電磁干擾無處不在

　　電磁干擾對人類危害的，實際上還是我們居住的地球，其中雷電干擾對人類的生活危害。雷電不但對人類的生存造成很大的威脅，對樹木、森林、房屋、建筑，以及電器設備都會造成很大的損害和破壞。

　　根據(jù)統(tǒng)計，地球每一秒鐘就有100多次閃電，每次閃電產(chǎn)生的能量可供一個100瓦的燈泡點亮3個月；在雨季，平均每6分鐘就有一個人被雷電擊中；每年有成千上萬的人因雷電擊中而喪傷，還有大片的森林因雷電擊中而起火燒毀，雷電還經(jīng)常使高壓電網(wǎng)、以及通信出現(xiàn)故障，使城市供電和通信中斷，引起城市交通失控出現(xiàn)混亂；連英國的白金漢宮也曾遭受過雷電嚴重破壞，上個世紀50年代，白金漢宮就是因一塊窗簾布被雷電擊中而起火燃燒；上海電視臺平均每年要遭受33次大的雷擊，每次雷擊都會使電子設備遭受不同程度的損壞；1992年6月22日，北京國家氣象中心多臺計算機接口因感應雷擊被毀，損失二仟多萬元；1992年8月23日，贛州市60%的有線電視和50%閉路電視遭受過雷擊，其中91臺電視機因感應雷擊而毀于一旦；2006年6月9日，南韓一架大型客機在空中遭受雷擊，頭部解體脫落，幸好沒有人員傷亡。

　　很多人都不清楚，地球也是一個帶電體。根據(jù)實驗測試，在地球表面存在一個垂直向下的穩(wěn)定電場，電場強度E約為100伏/米，場強的大小隨高度的增加而減弱。另外，根據(jù)實驗測試，在地面附近大氣的電導率σ0約為3×10-14西蒙/米，且隨高度的增加而增加。由此可知地球表面的電流密度j的方向指向地心，大小為：

　　這里說的帶電，嚴格來說是帶電體相對于無限遠處的電位差，或物體的電位中性而言。人們在進行理論分析的時候，都是把無限遠處定義為零電位，但在實際應用中，人們已習慣于把地球當成零電位，這對于一般的實際應用，并不會造成很大的影響，但這種假設有時也會阻礙我們的視野。

　　任何帶電物體都可以看成是一個電容，電容量C = Q/U,Q為帶電物體的電荷量，U為帶電物體的電位，即指帶電物體到無限遠處的電位差。因此，地球也可以看成是一個大容量的電容，其電容量正好為1法拉。

　　這里說的電容與電容器是有區(qū)別的，電容器一般都由兩塊中間以介質(zhì)絕緣的極板組成，當電容器被充電的時候，兩塊極板帶的電荷量相等，但符號相反，在電容器兩極板所帶的電荷不改變的條件下，兩塊極板之間的電壓，可因電容器兩極板之間的距離改變而改變，其電容量的大小也會跟著兩極板之間的距離改變而改變，這是因為兩極板之間電場互相作用的緣故。

　　而這里所指的電容，其電容量是不會因帶電物體的位置改變而改變的。因此，這里說的電容是相對于一個孤立帶電物體而言，不受其它電場所影響，而電容器則是相對于兩個或兩個以上帶電物體而言，電容大小要受兩個或兩個以上極板產(chǎn)生的電場互相影響。另外，電容充放電是不需要回路的，兩個帶電體互相接觸，誰的電位高，誰就要放電，誰的電位低，誰就會被充電，而電容器充放電必須要有一個閉合回路。

　　實際上，地球不但是個電容（相對于無限遠處），并且地球還相當于電容器的一個電極，電容器的另一個電極是電離層，而大氣層就是電介質(zhì)，如圖1所示。

　　地球帶電的原因，一個是由于地球作為一個冷星球長年都在接收大量帶電宇宙射線微粒子的輻射，另一個是外層空間紫外線對空氣照射產(chǎn)生電離層，并對地球表面產(chǎn)生感應，以及熱氣流互相摩擦帶電而產(chǎn)生感應等等。

