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电量计算公式(七个电学计量单位是怎么来的？)
安培,电流,法拉第电量计算公式(七个电学计量单位是怎么来的？)
发布时间：2019-02-08加入收藏来源：互联网点击：11
我们现在知道，导体对电流的阻碍作用就叫该导体的电阻。它在物理学中表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。电阻也是导体本身的一种特性，与它是否在电路中无关。它的大小与导体的材料、长度、横截面和温度都有关系，其公式为R=ρL/S，其中ρ为导体的电阻率，电阻率与导体的材料和温度有关。随着科学的发展，科学家发现某些物质在很低的温度时，如铝在-271.76℃以下，铅在-265.95℃以下，其电阻竟然变成了零，这就是超导现象。如果把超导现象应用于实际，制成超导材料，将给人类带来很大的好处。比如在电厂发电、运输电力、储存电力等方面采用超导材料，可以大大降低由于电阻引起的电能消耗。再比如，用超导材料制造电子元件，由于没有电阻，不必考虑散热的问题，元件尺寸可以大大的缩小，进一步实现电子设备的微型化。超导材料研究是当今材料科学领域的前沿，必将在未来大放异彩。
图16：西南交通大学搭建的超导磁悬浮列车实验线平台
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电容（C）的单位：法拉（符号F）
电容是指容纳电荷的能力，也叫电容量，它是一种容纳电荷的器件，单位用法拉（F）表示。它的数值越大，表示它能装下的电荷越多；数值越小，能装下的电荷就越少。
图17：电容结构示意图
电容器的组成也比较简单，两个相互靠近的导体极板，中间夹一层不导电的绝缘介质，就构成了电容器。当电容器的两个极板之间加上电压时，电容器就会储存电荷。电容器的电容在数值上等于一个导电极板上的电荷量（Q）与两个极板之间的电压（U）之比，用公式表达为C=Q/U。如果一个电容器带1库仑电量时，两极板间电压是1伏特，这个电容器的电容就是1法拉。
前面我们讲电量时提过，1库仑是相当大的电量，由此，1法拉也是相当大的电容。我们实际的电子电路中很少用到法拉（F）这个单位，用到更多的是微法（μF）、皮法（pF）。他们之间的换算关系是：
1法拉(F) = 1X106微法(μF)
1微法(μF)= 1X106皮法(pF)
既然法拉单位这么大，为什么我们法拉定义成电容的单位呢？这要从电磁学的一位大神级人物——法拉第说起。
法拉第（Michael Faraday，1791-1867），英国杰出的物理学家、化学家。法拉第出生于一个乡村铁匠的家庭，小时候由于家里贫穷只上了两年的小学。辍学后，他开始当报童卖报，当学徒给老板干活。小法拉第特别喜欢读书，尤其是科学方面的书籍，他找到一本读一本并认真思考做笔记，同时他还喜欢听各种学术讲座。在他22岁时，当时英国鼎鼎有名的化学家戴维（Humphry Davy，1778—1829）独具慧眼，招收了这个勤奋好学的小学徒做他的助手。从此，法拉第踏上了探索科学的道路。
1820年，丹麦物理学家奥斯特（1777－1851）发现了电流的磁效应，这一发现引起了很多科学家的注意。
法拉第在对奥斯特实验进行详细研究后，一直在思考，既然电能产生磁，那么磁也应该能够产生电，但是如何才能够实现呢？终于在1831年8月，法拉第做了一个装置，如下图所示。
在此之后，他根据电磁感应原理亲手制作了世界上第一台“发电机”，这一原型使电能大规模生产和远距离输送成为了可能。电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一，它揭示了电、磁现象之间的相互联系，并对麦克斯韦电磁场理论的建立也具有重大意义！
图18：法拉第发现电磁感应示意图
图19：法拉第圆盘发电机
