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[!--downpath--]1999年，第21屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)將5月20日確定為“世界計(jì)量日”，以紀(jì)念1875年《公制公約》的簽署。這一契約為后來國(guó)際計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一奠定了基礎(chǔ)。 在國(guó)際單位制中，為了紀(jì)念這些偉大科學(xué)家做出的貢獻(xiàn)，許多單位都用他們的名字作為單位名稱，其中有10個(gè)與電磁學(xué)直接相關(guān)。 明天，在這個(gè)充滿愛的日子——讓我們一起來看看那些與我們生活息息相關(guān)的電磁學(xué)單位，以及它們背后的科學(xué)家們的故事。
作者|劉熵、劉景峰
以發(fā)明元素周期表而聞名的俄羅斯物理學(xué)家門捷列夫（Дми?трий Ива?нович Менделе?ев 1834-1907）曾說過：“沒有探測(cè)，就沒有科學(xué)”。 計(jì)量學(xué)是檢測(cè)的科學(xué)，是實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一和數(shù)值準(zhǔn)確可靠的。 它也是支撐社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。
麥克斯韋的思想將測(cè)量單位帶入了新時(shí)代
測(cè)量單位，也稱為測(cè)試單位，是用于測(cè)量和比較相似數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量或參考。 例如，我們?cè)诒容^質(zhì)量時(shí)使用“千克”，在比較厚度時(shí)使用“米”。 法定計(jì)量單位是國(guó)家以法律、法規(guī)形式規(guī)定的計(jì)量單位。
我國(guó)是世界上最早統(tǒng)一度量衡和比例尺的國(guó)家之一。 秦始皇統(tǒng)一中國(guó)后，頒布了統(tǒng)一計(jì)量和尺度的法令，對(duì)厚度、體積、質(zhì)量做出了精確的定義，并制定了一套嚴(yán)格的管理制度，結(jié)束了原來戰(zhàn)國(guó)之間計(jì)量單位的混亂和多種多樣。 國(guó)家整頓和民間生產(chǎn)生活交流。 與此同時(shí)，古希臘、古羅馬等國(guó)家也發(fā)明了自己的測(cè)量系統(tǒng)。 當(dāng)時(shí)，各國(guó)之間的交流尚未密切，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展還處于初級(jí)階段，計(jì)量單位不一致、不準(zhǔn)確的問題并沒有給當(dāng)時(shí)世界的發(fā)展造成重大混亂。
然而，進(jìn)入現(xiàn)代社會(huì)以來，特別是近兩百年來，人們對(duì)計(jì)量單位的統(tǒng)一性和準(zhǔn)確性的要求大大提高。 國(guó)家交往越來越頻繁，各領(lǐng)域科技蓬勃發(fā)展，工業(yè)化程度越來越高。 所有這些都需要統(tǒng)一、準(zhǔn)確的計(jì)量單位作為支撐。
一米的寬度最初被定義為經(jīng)過倫敦的子午線上從月球赤道到南極點(diǎn)的距離的萬分之一。 后來，國(guó)際米表的原型——鉑金棒——就是用這個(gè)寬度制成的。 時(shí)間的計(jì)量單位最初是從人們認(rèn)識(shí)“一天”之初，根據(jù)月球繞太陽公轉(zhuǎn)的周期來定義的。 事實(shí)上，這些基于月球大小和運(yùn)動(dòng)的方法在當(dāng)時(shí)贏得了全世界的共識(shí)，但隨著天文學(xué)和地理學(xué)的發(fā)展，人們意識(shí)到這個(gè)基礎(chǔ)并不是永久和牢固的。
