大家下午好！上次我已經(jīng)給大家做過(guò)一次報(bào)告了，見(jiàn)過(guò)了很多老朋友，我想這一次有很多新朋友。大家對(duì)這個(gè)題目相當(dāng)感興趣，剛才在下面我也與大家討論過(guò)，電磁場(chǎng)的理論現(xiàn)在是全世界的科學(xué)家都在關(guān)注的問(wèn)題，也是一個(gè)最基礎(chǔ)的物理理論，去年在歐洲已經(jīng)進(jìn)行了一個(gè)全世界最大的量子力學(xué)研究中心，最早我們?cè)诎藥啄?，鄧小平剛剛上臺(tái)的時(shí)候，在北大到八寶山也建了一個(gè)這樣的研究中心，加速器的軌道一般都要幾十公里，把力學(xué)壓縮以后進(jìn)行觀察、碰撞產(chǎn)生的結(jié)果?，F(xiàn)在電磁場(chǎng)理論實(shí)際上就是量子力學(xué)里面的部分，今天我們討論的所謂的電都是與電磁場(chǎng)有關(guān)系，無(wú)論是靜電還是電磁感應(yīng)，都是現(xiàn)在很多沒(méi)有完全解決的問(wèn)題，特別是帶著有場(chǎng)的東西，里面有著一些簡(jiǎn)單的概念，這個(gè)場(chǎng)人們還沒(méi)有辦法解決，就用場(chǎng)把這個(gè)概念掩蓋住。比如說(shuō)電動(dòng)機(jī)怎么轉(zhuǎn)動(dòng)，電子和轉(zhuǎn)子根本沒(méi)有接觸，因?yàn)槔锩娲嬖趫?chǎng)，有了電磁場(chǎng)的存在就轉(zhuǎn)動(dòng)，這個(gè)場(chǎng)是什么現(xiàn)在還不清楚。電磁感應(yīng)也是一樣，就像心靈感應(yīng)一樣，你想想心靈感應(yīng)，我想什么東西，你想什么東西，互相能夠知道嗎？這也是一個(gè)類似的概念，電磁感應(yīng)現(xiàn)在沒(méi)有完全解決。我今天不講這么多了，因?yàn)樯洗沃v了一部分，有一些新概念引進(jìn)來(lái)，我們先把雷電的產(chǎn)生過(guò)程與大家介紹一下。
今天講的內(nèi)容大概就是這些，雷電的產(chǎn)生，ESD與雷電，ESD就是靜電放電；電磁感應(yīng)與EMI，EMI就是電磁干擾，靜電的產(chǎn)生，帶電物體的電容，磁場(chǎng)感應(yīng)與干擾，電子線路中的電磁干擾，傳導(dǎo)干擾、電磁輻射原理，還有對(duì)EMI進(jìn)行測(cè)試，什么是EMC？EMC就是電磁兼容，雷電和EMI的防護(hù)，除了這些內(nèi)容，我想都是大家比較感興趣的，也比較重要的，這些內(nèi)容估計(jì)在書(shū)上找不到，因?yàn)檫@些都是我?guī)资陙?lái)的工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。我做這個(gè)技術(shù)已經(jīng)做了四十多年，我從十幾歲就開(kāi)始接觸電，是一個(gè)愛(ài)好者。后來(lái)我到了一個(gè)軍工廠從事雷達(dá)、識(shí)別器和雷達(dá)干擾機(jī)，這些東西都是比較尖端的國(guó)防工業(yè)技術(shù)。后來(lái)回來(lái)以后組建了康佳技術(shù)開(kāi)發(fā)中心，一輩子都是做技術(shù)的，所以在技術(shù)工作的過(guò)程中積累了不少經(jīng)驗(yàn)。我現(xiàn)在已經(jīng)退休了，所以我想能夠利用這個(gè)機(jī)會(huì)，很高興把我所知道的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)介紹給大家。
先初步認(rèn)識(shí)一下什么是雷電。這是迪拜的世界上最高的塔遭雷劈所拍的照片，這個(gè)塔是800多米，是全世界最高的塔。按照這個(gè)距離量下去就知道它的路線有多少米。雷電就是靜電放電的過(guò)程。這也是迪拜塔受雷擊所拍的照片，這是一個(gè)鄉(xiāng)村遭雷擊的照片，這是樹(shù)林、山林遭雷擊的照片，這是大巴遭雷擊的照片，所以大家就知道了雷電有多么厲害。前兩天黑龍江和內(nèi)蒙古的大興安嶺、小興安嶺發(fā)生火災(zāi)也是因?yàn)槔纂姰a(chǎn)生的。這是遭雷電劈的電視機(jī)，這是遭雷電擊壞的電腦設(shè)備，每年我們國(guó)家大概都有幾百萬(wàn)臺(tái)電子設(shè)備遭雷擊損壞。