除此之外，1837年，法拉第引入了电场和磁场的概念，指出电和磁的周围都有场的存在，这打破了牛顿力学“超距作用”的传统观念。1881年国际电学大会用“法拉”做电容的单位，就是为了缅怀这个名叫法拉弟的牛人！
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电感（L）的单位：亨利（H）
电感表示闭合回路的一种属性。当电流通过线圈后，在线圈中会形成磁场感应，这个感应磁场又会产生感应电流来抵制通过线圈中的电流。这种电流与线圈的相互作用关系称为电感，以符号L表示，单位是亨利（H），简称亨。电感是自感和互感的总称。
图20：电感示意图
电感器一般由骨架、绕组、屏蔽罩、封装材料、磁芯或铁芯等组成，它能够将电能转化为磁能存储起来，在适当的时候又能释放出去再转化成电能，它的核心作用就是电磁转换。
在前面我们讲法拉第进行电磁感应实验，他所用缠在软铁上的线圈其实就是电感。任何导线在通过电流的时候都会产生磁场，把导体（导线）绕成螺旋状，磁场就会被聚集，绕的圈数越多磁场强度也就越大，产生的能量也就越大，所以电感器的实质其实就是一个被绕成螺旋状的导线。
图21：各式各样的电感
电感L的大小取决于绕线圈数，磁芯的磁导率，磁芯的截面积和有效磁路长度，它不会因为电流或者频率的增高而增大。电感单位除了亨利（H）之外，还有毫亨（mH）、微亨（μH），换算关系为：1H=1000mH，1mH=1000μH。
电感的单位是为了纪念美国著名的物理学家亨利（Joseph Henry 1797-1878），而以他的名字命名的。在列举了这么多欧洲（德、法、英、意）的科学家计量单位名字后，终于有一位非欧洲的科学家了。
图22：约瑟夫亨利
18世纪初在奥斯特发现了电流的磁效应后，一些科学家开始用通电螺线管使钢针磁化（安培通过这个实验研究出了安培定则，法拉第受这个实验启发发现电磁感应，可见奥斯特的这个实验对后人有多么的启发意义）。1825年，英国科学家斯特金（William Sturgeon，1783-1850）在一块马蹄形软铁上涂上了一层清漆，然后在上面间隔绕 18圈裸导线，通电后就成了电磁铁，吸起了约4KG的重物。这一实验引起科学家的极大兴趣，亨利正是其中之一。他开始着手改进电磁铁。1831年他成功研制出一个能吸起约1吨重物的电磁铁。
图23 电磁铁示意图
图24 继电器示意图
1829年8月，亨利发现线圈在断开电源时产生了电火花。1832年，他在《美国科学学报》发表了题为《关于磁生电流与电火花》的论文，这是关于自感现象最早的研究。他在1835年发表的另一篇论文中还详细介绍了自己关于发现自感实验过程。由于当时没有适当的仪器，他甚至用人体受自感电动势的电击——他称之为“直接受震法”，以验证自感电动势的存在以及感觉它的强弱。
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电导（G）的单位：西门子（符号S）
电导代表某一种导体传输电流能力的强弱程度。电导值越大，导体传输电流的能力就越强。电导越小，导体传输电流的能力就越弱。看到这一物理量，我们马上就会想起另外一个物理量——电阻（R）。电阻表示的是导体对电流阻碍作用的大小。所以我们不难看出，电导和电阻是描述导体传输电流能力的两个不同角度。在纯电阻线路中，电导和电阻互为倒数，其换算公式为G=1/R。
为什么有了电阻后还要有电导这个参数呢？因为在某些场景下，用电导更容易理解和使用。比如，在并联电路中求总电阻，我们需要将各电阻倒数相加再求倒数，而用电导，我们只需要将各电导直接相加就可以得到总电导。再比如我们在测量一些电解质溶液的导电能力时，常用到的参数就是电导率，通过测定电导率我们就可以知道这些液体的导电能力如何，离子浓度甚至含盐量大小。这样更方便我们理解，也更好描述液体在导体方面的特性。
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