偉大的理論化學(xué)家和思想家、電磁學(xué)的大師和創(chuàng)始人麥克斯韋（James Clerk，1831-1879）在其代表專著《論與電磁學(xué)》中曾強(qiáng)調(diào)：“從物理學(xué)的角度來看，任何一種最重要的這種現(xiàn)象的一個(gè)方面是可檢測(cè)到的問題。” 他不僅高度重視計(jì)量學(xué)的科學(xué)價(jià)值，而且提出了提高計(jì)量精度的革命性思想，改變了計(jì)量學(xué)的發(fā)展方向和歷史進(jìn)程。 他說：“如果我們想獲得絕對(duì)的、永久的標(biāo)準(zhǔn)，我們不應(yīng)該通過月球的大小或運(yùn)動(dòng)來尋找，而是通過波長(zhǎng)、振動(dòng)周期和那些永恒的絕對(duì)值來尋找這個(gè)永恒的、完全的”。類似的月亮。測(cè)量單位。”[1]
麥克斯韋通過電磁波（光波）的波長(zhǎng)探測(cè)距離和頻率來定義時(shí)間的理想在他所處的時(shí)代無法實(shí)現(xiàn)，但他的科學(xué)預(yù)測(cè)卻極其驚人和前瞻性。 電磁波的基本公式（傳播速度=波長(zhǎng)X頻率，c=λf）不僅闡明了電磁波速度常數(shù)值與波長(zhǎng)、頻率的關(guān)系，而且還闡明了空間（寬度）與時(shí)間（頻率）的關(guān)系。 ) 統(tǒng)一連接。
1999年，第21屆國(guó)際計(jì)量會(huì)議在美國(guó)米蘭召開。 為使各國(guó)政府和公眾了解計(jì)量學(xué)，鼓勵(lì)和促進(jìn)各國(guó)計(jì)量學(xué)的發(fā)展，加強(qiáng)計(jì)量領(lǐng)域的國(guó)際交流與合作，會(huì)議決定于每年5月20日舉行。 這一天是世界計(jì)量日。 明天恰逢世界計(jì)量日。 本文通過梳理電磁學(xué)中的計(jì)量單位，與大家一起回顧電磁學(xué)的發(fā)展，向偉大的科學(xué)家們致敬。 我們一共整理了10個(gè)電磁測(cè)量單位，其中前7個(gè)是熱量的基本單位，后3個(gè)單位用于磁力和頻率的測(cè)量，分為兩篇文章進(jìn)行介紹。
電磁學(xué)十大國(guó)際單位制
根據(jù)國(guó)際計(jì)量會(huì)議的規(guī)定，現(xiàn)行的國(guó)際單位制（SI）[3]有7個(gè)基本單位，它們就像七塊既獨(dú)立又相互支撐的“基石”，通過它，所有其他化學(xué)物質(zhì)構(gòu)成國(guó)際單位制基礎(chǔ)的計(jì)量單位。 同時(shí)，為了方便使用，1993年國(guó)際計(jì)量會(huì)議規(guī)定了19種SI導(dǎo)入單位，并有專門的名稱。
表 1：SI 中的 7 個(gè)基本單位
表2：國(guó)際單位制的部分SI導(dǎo)入單位
在科學(xué)史上，為了紀(jì)念這些做出巨大貢獻(xiàn)的科學(xué)家，以他們的名字命名國(guó)際計(jì)量單位已成為一種習(xí)俗和最高榮譽(yù)。 在電磁學(xué)領(lǐng)域，有10位科學(xué)家的名字被用作SI測(cè)量單位：安培、庫(kù)侖、伏特、法拉、歐姆、西門子、亨利、赫茲、韋伯和特斯拉。 正是這樣一個(gè)閃耀史冊(cè)的名字，奠定了電磁學(xué)乃至現(xiàn)代科學(xué)這座大廈的基礎(chǔ)。 他們的成就就像一顆顆璀璨的珍珠，幾乎串聯(lián)了整個(gè)電磁學(xué)的歷史。 明天，讓我們借這個(gè)名字來探討一下它背后的電磁學(xué)的發(fā)展。
