国际计量单位DR 国际计量单位 7大国际单位制( 五 ) _计量单位

图15：欧姆1826年论文中的实验装置图

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。

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图16：西南交通大学搭建的超导磁悬浮列车实验线平台

5 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。

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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) = 1×10^6微法(μF)
1微法(μF)= 1×10^6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（Hans Christian ?rsted，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。

他在软铁环两侧分别绕两个线圈，其一为闭合回路，在导线下端附近平行放置一磁针，另一与电池组相连，并接开关，形成有电源的闭合回路。实验发现，合上开关，磁针偏转；切断开关，磁针反向偏转，这表明在没有电池的线圈中出现了感应电流！法拉第发现了电磁感应现象！

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！

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图18：法拉第发现电磁感应示意图

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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！