剛才跟大家介紹一下什么叫雷電和ESD，ESD就是靜電放電，雷電也屬于靜電放電，所以大家都知道ESD的危害性有多大。地球每秒鐘大概就有100多次閃電，每閃電一次能量就可以提供100w的燈泡供我們用3個(gè)月，在雨季平均每6分鐘就有一個(gè)人被雷電擊中，中國(guó)還不是受雷電受害最集中的地區(qū)，在非洲這些地區(qū)受雷擊更嚴(yán)重，上海電視塔平均每年要遭受33次大的雷擊，今年4月13日上海電視臺(tái)電子設(shè)備遭受不同程度的雷擊，天線站玻璃鋼都起火了，變成一個(gè)大火球燒起來(lái)了。還有一次是1992年在北京國(guó)家氣象中心也受到雷擊，損失了2000多萬(wàn)元。在全世界每年受雷電擊壞的設(shè)備都是以千萬(wàn)為單位，每年遭受的損失都是上千億。我們現(xiàn)在使用的電子設(shè)備價(jià)格越來(lái)越高，對(duì)防雷的要求也越來(lái)越高。
為什么會(huì)產(chǎn)生雷電？可能大部分人都不知道，我在這里就給大家講解一下雷電是怎么產(chǎn)生的。雷電是由于電磁場(chǎng)產(chǎn)生的，世界上什么電都是通過(guò)電磁場(chǎng)反應(yīng)產(chǎn)生的。為什么會(huì)產(chǎn)生雷電呢？因?yàn)樵陔x地球30公里外有一個(gè)電離層，電離層實(shí)際上就是最外的空氣受到太陽(yáng)光、紫外線照射而產(chǎn)生電離，太陽(yáng)光實(shí)際上也是一種電磁波，電磁波的作用相當(dāng)于我們把一個(gè)食物放在微波爐里面加熱，原理是差不多的，但是微波的波長(zhǎng)線很長(zhǎng)，紫外線相當(dāng)短，所以作用不一樣，用微波爐不能把空氣進(jìn)行電離，只有紫外線能夠電離。被電離以后會(huì)分成兩層，一層帶正電，一層帶負(fù)電，與地球相對(duì)的一層帶正電，地球就是帶負(fù)電。地球是一個(gè)圓的，帶電的話相當(dāng)于電層強(qiáng)度是散發(fā)性的，越靠近地球電容強(qiáng)度越高，靠近地球表面是100v，也就是說(shuō)一米高的位置電容強(qiáng)度是100v電容強(qiáng)度就是用這個(gè)來(lái)表示，大家在中學(xué)里面很少用電位梯度的概念表達(dá)電容強(qiáng)度，后面我們?cè)诠ぷ髦羞€是用電位梯度來(lái)表示電容強(qiáng)度是最合適的，比如靈敏度、多少毫伏米都是屬于電感強(qiáng)度。以前是用牛頓的力學(xué)來(lái)表達(dá)，那個(gè)概念相對(duì)來(lái)說(shuō)比較難理解，兩個(gè)帶電物體之間產(chǎn)生多少牛頓力的時(shí)候，換算成單位來(lái)表示電容強(qiáng)度，這個(gè)強(qiáng)度不太好理解，如果用電位梯度表示就很方便了。
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由于地球是帶電的，相對(duì)電容層來(lái)說(shuō)。一個(gè)物體在地球空間里面就會(huì)受到電場(chǎng)的作用產(chǎn)生極化，什么叫極化？就是說(shuō)一個(gè)物體原來(lái)是不帶電的，現(xiàn)在產(chǎn)生極化帶電，一端帶正電，一端帶負(fù)電。比如說(shuō)這個(gè)源相當(dāng)于一個(gè)導(dǎo)體，如果底下是絕緣的話，上面如果沒(méi)有屏蔽，我的上面就帶負(fù)電，下面帶正電，中間這個(gè)地方是不帶電的，人相對(duì)來(lái)說(shuō)還是偏中性，但是雖然極化帶電的，但我總得來(lái)說(shuō)還是變中性，帶的正電和負(fù)電都是相等的。如果把原來(lái)極化帶電的物體分成兩個(gè)，這兩個(gè)都會(huì)帶電。形象地說(shuō)，一朵云在電場(chǎng)作用下極化帶電，但沒(méi)有產(chǎn)品電流，電感強(qiáng)度沒(méi)有達(dá)到這么高，如果把它分成兩塊就會(huì)產(chǎn)生電容帶電?，F(xiàn)在由于風(fēng)的作用，把它一吹變成兩塊，中間的地方分成兩塊，有一塊相當(dāng)于帶負(fù)電，有一塊帶正電。這就表示電位曲線，中間這個(gè)地方表示電位反映，上面帶負(fù)電，下面帶正電，這個(gè)幅度越高表示帶電幅度也越高。這個(gè)沒(méi)有帶正電，那個(gè)沒(méi)有帶負(fù)電，電容性就破壞了，相對(duì)來(lái)說(shuō)是帶負(fù)電，這個(gè)帶正電的。云帶電就是因?yàn)檫@樣產(chǎn)生的。
