靜電感應

靜電感應（英文：Electrostatic induction）是在外電場的作用下導體中電荷在導體中重新分布的現象。

一個帶電的物體與不帶電的導體相互靠近時由於電荷間的相互作用，會使導體內部的電荷重新分布，異種電荷被吸引到帶電體附近，而同種電荷被排斥到遠離帶電體的導體另一端。

這個現象由英國科學家約翰·坎頓和瑞典科學家約翰·卡爾·維爾克分別在1753年和1762年發現。

基本介紹

• 中文名：靜電感應
• 外文名：Electrostatic induction
• 發現人：約翰·坎頓和約翰·卡爾·維爾克
• 發現時間：1753年和1762年
• 產生的原因：荷受到電場力的作用而定向移動
• 危害：靜電放電現象

概念

如橡膠棒X原已帶有負電荷，可稱為施感電荷，若將導體D接近帶電體X時，由於同種電荷相斥、異種電荷相吸，於是X上的負電荷在D中所建立的電場將自由電子推斥至D的遠棒一邊，並把等量的正電荷遺留在D的近棒一邊，直至D中電場強度為零。如果有一條接地引線接觸到導體D，則會有若干電子流向大地。導體D因失去電子而帶正電荷，這種電荷稱為感生電荷。利用靜電感應使金屬導體帶電的過程叫做感應起電。

圖1 靜電感應原理

靜電感應產生的原因：放入電場中的導體，其中的自由電荷在電場力的作用下發生定向移動使導體兩端分別出現等量異種電荷——感應電荷。故導體中的自由電荷受到電場力的作用而定向移動是產生靜電感應的原因。

利用靜電感應現象可以使導體帶電。早期的一些靜電感應起電機就是根據這個原理製成的。

危害

靜電感應是物質（如金屬，即導體）中電子流動的一種現象。金屬物體內部的電子移向表面，使表面帶有與接近它的帶電物體相反極性的電荷，並有靜電力學現象和放電現象發生。如果感應物體是電阻較小的良導體時，容易發生靜電放電現象從而造成危害。

1. 金屬物體（導體）上的吸附
   帶電物體（灰塵等）接近金屬物體時，金屬物體內部會發生靜電感應，導致物體中的自由電子移向表面，使表面處於帶電狀態，因此靜電感應產生的電位與帶電物體（灰塵等）的靜電在庫侖力的作用下相互吸引，這樣便發生吸附現象。此類現象即使金屬物體接地會發生靜電感應，往往不能有效地消除金屬物體的靜電。
2. 絕緣體上的吸附
   由於庫侖力的作用，絕緣體吸引帶有相反極性電荷的灰塵，對於絕緣體或吸附物，只要消除二者中任何一個上的靜電就足夠了。實際上，消除絕緣體的靜電效果會更好。另外消除絕緣體的靜電也比消除空氣中粒子或灰塵的靜電更容易。在現代大規模工業生產過程中，增加防止靜電危害的投資，必然會得到相應的滿意回報。

靜電的產生

（1）摩擦：在日常生活中，任何兩個不同材質的物體接觸後再分離，即可產生靜電，而產生靜電的最普通方法，就是摩擦生電。材料的絕緣性越好，越容易是使用摩擦生電。另外，任何兩種不同物質的物體接觸後再分離，也能產生靜電；

（2）感應：針對導電材料而言，因電子能在它的表面自由流動，如將其置於一電場中，由於同性相斥，異性相吸，正負離子就會轉移。

（3）傳導：針對導電材料而言，因電子能在它的表面自由流動，如與帶電物體接觸，將發生電荷轉移。

靜電的影響

積體電路元器件的線路縮小，耐壓降低，線路面積減小，使得器件耐靜電衝擊能力的減弱，靜電電場（Static Electric Field）和靜電電流（ESDcurrent）成為這些高密度元器件的致命殺手。同時大量的塑膠製品等高絕緣材料的普遍套用，導致產生靜電的機會大增。日常生活中如走動，空氣流動，搬運等都能產生靜電。人們一般認為只有CMOS類的晶片才對靜電敏感，實際上，集成度高的元器件電路都很敏感。

（1） 靜電對電子元件的影響

1）靜電吸附灰塵，改變線路間的阻抗，影響產品的功能與壽命

2）因電場或電流破壞元件的絕緣或導體，使元件不能工作（完全破壞）。

3）因瞬間的電場或電流產生的熱，元件受傷，仍能工作，壽命受損。

（2）靜電損傷的特點

1）隱蔽性人體不能直接感知靜電，除非發生靜電放電，但發生靜電放電，人體也不一定能有電擊的感覺。這是因為人體感知的靜電放電電壓為2-3KV。

2）潛伏性有些電子元器件受到靜電損傷後性能沒有明顯的下降，但多次累加放電會給器件造成內傷而形成隱患，而且增加了器件對靜電的敏感性。已產生的問題並無任何方法可治癒。

3）隨機性電子元件什麼情況下會遭受到靜電破壞呢？可以這么說，從一個元件生產後一直到它損壞以前所有的過程都受到靜電的威脅，而這些靜電的產生也具有隨機性。由於靜電的產生和放電都是瞬間發生的，及難預測和防護。

4）複雜性靜電放電損傷分板工作，因電子產品的精細，微小的結構特點而費時、費事、費錢，要求較複雜的技術往往需要使用掃描電鏡等精密儀器，即使如此有些靜電損傷現象也 難以與其他原因造成的損傷加以區別，使人誤把靜電損傷失效當作其它失效，這是對靜電放電損害未充分認識之前，常常歸咎於早期失效或情況不明的失效 ，從而不自覺的掩蓋了失效的真正原因。

5）嚴重性ESD問題表面上看來只影響了製成品的用家，但實際上亦影響了各層次的製造商，如：保用費、維修及公司的聲譽等等。

實例

人體也是導體。由於靜電感應作用的存在，當人體接近某些敏感的儀器設備時，能造成干擾甚至損壞，工業生產中的某些粉塵，由於摩擦帶電及感應帶電作用的反覆進行，可以出現大量的電荷積累，出現火花放電及導致爆炸事故，因此需事先採取必要的防靜電措施。

產生等量異種電荷

取一對用絕緣柱支持的金屬導體A和B，導體上都貼有金屬箔，讓A和B彼此接觸，這時A和B上的金屬箔閉合，表示它們都沒有帶電。把另一個帶正電的金屬球C移近導體A，這時A，B上的金屬箔都張開了，表示它們都帶了電。實驗表明，靠近C的導體A帶的電荷與C異號。遠離C的導體B帶的電荷與C同號。將AB導體分開，A和B帶有等量異種電荷。AB導體分開後，金屬箔由於帶有同種電荷，繼續保持張開。

閃電的形成

閃電是大氣中的放電發光現象，它形成的首要條件就是大氣肯定帶有電荷。一般最簡單的解釋就是空中氣流因摩擦而帶電形成帶電雷雲，由於靜電感應的作用，此帶電雷雲下方的大地或其它的雷雲可集聚大量異號電荷，當聚集的電荷達到一定的數量時，在雲層內不同部位之間或者雲與地面之間就形成了很強的電場。電場強度平均可以達到幾千伏特/厘米，局部區域可以高達1萬伏特/厘米。這么強的電場，足以把雲內外的大氣層擊穿，於是在雲與地面之間或者在雲的不同部位之間以及不同雲塊之間激發出耀眼的閃光。這就是人們常說的閃電。