是什么使电子炸弹或电磁脉冲（EMP）具有破坏性？

10

维基百科说，电磁脉冲与任何电磁信号一样，EMP能量可以通过以下四种形式中的任何一种来传递：

电场
磁场
电磁辐射
导电性

https://zh.wikipedia.org/wiki/电磁脉冲

我知道这四种能量形式都在我们周围，我们在日常生活中使用它们，例如：变压器中使用了电传导，我们使用电磁辐射来收听广播电台和电视节目。它们对电子设备没有破坏性。所以：

是什么使电子炸弹具有破坏性？

我相信这可能会在短时间内影响信号，然后所有电子设备将再次正常工作。

至于我的第二个问题：

它如何才能实现范围广泛（大型无线电）的受损电子设备？如何损坏城镇或大区域的所有设备？

注意：我问这个问题是因为我很好奇，只是想学习，我不想破坏东西:)

— 迈克尔·乔治
source

1

脉冲产生具有很大场强的电磁波或一系列波。当那些波向外传播并遇到电子设备时，强磁场会导致设备中的过电压故障或过电流故障。我猜想过电压故障是更可能的结果。

— mkeith

是什么使它具有破坏性？引起EMP所需的核爆炸。

— 托马什Zato -恢复莫妮卡

1

“我相信它可能会在短时间内影响信号，然后所有电子设备将再次正常工作。” -这种情况也会发生，发生在更远的地方-请参见下面引号中的防盗警报...

— rackandboneman

16

这种脉冲之所以具有破坏性，是因为它具有较宽的频率范围，因此可以影响各种物理尺寸和较大振幅的事物。

导电材料的每一点都像天线一样。根据地球上的正常经验，周围的RF辐射是如此之低，以至于那些导电材料中产生的电流和电压是如此之低以至于不会造成伤害。实际上，它们是如此之低，以至于有意接收这些信号的无线电必须放大它们以达到有用的水平。

产生的电压和电流与引起它们的磁场强度成正比。一定水平的电压和电流会损坏某些物体，因此一定水平的磁场强度会导致损坏。这比我们通常在这里经历的高出几个数量级，但这恰恰是正确类型的核弹所能产生的。

如果电路要与来自天线的微安信号一起工作，那么可以想象一下安培可能会损坏某些东西。

这似乎并不遥不可及。从太阳发出的大量日冕物质之前已经把电网的一部分取出来了。在这种情况下，电源线实际上是很长的天线，由许多带电粒子运动引起的场会导致足够的过量电流使系统中的断路器跳闸。

— 奥林·拉斯罗普（Olin Lathrop）
source

3

海星Prime（在这里可以看到连续数日的结果：“ ..... 1962年7月，海星Prime测试在檀香山和新西兰（约1,300公里外）损坏了电子设备，在瓦胡岛（夏威夷）上融合了300盏路灯，引爆了大约100次防盗警报，并导致考艾岛的一个微波中继站发生故障，从而切断了其他夏威夷群岛的坚固电话系统。……”- 维基百科EMP和高空爆炸

— 罗素·麦克马洪

10

两件事使EMP武器具有毁灭性：

释放出巨大的能量
发布的时间很短

另一个较小但类似的示例是闪电。雷击可能在短短几毫秒内释放500兆焦耳的能量。为了进行比较，一个50 kW AM广播电台每2.8小时释放相同量的能量。但是，对房屋的雷击可能会造成一些损坏，而AM发射器附近的2.8小时不会造成损坏。

通过查看电感的定义，您可能会了解为什么短脉冲更具破坏性：

v (t) = L \frac{d i}{d t}

$v(t)= L\frac{\mathrm di}{\mathrm dt}$

哪里：

$v(t)$ 是时间的电压，以伏特为单位 $t$
$L$ 是电感，以亨利为单位
$\frac{\mathrm di}{\mathrm dt}$ 是电流随时间的变化率，以每秒安培为单位

EMP武器会在磁场中产生非常迅速的变化，这将在任何导体中感应出非常迅速变化的电流。因此，会非常大，甚至在较小的电感下工作，这也会导致电压过高，足以损坏电子器件，尤其是诸如MOSFET（现代数字电子器件的基础）之类的敏感器件。，只要在其栅极上施加低至10伏的电压即可损坏其中的许多电压。 $\frac{\mathrm di}{\mathrm dt}$

电容的定义与此类似，是电感的对偶：

i (t) = C \frac{d v}{d t}

$i(t) = C \frac{\mathrm{d}v}{\mathrm{d}t}$

这意味着电压的快速变化会导致损坏的电流。

当然，EMP武器很可能同时产生磁场和电场，但是从这两个方程式中，您可以看到为什么电磁脉冲的脉冲部分对其破坏力至关重要。粗略地说，在一半的时间内释放相同量的能量会使可能产生的电流和电压增加一倍，从而导致破坏力的增加。

— 菲尔·弗罗斯特
source

2

兆焦耳？不要荒唐；谁都知道闪电的能量是以吉瓦来衡量的！

— 梅森惠勒

@MasonWheeler瓦特测量功率而不是能量，即单位时间的能量。相反，给定功率以瓦特为单位，则可以通过乘以施加功率的时间来获得能量。因此，例如，持续时间为5ms的100GW螺栓将提供100GW x 5ms = 500MJ的能量脉冲。因此，菲尔（Phil）给出的数字与您的数字完全一致。

— Lorenzo Donati-Codidact.org

1

@LorenzoDonati Whoosh ...

— 梅森·惠勒

@LorenzoDonati youtube.com/watch?v=I5cYgRnfFDA

— Phil Frost

@PhilFrost男人！你让我今天一整天都感觉很好！我不记得那个场景。我开始看到为什么EEVBlog的Dave L. Jones非常喜欢“回到未来”！:-D

— Lorenzo Donati-Codidact.org

6

核弹的EMP脉冲会影响到如此大的区域，因为炸弹包含如此大量的能量。

请参阅https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_electromagnetic_pulse#Starfish_Prime和https://en.wikipedia.org/wiki/TNT_equivalent，这是在夏威夷造成大约1,445公里（距离爆炸点898英里），击落了约300个路灯，使用了1.44兆吨炸弹：这相当于第二次世界大战中一次爆炸使用的所有常规炸药的一半。6 petajoules的能量。

这相当于在Phil Frost的答案中运行50kW AM广播电台3800年。

— pjc50
source

3

1962年海星Prime高空（太空）H炸弹试验，其结果在这里（在新西兰）可见数天，并且据称对EMP造成了一定程度的破坏：