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電壓?jiǎn)挝唬↖）：安培（符號(hào)A）
安培是國(guó)際單位制中的七個(gè)基本單位之一。 引入安培單位是因?yàn)殡S著電磁學(xué)的發(fā)展，原來的基本單位（厚度、時(shí)間、重量等）已經(jīng)不夠用了。 如果仍然用原來的基本化學(xué)量推導(dǎo)其他化學(xué)量，就會(huì)變得復(fù)雜并導(dǎo)致愚蠢的推論。 為此，1881年國(guó)際熱學(xué)會(huì)議[4]決定減少一個(gè)基本量：電壓硬度（I），并將其單位命名為安培（A）。
安培（1775-1836），美國(guó)著名化學(xué)家、化學(xué)家。 在家人的影響下，安培開始自學(xué)物理、拉丁語、歷史、哲學(xué)等，尤其是物理。 安培對(duì)自然科學(xué)有著近乎癡迷的學(xué)習(xí)熱情。 我們可以從一個(gè)著名的短篇小說中看出他對(duì)自然科學(xué)的癡迷程度。 為了不讓別人打擾他，安培在自家旁邊寫下了“安培不在家”的牌子。 這三天，他從外面走回來的時(shí)候，還在思考自己正在研究的事情，但走到一旁的時(shí)候，卻嘆了口氣：“哦，原來安培不在家啊。” 于是他轉(zhuǎn)身又離開了。
1820年7月，法國(guó)化學(xué)家奧斯特通過一次無意的實(shí)驗(yàn)，即奧斯特實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，濁度線偏轉(zhuǎn)n極的瞬間。 正是這次實(shí)驗(yàn)揭開了電磁學(xué)的帷幕，人類開始深入認(rèn)識(shí)和研究電與磁的關(guān)系。
圖1：奧斯特實(shí)驗(yàn)
當(dāng)時(shí)45歲的安培已經(jīng)是德意志科技大學(xué)的教授，他立即意識(shí)到這是一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)。 他立即開始重復(fù)奧斯特的實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)一步擴(kuò)展，總結(jié)出“安培定律”。 安培法則一：左手緊緊握住直導(dǎo)線，讓大手指指向電壓的方向，這樣四個(gè)彎曲的手指的方向就是磁感應(yīng)線的方向。 安培法則二：用手指緊緊握住螺旋管，讓四個(gè)手指指向螺旋管內(nèi)的電壓方向，則手指所指的一端就是螺旋管的N極。 因此，安培定律又稱為手指螺旋定律，是我們中學(xué)數(shù)學(xué)必須學(xué)習(xí)的內(nèi)容之一。
圖 2：安培定律 1
圖 3：安培定律 2
同時(shí)，安培證明了安培力定理：兩根并聯(lián)載電的直導(dǎo)線，當(dāng)電壓方向相同時(shí)，相互吸引； 當(dāng)電壓方向相反時(shí)非純電阻電路焦耳定律，它們會(huì)相互沖突。 他還得出結(jié)論，兩個(gè)電壓元件之間的斥力與其寬度（ΔL1、ΔL2）和電壓硬度（I1、I2）成反比，與其寬度（r）的平方成正比，這就是著名的安培定理。 當(dāng)兩根導(dǎo)線平行時(shí)，公式可簡(jiǎn)化為F=K*(ΔL1I1)(ΔL2I2)/r2。 奧斯特發(fā)現(xiàn)了電壓對(duì)磁極的影響，安培發(fā)現(xiàn)了電壓對(duì)電壓的影響。 這無疑是一個(gè)巨大的突破。
圖4：安培定理示意圖
