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1、陶老师讲座陶老师讲座静电的产生静电的产生大家下午好！上次我已经给大家做过一次报告了，见过了很多老朋友，我想这一次有很多新 朋友。大家对这个题目相当感兴趣，刚才在下面我也与大家讨论过，电磁 场的理论现在是 全世界的科学家都在关注的问题， 也是一个最基础的物理理论， 去年在欧洲已经进行了一个 全世界最大的量子力学研究中心，最早我们在八几年，邓 小平刚刚上台的时候，在北大到 八宝山也建了一个这样的研究中心， 加速器的轨道一般都要几十公里， 把力学压缩以后进行 观察、碰撞产生的结果。现在电磁场理论 实际上就是量子力学里面的部分，今天我们讨论 的所谓的电都是与电磁场有关系， 无论是静电还是电磁感应， 都
2、是现在很多没有完全解决的 问题，特别是带着有场的 东西，里面有着一些简单的概念，这个场人们还没有办法解决， 就用场把这个概念掩盖住。比如说电动机怎么转动，电子和转子根本没有接触，因为里面存 在场，有 了电磁场的存在就转动，这个场是什么现在还不清楚。电磁感应也是一样，就像 心灵感应一样，你想想心灵感应，我想什么东西，你想什么东西，互相能够知道吗？ 这也 是一个类似的概念，电磁感应现在没有完全解决。我今天不讲这么多了，因为上次讲了一部 分，有一些新概念引进来，我们先把雷电的产生过程与大家介绍一 下。今天讲的内容大概就是这些，雷电的产生，ESD 与雷电，ESD 就是静电放电；电磁感应与 EMI，EM
3、I 就是电磁干扰，静电的产生，带电物体的电容，磁场感应与干扰，电子线路中的 电磁干扰，传导干扰、电磁辐射原理，还有对 EMI 进行测试，什么是 EMC？EMC 就是电 磁兼容，雷电和 EMI 的防护，除了这些内容，我想都是大家比较感兴趣的，也比较重要的， 这些内容估计在书上找不到，因为这些都是我几十年来的工作经 验总结。我做这个技术已 经做了四十多年，我从十几岁就开始接触电，是一个爱好者。后来我到了一个军工厂从事雷 达、识别器和雷达干扰机，这些东西都是比较尖 端的国防工业技术。后来回来以后组建了 康佳技术开发中心，一辈子都是做技术的，所以在技术工作的过程中积累了不少经验。我现 在已经退休了，
4、所以我想能够利 用这个机会， 很高兴把我所知道的技术和经验介绍给大家。先初步认识一下什么是雷电。这是迪拜的世界上最高的塔遭雷劈所拍的照片，这个塔是 800多米，是全世界最高的塔。按照这个距离量下去就知道它的路线有多少 米。雷电就是静电 放电的过程。这也是迪拜塔受雷击所拍的照片，这是一个乡村遭雷击的照片，这是树林、 山 林遭雷击的照片，这是大巴遭雷击的照片，所以大家就 知道了雷电有多么厉害。前两天黑 龙江和内蒙古的大兴安岭、 小兴安岭发生火灾也是因为雷电产生的。 这是遭雷电劈的电视机， 这是遭雷电击坏的电脑设备，每年我 们国家大概都有几百万台电子设备遭雷击损坏。刚才跟大家介绍一下什么叫雷电和 E
5、SD，ESD 就是静电放电，雷电也属于静电放电，所以 大家都知道 ESD 的危害性有多大。地球每秒钟大概就有 100 多次闪 电，每闪电一次能量就 可以提供 100w 的灯泡供我们用 3 个月，在雨季平均每 6 分钟就有一个人被雷电击中，中国 还不是受雷电受害最集中的地区，在非洲这些地 区受雷击更严重，上海电视塔平均每年要 遭受 33 次大的雷击， 今年 4 月 13 日上海电视台电子设备遭受不同程度的雷击， 天线站玻璃 钢都起火了， 变成一个大火球 烧起来了。 还有一次是 1992 年在北京国家气象中心也受到雷 击，损失了 2000 多万元。在全世界每年受雷电击坏的设备都是以千万为单位，每年
6、遭受的 损失都 是上千亿。我们现在使用的电子设备价格越来越高，对防雷的要求也越来越高。为什么会产生雷电？可能大部分人都不知道，我在这里就给大家讲解一下雷电是怎么产生 的。雷电是由于电磁场产生的，世界上什么电都是通过电磁场反应产生的。 为什么会产生 雷电呢？因为在离地球 30 公里外有一个电离层， 电离层实际上就是最外的空气受到太阳光、 紫外线照射而产生电离，太阳光实际上也是一种电磁波， 电磁波的作用相当于我们把一个 食物放在微波炉里面加热，原理是差不多的，但是微波的波长线很长，紫外线相当短，所以 作用不一样，用微波炉不能把空气进行电 离，只有紫外线能够电离。被电离以后会分成两 层，一层带正电，
