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

亨利所生活的18世纪早期，世界科学的中心在欧洲。美国当时处在建国初期，主要依靠移植欧洲现有的技术，以及借助欧洲人发现的科学原理开发新技术来发展经济。美国政治家、发明家富兰克林（Benjamin Franklin 1706-1790）进行了轰动欧洲科学界的电磁相关研究之后的70年间，电磁学研究在美国几乎无人问津。同时，美国的科学界也普遍存在着重视技术发明而忽视基础理论科学研究的倾向，但亨利却一直对电磁学非常感兴趣，潜心研究电磁学相关课题。

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。

亨利对电磁铁进行了改装。他在小电磁铁附近加一带弹簧的小铁片，弹簧的另一端固定，当电磁铁接通电时，小铁片被电磁铁吸引，切断电源，铁片又被弹摘拉回原处，在这过程中小铁片来回动作，撞击电磁铁发出“滴嗒嘀嗒”的声音。这就是最早、最原始的继电器。继电器对电报的发明极为重要。亨利对电报的发明人莫尔斯（Samuel Finley Breese Morse，1791-1872），电话的发明者贝尔（Alexander Graham Bell，1847年-1922年）都有过极大的帮助，贝尔甚至说“如果我没有遇到亨利，我可能就不会发明电话了”。

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。

1893年8月，在美国芝加哥召开的国际电学大会上，来自9个国家的26位科学家代表一致通过正式命名“Henry”为电感的标准单位，“亨利 (Henry) ”与“法拉”、“欧姆”、“安培”一样成了世界通用的计量术语。美国人的姓氏被用作科学计量上的标准单位，这在美国科学史上还是第一次。

7

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。

图25：并联电阻计算公式

图26：电导仪

电导的单位为西门子（S），这是为了纪念德国的发明家、企业家维尔纳·冯·西门子（Ernst Werner von Siemens，1816-1892）。很多时候，我们会把西门子看成德国的一家大型企业，我们对西门子的印象和认知可能更多的来自于这家企业的产品。的确，这家企业就是由西门子在1847年创立的，至今已有170多年的历史了。目前，西门子公司业务主要集中在信息通讯、自动化控制、电力、交通、医疗系统和照明六大领域，业务遍及全球190多个国家和地区，全球有超过40万雇员。按照2019年其营业收入988亿美元，西门子公司名列世界五百强企业第70位。

西门子生活的时代正是第一次工业革命刚刚完成，人类正在向第二次工业革命进军的时代。以电力技术发明和广泛应用为标志的第二次工业革命浪潮中，西门子无疑是这波汹涌浪潮中最出色的弄潮儿之一。1847年，西门子和哈尔斯克（Johann Georg Halske,1814-1890）合伙建立了西门子-哈尔斯克电报机制造厂，也就是西门子公司的前身，主要生产西门子发明的指针式电报机。

1853年，他们成功铺设了从芬兰到克里米亚的一万多公里电报线路。1866年，西门子研发出了自激式直流发电机。1877年，西门子对贝尔发明的电话进行改良，产品性能得到了大幅提升，在整个欧洲销量都很好。1880年，西门子在海曼姆工业博览会安装了世界上第一台电梯，取代了原来依靠蒸汽动力的升降机。1881年，西门子在德国建立了第一个电子公共交通系统，使有轨电车成为人类出行的交通工具之一。除了电气技术产品，西门子和他弟弟卡尔·西门子（Carl Heinrich von Siemens）提出了平炉炼钢法，利用高温回热炉把铁砂直接冶炼成钢，革新了炼钢工艺。从那时开始，西门子公司便活跃在电气工程的每一个领域，产品涉及我们现代化的生活方方面面。而西门子最终成为举世闻名的德国“电子电气之父”。

图27: 维尔纳·冯西门子

图28：电气领域无处不在的西门子公司LOGO