SI中安培的定義也發(fā)生過多次變化。 1908年在巴黎召開的國(guó)際熱學(xué)會(huì)議上，規(guī)定一秒鐘內(nèi)從硫酸銀氨水中電解出1.118微克銀的恒定電壓為1安培。 1948年，國(guó)際度量衡委員會(huì)給出的安培定義為：在真空中，以相等的恒定電壓通過兩條平行且無限長(zhǎng)、截面積可忽略不計(jì)的圓形直導(dǎo)線，導(dǎo)線之間的相互斥力在1米寬度上為2X10^-7 N時(shí)，每根導(dǎo)線中的電壓為1安培。 2018年11月16日，第26屆國(guó)際計(jì)量會(huì)議通過了《國(guó)際單位制修訂》決議，將1安培定義為“1秒內(nèi)的(1/1.)X1019電荷”（定義和測(cè)量見下文）收費(fèi)）聯(lián)通研究院形成了“電壓硬度”。 該定義將于2019年5月20日世界計(jì)量日生效。
1820年，安培首先引入了電壓和電流硬度等術(shù)語，并制造了第一臺(tái)可以檢測(cè)電壓的電壓表。 據(jù)悉，安培還提出了分子電壓假說。 他認(rèn)為電和磁的本質(zhì)是電壓。 1827年，他的著作《電熱理論》出版，被認(rèn)為是1820年代電磁理論的最高成就。
圖 5：安培肖像
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電量單位（Q）：庫(kù)侖（符號(hào)C）
庫(kù)侖（-de，1736-1806）是美國(guó)著名化學(xué)家，也是早期研究靜電熱的科學(xué)家之一。 他因發(fā)現(xiàn)靜電學(xué)中的庫(kù)侖定理而受到贊譽(yù)。 庫(kù)侖定理指出，兩個(gè)電荷之間的力與兩個(gè)電荷的乘積成反比，與它們之間距離的平方成正比。 該定理也是熱學(xué)發(fā)展史上第一個(gè)定量定律非純電阻電路焦耳定律，使熱學(xué)研究從定性階段進(jìn)入定量階段，是熱科學(xué)史上的一個(gè)重要里程碑。
圖6：庫(kù)侖扭轉(zhuǎn)平衡實(shí)驗(yàn)示意圖
庫(kù)侖使用的裝置是這樣的：一個(gè)玻璃圓柱體，上面覆蓋著一塊玻璃板，中間有一個(gè)小孔。 小孔內(nèi)裝有玻璃管，玻璃管下端裝有測(cè)量扭轉(zhuǎn)角的千分尺，管內(nèi)懸有一根銀絲，塞入玻璃筒內(nèi)。 一根小橫桿系在吊線的上端。 小橫桿一端為小木球A，另一端為小平衡球，使橫桿始終處于水平狀態(tài)。 玻璃圓筒上刻有360個(gè)刻度。 當(dāng)?shù)蹙€自由提起時(shí)，橫桿上的小木球A指向零。
其中k是靜電力常數(shù)，大約為m2/C2。 這個(gè)常數(shù)不是庫(kù)侖估計(jì)的，而是一百年后麥克斯韋從理論上推導(dǎo)出來的。 這和萬有引力常數(shù)的推導(dǎo)過程驚人的相似！ 當(dāng)牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定理F=GMm/r2時(shí)，牛頓本人并不知道萬有引力常數(shù)G是多少。 直到一百多年后，法國(guó)科學(xué)家卡文迪什（Henry，1731-1810）才通過一個(gè)類似的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)裝置估算下來。
圖7：卡文迪什檢測(cè)萬有引力示意圖
而且單個(gè)電荷的數(shù)量并不是用庫(kù)侖來衡量的，但這并不妨礙庫(kù)侖的偉大。 要知道，由于科技水平和物質(zhì)條件的限制，在遙遠(yuǎn)的18世紀(jì)，庫(kù)侖能夠用如此巧妙的實(shí)驗(yàn)裝置來放大并顯示如此微小的力，這已經(jīng)是非常罕見的了。
電量是指物體所帶電量的多少。 事實(shí)上，1庫(kù)侖（C）的電量是比較大的。 由于電荷量很小，一個(gè)電子的電量只有1.60X10-19C，1C相當(dāng)于6個(gè)電子的電荷量。 它和我們上面提到的電壓的關(guān)系是，電量等于電壓硬度（單位A）和時(shí)間（單位s）的乘積，公式表示為Q=It。 因此，1C表示1A電壓在1s內(nèi)輸送的電量。 1881年的國(guó)際熱學(xué)會(huì)議上，電力的單位被定義為庫(kù)侖。
