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被10万伏直流高压击中是怎样的体验?

已有 2534 次阅读 2018-2-11 17:18 |系统分类:科普集锦

前两天玩了一下产生高压的马克思发生器【Marx Generator,用Zero voltage switching电路驱动的电视显像管高压包(flyback transformer)】,高压包能产生1.6万伏电压,经过6级电容的Marx generator的电压叠加,可以达到近10万伏。淘宝卖家的视频如下(http://v.youku.com/v_show/id_XMjY3MTQ4MTAxMg==.html?spm=a2h0k.8191407.0.0&from=s1.8-1-1.2):

我想测试一下如此高的电压是否能够导致氖灯隔空发光,于是左手带着一次性橡胶手套捏着氖灯凑近了一根电极。在离电极还有约5厘米左右时,忽然间听到啪的一声,一道电弧从电极窜到我的左手指尖上,左手一阵抽搐将氖灯甩在地上,然后我感到电流从我的左手穿过心脏到达了右手中指并释放出去。右手中指感受到吱吱的放电声。比较奇怪的是,电流从身体中穿行的速度很慢,从左手到右手指尖消耗的时间是我能感受到的,大约0.5秒。也许是体内分散电容太大,导致电压信号传递比较慢。也许当年在雷电中奔跑的富兰克林感受到的就是我所体会到的这种感觉。

万幸的是,除了吓了一跳,并没有造成其他损伤。如果电流扰乱了心脏的神经电流那就危险了。

之前还有一次被高压电到的经历。当时是在玩一根氦氖激光管,切断电路之后忘记给它放电,手触摸它时被激光管的电容留存的一些电荷击中。虽然当时电压只有8千伏左右,但是感觉比这一次10万伏击中要痛一些。

作为电介质(绝缘体),相比起来空气还真不是个好东西。1厘米的空气(常温常压)大约需要2~3万伏可以击穿。看起来这是个很大的数字,但是其实跟其他绝缘体相比,电场强度是排名垫底的。下表(Wiki: dielectric strength)可以看到除了氦气比空气稍差一点,其他的绝缘体都更难被击穿。

SubstanceDielectric Strength (MV/m)
Helium (relative to nitrogen)[6] 0.15
Air[7] 3.0
Alumina[6] 13.4
Window glass[6] 9.8 - 13.8
Borosilicate glass[6] 20 - 40
Silicone oil, mineral oil[6][8] 10 - 15
Benzene[6] 163
Polystyrene[6] 19.7
Polyethylene[9] 19 - 160
Neoprene rubber[6] 15.7 - 26.7
Distilled water[6] 65 - 70
High vacuum (field emission limited)[10] 20 - 40 (depends on electrode shape)
Fused silica[11] 25–40 at 20 °C
Waxed paper[12] 40 - 60
PTFE (Teflon, extruded )[6] 19.7
PTFE (Teflon, insulating film)[6][13] 60 - 173
Mica[6] 118
Diamond[14] 2000
PZT10–25[15][16]
Vacuum1012

我们电脑里的无数个辛勤工作的场效应管里面都有一层绝缘层把栅极(Gate)和沟道(channel)分开,如下图所示(中科院微电子所几年前做的22纳米沟道场效应管横截面的透射电子显微镜的图),其中标识的2.4 nm High K就是氧化铪或其他类似氧化物绝缘层。通常我们电脑里的场效应管这薄薄的一层绝缘层两边要施加1伏的电压。换算过来电场强度约为400MV/m,远远大于空气击穿电压。所以空气作为绝缘体还真是比较差啊。

中科院22nm MOSFET(http://g.pconline.com.cn/x/338/3385066_1.html)



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