图14:欧姆
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。
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!