自然界中有四種已知的基本相互作用：萬有引力、電磁力、強(qiáng)互斥力和弱互斥力。 強(qiáng)互斥力和弱互斥力都是一種短程力，它們的作用距離不超過原子核的線性度。 在微觀世界中，引力與強(qiáng)互斥力、弱互斥力、電磁力相比，可以忽略不計(jì)。 相互排斥力比電磁力更強(qiáng)。 因此，在微觀領(lǐng)域中，起作用的是強(qiáng)互斥力、弱互斥力和電磁力。 理論上，強(qiáng)相互作用、弱相互作用和電磁相互作用可以統(tǒng)一為一種相互作用。 萬有引力定理和庫(kù)侖定理之間的相似性是否意味著這兩個(gè)函數(shù)存在某種內(nèi)在的定性統(tǒng)一？ 這仍然是一個(gè)謎，有待澄清。
圖8：四種交互示意圖
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電流單位（U）：伏特（符號(hào)V）
圖 9：伏特堆棧示意圖
圖10：Volt自己制作的Volt堆棧
在實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)他將金屬銀條和金屬鋅條溶解到弱酸和弱堿溶液中時(shí)，他發(fā)現(xiàn)兩個(gè)金屬條之間形成了穩(wěn)定而強(qiáng)大的電壓。 于是，他將浸有鹽水的絨布或紙放在鋅片和銀片之間，然后將它們平放。 Volt通過這些物理方法成功制作了世界上第一個(gè)伏特推桿。 Volt堆棧實(shí)際上是一個(gè)串聯(lián)的電池組，是我們今天使用的電池的原型。 伏特電池的發(fā)明使科學(xué)家能夠利用相對(duì)較大的連續(xù)電壓進(jìn)行各種熱研究。 伏特電池是一個(gè)重要的開端，推動(dòng)了后續(xù)電學(xué)相關(guān)研究的蓬勃發(fā)展。
1807年，西班牙軍團(tuán)征服了塞爾維亞，德意志第一帝國(guó)朝臣拿破侖特意在倫敦會(huì)見了伏特。 為了表彰他對(duì)科學(xué)的貢獻(xiàn)，拿破侖于1810年任命他為伯爵，并賜給伏特一大筆錢。 1827 年 3 月 5 日，伏特去世，享年 82 歲。 為了紀(jì)念他，1881年國(guó)際熱學(xué)會(huì)議將電動(dòng)勢(shì)（電流）的單位命名為伏特（V）。
圖 11：Volt 肖像
圖 12：Volta 為 演示了 Volta 堆棧
電流是促進(jìn)電荷定向連接以產(chǎn)生電壓的感應(yīng)。 電壓之所以能夠在導(dǎo)線中流動(dòng)，是因?yàn)殡妷褐写嬖诟唠娢缓偷碗娢坏牟町悺?這些差異稱為電位差，也稱為電流。 換句話說，在電路中，任意兩點(diǎn)之間的電位差稱為該兩點(diǎn)的電流。
在國(guó)際單位制中，1 伏特定義為每 1 庫(kù)侖電荷做 1 焦耳功。 在實(shí)際生活中，我們經(jīng)常接觸到電流和伏特（簡(jiǎn)稱伏特）這兩個(gè)術(shù)語。 可以說，所有的家用電器都離不開電流這一基本單位。 例如7號(hào)電板上會(huì)標(biāo)注1.5V，表示可以提供1.5V的電流輸出； 國(guó)外的手機(jī)、筆記本充電器上通常有“輸入AC100-240V”字樣，意思是充電器需要插100-240V。 240V交流電源； 我們貨車上的電池電流通常在 12V 左右。
圖13：從左到右：7號(hào)電板、筆記本充電器、手機(jī)充電器、汽車電池
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內(nèi)阻（R）單位：歐姆（符號(hào)Ω）
