung des elektrischen Stroms ausgeübt. Ohms Name ist in die Terminologie der Elektrizitätslehre eingegangen. Als ohmsches Gesetz wird die Proportionalität zwischen Stromstärke und Spannung in einem elektrischen Leiter bezeichnet, die Ohm im Frühjahr 1826 gefunden hatte. Die Proportionalitätskonstante wird als elektrischer Widerstand bezeichnet, dessen SI-Einheit das Ohm (Symbol Ω) ist. Ohm stellte 1843 auch eine Theorie der Aliquote oder Obertöne auf.
Quellen
https://studyflix.de/elektrotechnik/elektrische-energie-2142 https://de.wikipedia.org/wiki/Ohmsches_Gesetz https://de.wikipedia.org/wiki/Georg_Simon_Ohm https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/widerstand-spez-widerstand/geschichte/georg-simon-ohm-1789-1854 https://www.klassenarbeiten.de/referate/physik/georgsimonohm/georgsimonohm_9.htm https://www.gut-erklaert.de/physik/ohmsches-gesetz-erklaerung-formel.html