7、一层带负电，与地球相对的一层带正电，地球就是带负电。地球是一个圆 的，带电的话相当于电层 强度是散发性的，越靠近地球电容强度越高，靠近地球表面是 100v，也就是说一米高的位置电容强度是 100v 电容强度就是用这个来表示，大家在中学里面很 少用电位梯度的概念表达电容强度，后面我们在工作中还是用电位梯度来表示电容强 度是最合适的，比如灵敏度、多少毫伏米都是属于电感强度。以前是用牛顿的力学来表达， 那个概念相对来说比较难理解， 两个带电物体之间产生多少牛顿力的时候， 换算成单位来表 示电容强度，这个强度不太好理解，如果用电位梯度表示就很方便了。由于地球是带电的， 相对电容层来说。 一个物体在地球
8、空间里面就会受到电场的作用产生极 化，什么叫极化？就是说一个物体原来是不带电的，现在产生极化带电， 一端带正电，一 端带负电。比如说这个源相当于一个导体，如果底下是绝缘的话，上面如果没有屏蔽，我的 上面就带负电，下面带正电，中间这个地方是不带电的， 人相对来说还是偏中性，但是虽 然极化带电的，但我总得来说还是变中性，带的正电和负电都是相等的。如果把原来极化带 电的物体分成两个，这两个都会带电。形 象地说，一朵云在电场作用下极化带电，但没有 产品电流，电感强度没有达到这么高，如果把它分成两块就会产生电容带电。现在由于风的 作用，把它一吹变成两 块，中间的地方分成两块，有一块相当于带负电，有一块带
9、正电。 这就表示电位曲线，中间这个地方表示电位反映，上面带负电，下面带正电，这个幅度越高 表示带 电幅度也越高。这个没有带正电，那个没有带负电，电容性就破坏了，相对来说是 带负电，这个带正电的。云带电就是因为这样产生的。如果两个极化带电的云配在一起就是两块， 原来没有带电的， 只是极化带电的两个合在一起， 相当于把体积加大，电位加高，相当于能量变大了。如果把两块带负电 或者两块带正电的 合起来，负电能量也在增加，正电能量也在增加，两头都变成是带电的。大家注意，电感强 度不管带的定位多高，电感强度还是一样的，电位梯度 都是一样，斜率也都是一样的，不 管大小，斜率都是一样的，因为电感强度是由电子层
10、决定的，所以斜率也是一定的。如果一个带电体之间分开的话，就有一个大的电位，绝对值相对来说也会偏高，这就是因为 云受到极化带电以后，分分离离又合合，使得云带的电越来越高。带电越 来越高以后能量 也越来越高，两个碰在一起就会放电，就会产生雷电，雷电就是这样产生的。雷电就是因为 在地球的外围空间里面存在电场，云又受到风的作用，才 会互相分离又互相组合，使带电 物体的电位越来越高，最后形成放电。还有摩擦带电也是由于电场产生的，因为两种不 同的物体有接点电位差，电磁也是靠两种不同物体产生的电位差，最后产生化学作用，之前 电场没有发生化学作用的 时候， 两个物体靠在一起就会产生电场作用， 就已经有了电位差
11、， 产生摩擦的话和雷电产生的过程一样，来回分离又组合，最后产生一个高的电场。举一个具体的例子，比如说我现在这个人站在地上，我是光着脚，地板是导电的，这个椅子 是绝缘的，我从地面一站到椅子上就相当于我带电了。为什么？因为我原 来是极化带电， 上面带负电，下面带正电，我站在地上下面就变成零，上面变成了-100v，站上去的时候相 对来说我就变成带电的人。所以，很多在半导体车间 或者和集成电路接触、打交道的人， 不要随随便便用人摸集成电路， 因为你这个人不知不觉就带电了， 你从门外面走进房子里很 可能就带电了，在上楼梯或者地板铺 有一层绝缘的东西，在绝缘以外的时候你不带电，站 上去就带电了， 因为上面有电层。 还有空调的风吹出来的空气会和你身体上面的衣服进行摩 擦、感应，它容易带 电，用静电笔来测，随便碰衣服或头发，上面带的电基本上都有 300v 左右，如果摩擦几下大概就有 4000-5000v，所以静电感应是相当厉害的，很多模型电路在 送到工厂的时候就是用盒子包装，因为盒子是导电的，如果用电表去量它好像没有电阻， 电 阻是无穷大，其实它是导电的，相对来说电导率很低，也就是电阻很大。