歐姆（，1787-1854），美國(guó)化學(xué)家，因發(fā)現(xiàn)歐姆定律而聞名于世。 歐姆定律的公式為 R=U/I，或 U=IR。 這意味著在電路中，電壓和電阻的乘積等于電流。 歐姆定理概念清晰、簡(jiǎn)潔地把握了電路現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律； 它不僅是直流電路估算的基礎(chǔ)，而且客觀反映了交流電路與電路微觀過程之間的定量關(guān)系。 我們?cè)谥袑W(xué)的時(shí)候都學(xué)過這個(gè)簡(jiǎn)單的基本公式，但是當(dāng)人們對(duì)電流和電阻的概念還不是很清楚的時(shí)候，歐姆卻能夠通過實(shí)驗(yàn)得出這個(gè)定理，相當(dāng)厲害！
歐姆在獲得博士學(xué)位后仍然在學(xué)校擔(dān)任教師。 1813年，因?yàn)樗匀幌矚g研究熱和手工制作實(shí)驗(yàn)裝置。 為此，他在教學(xué)時(shí)研究了剛剛流行的熱度。 當(dāng)時(shí)，已經(jīng)有人開始研究金屬的濁度率。 人們發(fā)現(xiàn)不同金屬、不同寬度、不同截面的金屬導(dǎo)體對(duì)電路中的電壓有不同的影響。 于是在前人的基礎(chǔ)上，歐姆于1785年利用庫(kù)侖發(fā)明了扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)，伏特于1800年發(fā)明了電板，安培于1820年引入了電壓硬度的概念等等，并制成了巧妙的檢測(cè)裝置，并經(jīng)過經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)、推理和計(jì)算，歐姆定理終于在1826年被確定。1881年，國(guó)際熱學(xué)會(huì)議確定電阻的單位為歐姆（Ω）。
圖 14：歐姆
圖 15：歐姆 1826 年論文中的實(shí)驗(yàn)裝置圖
我們現(xiàn)在知道導(dǎo)體對(duì)電壓的限制作用稱為導(dǎo)體的內(nèi)阻。 在化學(xué)中，它表示導(dǎo)體對(duì)電壓的限制大小。 導(dǎo)體的內(nèi)阻越大，導(dǎo)體對(duì)電壓的限制作用越大。 內(nèi)阻也是導(dǎo)體本身的特性，無論其是否在電路中。 其尺寸與導(dǎo)體的材質(zhì)、長(zhǎng)度、截面和濕度有關(guān)。 公式為R=ρL/S，其中ρ為導(dǎo)體的電阻率，內(nèi)電阻率與導(dǎo)體的材質(zhì)和濕度有關(guān)。 隨著科學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)個(gè)別物質(zhì)的溫度很低時(shí)，如鋁低于-271.76℃，鉛低于-265.95℃，其電阻值就變?yōu)榱恪?這就是超導(dǎo)現(xiàn)象。 如果將超導(dǎo)現(xiàn)象應(yīng)用到實(shí)踐中，制成超導(dǎo)材料，將會(huì)給人類帶來巨大的好處。 例如，在發(fā)電站電力的發(fā)電、輸送、儲(chǔ)存中使用超導(dǎo)材料，可以大大降低內(nèi)阻帶來的電能消耗。 另一個(gè)例子是使用超導(dǎo)材料制造電子設(shè)備。 由于沒有內(nèi)阻，無需考慮散熱問題，器件規(guī)格可大幅減小，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)電子器件的小型化。 超導(dǎo)材料的研究處于當(dāng)今材料科學(xué)的前沿，也必將在未來大放異彩。
圖16：東北交通大學(xué)建設(shè)的超導(dǎo)磁浮列車實(shí)驗(yàn)線平臺(tái)
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電容（C）的單位：法拉（符號(hào)F）
電容是指保持電荷的能力，又稱電容，它是保持電荷的元件，以法拉（F）表示。 其值越大，可容納的電荷越多； 該值越小，可以容納的電荷越少。