如果兩個(gè)極化帶電的云配在一起就是兩塊，原來(lái)沒(méi)有帶電的，只是極化帶電的兩個(gè)合在一起，相當(dāng)于把體積加大，電位加高，相當(dāng)于能量變大了。如果把兩塊帶負(fù)電或者兩塊帶正電的合起來(lái)，負(fù)電能量也在增加，正電能量也在增加，兩頭都變成是帶電的。大家注意，電感強(qiáng)度不管帶的定位多高，電感強(qiáng)度還是一樣的，電位梯度都是一樣，斜率也都是一樣的，不管大小，斜率都是一樣的，因?yàn)殡姼袕?qiáng)度是由電子層決定的，所以斜率也是一定的。
如果一個(gè)帶電體之間分開(kāi)的話，就有一個(gè)大的電位，絕對(duì)值相對(duì)來(lái)說(shuō)也會(huì)偏高，這就是因?yàn)樵剖艿綐O化帶電以后，分分離離又合合，使得云帶的電越來(lái)越高。帶電越來(lái)越高以后能量也越來(lái)越高，兩個(gè)碰在一起就會(huì)放電，就會(huì)產(chǎn)生雷電，雷電就是這樣產(chǎn)生的。雷電就是因?yàn)樵诘厍虻耐鈬臻g里面存在電場(chǎng)，云又受到風(fēng)的作用，才會(huì)互相分離又互相組合，使帶電物體的電位越來(lái)越高，最后形成放電。 還有摩擦帶電也是由于電場(chǎng)產(chǎn)生的，因?yàn)閮煞N不同的物體有接點(diǎn)電位差，電磁也是靠?jī)煞N不同物體產(chǎn)生的電位差，最后產(chǎn)生化學(xué)作用，之前電場(chǎng)沒(méi)有發(fā)生化學(xué)作用的時(shí)候，兩個(gè)物體靠在一起就會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)作用，就已經(jīng)有了電位差，產(chǎn)生摩擦的話和雷電產(chǎn)生的過(guò)程一樣，來(lái)回分離又組合，最后產(chǎn)生一個(gè)高的電場(chǎng)。
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舉一個(gè)具體的例子，比如說(shuō)我現(xiàn)在這個(gè)人站在地上，我是光著腳，地板是導(dǎo)電的，這個(gè)椅子是絕緣的，我從地面一站到椅子上就相當(dāng)于我?guī)щ娏?。為什么？因?yàn)槲以瓉?lái)是極化帶電，上面帶負(fù)電，下面帶正電，我站在地上下面就變成零，上面變成了-100v，站上去的時(shí)候相對(duì)來(lái)說(shuō)我就變成帶電的人。所以，很多在半導(dǎo)體車間或者和集成電路接觸、打交道的人，不要隨隨便便用人摸集成電路，因?yàn)槟氵@個(gè)人不知不覺(jué)就帶電了，你從門外面走進(jìn)房子里很可能就帶電了，在上樓梯或者地板鋪有一層絕緣的東西，在絕緣以外的時(shí)候你不帶電，站上去就帶電了，因?yàn)樯厦嬗须妼印＿€有空調(diào)的風(fēng)吹出來(lái)的空氣會(huì)和你身體上面的衣服進(jìn)行摩擦、感應(yīng)，它容易帶電，用靜電筆來(lái)測(cè)，隨便碰衣服或頭發(fā)，上面帶的電基本上都有300v左右，如果摩擦幾下大概就有4000-5000v，所以靜電感應(yīng)是相當(dāng)厲害的，很多模型電路在送到工廠的時(shí)候就是用盒子包裝，因?yàn)楹凶邮菍?dǎo)電的，如果用電表去量它好像沒(méi)有電阻，電阻是無(wú)窮大，其實(shí)它是導(dǎo)電的，相對(duì)來(lái)說(shuō)電導(dǎo)率很低，也就是電阻很大。