　　根據(jù)基爾霍夫定理：流過任何導體電流的代數(shù)和都等于零，即：

　　物體帶電與電場感應

　　從原理上說，不帶電的物體是不存在的，任何物體都會不知不覺地就會帶上電。每種物質(zhì)都有一個代表自己性質(zhì)的位能，兩種不同性質(zhì)的物體靠近在一起就會產(chǎn)生"接點電位差".當兩種不同性質(zhì)的物體接觸在一起時，這兩種物質(zhì)在其體內(nèi)就要對電荷進行重新分布，使物體保持電中性，例如：P型半導體與N型半導體互相接觸，在兩物體的交界處就會產(chǎn)生PN結，在PN結內(nèi)部會產(chǎn)生一個空間電荷區(qū)，這個空間電荷區(qū)的產(chǎn)生，必然要進一步使P型半導體和N型半導體--兩個物體的內(nèi)部都要對電荷進行重新分布。這時，如果再把兩個物體分開，兩個物體都將會帶電，一個帶正電，另一個帶負電。

　　物體帶電，相當于自身的位能增加或降低了，若帶電物體再次與其它不同性質(zhì)的帶電物體接觸后又分開，兩帶電物體又會帶上更多的電荷，即：位能在不斷增加或降低，靜電感應發(fā)電機就是根據(jù)這個原理制造的。

　　在兩個用有機玻璃材料做成的輪子上，按等分距離把兩種不同性質(zhì)的條狀金屬片，分別鑲在兩個有機玻璃輪子某一則的表面之中，相當于金屬片一面絕緣，一面暴露。然后，把兩個鑲有條狀金屬片的有機玻璃輪子的絕緣面互相靠在一起，并按相反方向轉動，兩個輪子上不同性質(zhì)金屬片將互相感應帶電，同時也使兩個有機玻璃輪子局部極化帶電，兩個有機玻璃輪子上的金屬片每對上，通過靜電感應，一個金屬片的電位會繼續(xù)升高，而另一個卻要降低。這樣，兩邊金屬片上積累的電荷將越來越多，，可以分別用兩個金屬毛刷把金屬片上積累的電荷收集到萊頓瓶中（用玻璃瓶做成的電容器），當萊頓瓶中積累的電荷達到一定的數(shù)量后，即：電壓超過某個值后，萊頓瓶的兩個電極開始放電，并產(chǎn)生火光及響聲。

　　圖3是一個讓物體產(chǎn)生高壓電的原理圖，在水龍頭的下面安放一個用金屬薄片制作的圓圈（用金屬罐頭盒改制），金屬圓圈必須要與周圍絕緣，然后讓水龍頭流出的水正好從金屬圓圈的中央穿過，金屬圓圈很快就會帶電，并且電壓非常高，一般可達一萬伏以上。用試電筆做試驗時，當試電筆離金屬圓圈還很遠的地方，就可以看到試電筆被點亮，甚至拿一個小熒光燈靠近，也可以看得到熒光燈微亮。這說明電壓非常高，但對人體不存在被觸電的危險，因為金屬圓圈的電容量很小，存儲的能量有限。

　　這個原理與摩擦發(fā)電的原理是很接近的，首先是水與周圍空氣生產(chǎn)摩擦使空氣帶電（空氣被電離成正、負離子，由于正離子比較重，很容易被水帶走），然后帶電空氣會感應金屬圓圈帶電，或負離子直接與金屬圓圈接觸，使金屬圓圈帶負電。我們也會發(fā)現(xiàn)，在大瀑布附近的空氣中負離子的濃度非常高，或下暴雨的時候，空氣中負離子的濃度也很高，主要原因就是速度極高的流水或雨滴會讓空氣產(chǎn)生電離帶電。

　　冬天人們走在地毯上也經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)，當手突然碰到樓梯金屬扶手的時候，會感到手被麻電，這也是因為人體穿的皮鞋與地毯摩擦產(chǎn)生帶電，然后傳到人的身體上。其實人體帶電一般自己是沒有感覺的，哪怕人體帶上幾萬伏的電壓，一般人體也沒有感覺，只有帶電人體與其它物體接觸產(chǎn)生放電時才會感覺麻電。例如：在冬天沒有燈光的夜里，人們脫尼龍衫或毛線衣的時候，會發(fā)現(xiàn)衣服之間有藍色火光，并且還伴隨著啪、啪、啪的放電聲，這證明衣服已經(jīng)帶上非常高的電壓。

　　帶電物體是具有能量的，即：電場具有能量。帶電體的能量為：