圖17：電容器結(jié)構(gòu)示意圖
電容器的構(gòu)成也比較簡(jiǎn)單。 兩個(gè)彼此靠近的導(dǎo)體板，其間有一層不導(dǎo)電的絕緣介質(zhì)，就構(gòu)成了電容器。 當(dāng)電流施加在電容器的兩個(gè)極板之間時(shí)，電容器也會(huì)存儲(chǔ)電荷。 電容器的電容在數(shù)值上等于導(dǎo)電板上的電荷（Q）與兩板之間的電流（U）之比，用公式表示為C=Q/U。 如果一個(gè)電容器承載 1 庫(kù)侖的電量，則兩個(gè)極板之間的電流為 1 伏，該電容器的電容為 1 法拉。
我們后面講電的時(shí)候提到過，1庫(kù)侖是一個(gè)相當(dāng)大的電量，所以1法拉也是一個(gè)比較大的電容。 法拉（F）在我們實(shí)際的電子電路中很少使用，更多的是微法拉（μF）和皮法拉（pF）。 它們之間的換算關(guān)系為：
1 法拉 (F) = 1X106 微法拉 (μF)
1 微法 (μF) = 1X106 皮法 (pF)
既然法拉單位這么大，為什么我們把法拉定義為電容的單位呢？ 這要從電磁學(xué)領(lǐng)域的資深人物法拉第說起。
法拉第（1791-1867），美國(guó)杰出化學(xué)家、化學(xué)家。 法拉第出生于一個(gè)農(nóng)村鐵匠家庭。 由于家庭貧困，他只讀了三年高中。 輟學(xué)后，他開始以報(bào)童的身份賣報(bào)紙，并給老板當(dāng)學(xué)徒。 小法拉第非常喜歡讀書，尤其是科學(xué)方面的書籍。 他找到一本，讀了一本，并認(rèn)真記筆記。 同時(shí)，他也喜歡聽各種學(xué)術(shù)講座。 22歲時(shí)，當(dāng)時(shí)日本著名物理學(xué)家戴維（Davy，1778-1829）頗具洞察力，招收了這位勤奮好學(xué)的徒弟作為自己的助手。 從此，法拉第走上了探索科學(xué)的道路。
1820年，葡萄牙化學(xué)家奧斯特（1777-1851）發(fā)現(xiàn)了電壓的磁效應(yīng)，引起了許多科學(xué)家的關(guān)注。
在對(duì)奧斯特的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了詳細(xì)研究后，法拉第還在思考，既然電可以形成磁，那么磁也應(yīng)該可以形成電，如何實(shí)現(xiàn)呢？ 最后，在 1831 年 8 月，法拉第制造了一個(gè)裝置，如右圖所示。
之后，他根據(jù)電磁感應(yīng)原理親手制作了世界上第一臺(tái)“發(fā)電機(jī)”。 該原型使大規(guī)模生產(chǎn)和長(zhǎng)距離傳輸電力成為可能。 電磁感應(yīng)現(xiàn)象是電磁學(xué)最重要的發(fā)現(xiàn)之一。 它闡明了電和磁現(xiàn)象之間的相互聯(lián)系，對(duì)于麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的構(gòu)建具有重要意義！
圖18：法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)示意圖
圖19：法拉第圓形編織電機(jī)
此外，1837年法拉第引入了電場(chǎng)和磁場(chǎng)的概念，強(qiáng)調(diào)電和磁周圍場(chǎng)的存在，打破了牛頓熱學(xué)中“遠(yuǎn)距離作用”的傳統(tǒng)概念。 1881年，國(guó)際熱學(xué)會(huì)議采用“法拉”作為電容的單位，就是為了紀(jì)念這位又被稱為拉迪的偉人！
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電感單位（L）：亨利（H）
