MC3-0924-静电放电是一种常见电磁现象,时刻伴随日常生活。但是,较强的静电放电却足以损坏电子设备甚至危及人身,需要预防。以下所述与静电有关的是

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【题目编号】MC3-0924

【题目】静电放电是一种常见电磁现象,时刻伴随日常生活。但是,较强的静电放电却足以损坏电子设备甚至危及人身,需要预防。以下所述与静电有关的是:

【答案】ABC(多选题)

[A]刮风时,斜拉天线上出现的直流高压

[B]雷雨时,云层中积蓄的巨大能量

[C]收信时,接收机收到的各种 QRN

[D]发话时,电台馈送到天线的射频能量

考点速览

题目要从四个现象里挑出与静电有关的。静电的核心是"电荷在绝缘介质上缓慢积累、再一次性释放"这条链条,凡是符合它的都在范围之内;而射频能量属于另一套物理过程——高频交变电流向空间辐射电磁波。四个选项里,前三个都是静电的不同面孔,只有第四个不是。

静电是怎么产生的

两种不同材料摩擦后分离,电子从一方转移到另一方,表面上就留下等量异号的静电荷,这叫摩擦起电(triboelectric charging)。干燥的冬天走过化纤地毯再摸金属门把手,指尖那一阵麻就是这个过程的结果。电荷积在绝缘材料上不容易泄漏,越积越多,电压随之升高;人体带电几千伏很平常,上万伏也不罕见。当电压高到把空气击穿,电荷就在一瞬间通过火花释放,形成静电放电(electrostatic discharge,ESD)。

气体流动同样会起电。粉尘、水雾、气流高速掠过固体表面时会带走电荷,工业和自然界的许多静电现象都由此而来。除了摩擦起电,静电感应也会让导体带电:带电的云层靠近地面时,地面与天线这类导体上的电荷会被重新排布,靠近云层的一侧积累异号电荷,这同样属于静电现象。

逐项辨析

选项 A 正确:刮风天,干燥的空气与斜拉天线、拉线、绝缘子不断摩擦,电荷在金属导体上持续积累,又没有现成的泄放通路,天线与拉线上就会出现很高的直流电压。这个电压平时看不见,一放电就是火花,可能打坏接收机前端,人手接触时也有明显电击感。它与摩擦起电属于同一类现象,所以与静电密切相关。

选项 B 正确:雷雨云中的起电是大气静电的典型过程。云里的水滴、冰晶和霰粒在强烈上升气流中碰撞、冻结、分离,正负电荷被分开并分别聚集在云的不同部位,一片积雨云积蓄的电荷量相当可观,云与云、云与地之间因此形成极高的电位差。当局部场强超过空气的击穿强度,放电发生,就是闪电。云层中积蓄的这份能量本身正是宏观尺度的静电能。

选项 C 正确:QRN 是业余无线电里对大气噪声(atmospheric noise)的称呼,主要来源就是雷电放电产生的电磁辐射。闪电是巨大的静电放电,它的电磁脉冲能传到几千公里之外,在接收机里表现为噼啪声与沙沙声。短波上安静的冬夜与盛夏雷雨季节的噪声底差别很大,道理就在这里。收信时遇到的这类干扰与静电放电直接相关,所以这一项与静电有关。

选项 D 错误:发话时电台馈送到天线的是射频能量,属于高频电磁波,由交变电流在导体中振荡、向空间辐射形成,频率在短波或超短波量级。它与电荷在介质上慢慢积累、再一次性击穿是两种不同的物理过程,机理与时间尺度都不同,不能算作静电现象。

大气噪声与人为噪声不是一回事

QRN 指自然界的噪声,主力是雷电;人为产生的干扰另有称呼,电机、开关电源、变频器、电力线打火都会贡献,属于人为噪声的范畴。两者在接收机里都表现为噪声,特征却有区别:雷电噪声随雷雨季节和昼夜变化,覆盖频段宽、方向不稳定;本地人为噪声通常更稳定、更贴近某个方向或某台设备。判断噪声来源时,把天线从设备上断开、看噪声是否消失,是很实用的一步;再配合定向天线转方向,往往能把干扰源锁定。

静电的危害与防护

对人来说,静电放电大多是吓一跳、麻一下,很少造成伤害,但两个场合例外:一是易燃易爆环境,火花可能引燃可燃气体或粉尘;二是电压高、容量大的场合,例如大容量高压电容储存的电荷。对设备来说,场效应管的栅极氧化层极薄,几百伏的放电就能把它击穿,而且是不可逆的损坏。

防静电的手段都围绕两件事:不让电荷积起来,积起来就安全泄放。保持环境湿度、铺设防静电工作台垫、佩戴防静电手环并可靠接地、元件用防静电袋存放、焊接时使用接地的烙铁头,都是常规做法;天线系统良好接地、雷雨天断开馈线并把天线接地,属于户外一侧的同类措施。

接收端的体验也值得一提。干燥多风的天气里,天线与拉线上的静电放电会在耳机里变成一串急促的噼啪声,与雷电天电干扰听起来很像,区别在于它只在你自己的天线系统上出现,把增益调小或转动天线方向都甩不掉。给天线加泄放电阻、把拉线绝缘子换成质量可靠的产品、检查接地是否真正接到了大地而不是接到了水管或暖气管上,往往就能让这种噪声消失。

应试要点

看到"摩擦、积累、击穿空气、火花"这条链条就是静电;雷电与天电干扰是宏观尺度的大静电现象;射频能量和电磁波是另一个世界,别混进来。