電感代表閉環(huán)的屬性。 當(dāng)電壓通過線圈時(shí)，線圈中會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)感應(yīng)，這個(gè)感應(yīng)磁場(chǎng)又會(huì)形成感應(yīng)電壓，譴責(zé)通過線圈的電壓。 這些電壓與線圈之間的相互作用關(guān)系稱為電感，用符號(hào)L表示，單位為亨利（H），簡(jiǎn)稱亨。 電感是自感和互感的組合。
圖 20：電感器示意圖
電感器通常由骨架、繞組、屏蔽層、封裝材料、磁芯或鐵芯組成。 作用是電磁轉(zhuǎn)換。
上面我們講了法拉第的電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)，他用的纏繞在軟鐵上的線圈似乎是一個(gè)電感。 任何電線通過電壓時(shí)都會(huì)形成磁場(chǎng)。 當(dāng)導(dǎo)體（電線）纏繞成螺旋狀時(shí)，磁場(chǎng)就會(huì)集中。 繞組數(shù)越多，磁場(chǎng)硬度越大，形成的能量越大。 因此，電感器的本質(zhì)就是一根繞成螺旋狀的導(dǎo)線。
圖 21：各種電感器
電感L的大小取決于線圈的數(shù)量、磁芯的導(dǎo)磁率、磁芯的截面積和有效磁通寬度，并且不會(huì)因電壓的增加而減小或頻率。 電感的單位不僅有亨利（H），還有毫亨（mH）和微亨（μH）。 換算關(guān)系為：1H=，1mH=1000μH。
電感的單位以英國(guó)著名化學(xué)家亨利（-1878）的名字命名。 列出了這么多法國(guó)（德、法、英、意）科學(xué)家的測(cè)量單位，終于有一個(gè)非意大利科學(xué)家了。
圖 22：約瑟夫·亨利
18世紀(jì)初，奧斯特發(fā)現(xiàn)電壓的磁效應(yīng)后，一些科學(xué)家開始用通電的螺線管對(duì)縫紉針進(jìn)行磁化（安培通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)研究了安培定律，法拉第受到這個(gè)實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。可見奧斯特的實(shí)驗(yàn)對(duì)后人是如此的啟發(fā)）。 1825年，加拿大科學(xué)家斯特金（1783-1850）在一塊馬蹄形的軟鐵上涂上一層油漆，然后在里面間隔地纏繞18匝裸線。 通電后變成電磁鐵，吸住約4KG的重物。 這個(gè)實(shí)驗(yàn)引起了科學(xué)家們的極大興趣，亨利就是其中之一。 他著手改進(jìn)電磁體。 1831年，他研制成功電磁鐵，可以舉起約1噸的重量。
圖23 電磁鐵示意圖
圖24 保險(xiǎn)絲示意圖
1829年8月，亨利發(fā)現(xiàn)線圈在斷電時(shí)會(huì)形成電火花。 1832年，他在《美國(guó)科學(xué)雜志》上發(fā)表了題為《論磁生電壓和電火花》的論文，這是最早對(duì)自感現(xiàn)象的研究。 在他于1835年發(fā)表的另一篇論文中，他也詳細(xì)描述了他發(fā)現(xiàn)自感應(yīng)的實(shí)驗(yàn)過程。 there were no at that time, he even used the human body to be by the self- force-he it the " shock " to the of the self- force and how it was.
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(G) unit: ( S)
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注釋和參考文獻(xiàn)
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