المجال الكهربائي هو منطقة من الفضاء حول جسيم مشحون يمارس قوة على الجسيمات المشحونة الأخرى. اتجاه هذا المجال هو اتجاه القوة التي سيبذلها المجال على اختبار شحنة كهربائية موجبة. قوة المجال الكهربائي هي فولت لكل متر (V / m). من الناحية الفنية ، لا توصل العوازل الكهرباء ، ولكن إذا كان المجال الكهربائي كبيرًا بدرجة كافية ، فإن العازل ينهار ويوصل الكهرباء.
يمكن أن يُنظر إلى هذا أحيانًا على أنه تفريغ كهربائي أو قوس في الهواء بين القطبين. يمكن حساب جهد انهيار الغاز منقانون باشن.تختلف الفيزياء بالنسبة للديودات شبه الموصلة حيث يكون جهد الانهيار هو النقطة التي يبدأ فيها الجهاز في إجراء وضع التحيز العكسي.
جهد الانهيار
الثنائيات وأشباه الموصلات
تصنع الثنائيات عادة من بلورات شبه موصلة ، وعادة ما تكون من السيليكون أو الجرمانيوم. تتم إضافة الشوائب لإنشاء منطقة من حاملات الشحنة السالبة (الإلكترونات) على جانب واحد أشباه الموصلات من النوع n ، وحاملات الشحنة الموجبة (الثقوب) لصنع أشباه الموصلات من النوع p على آخر.
عندما يتم الجمع بين المواد من النوع p و n ، يؤدي تدفق الشحن اللحظي إلى إنشاء منطقة ثالثة أو منطقة استنفاد حيث لا توجد ناقلات شحن. يتدفق التيار عندما يتم تطبيق فرق جهد أعلى بدرجة كافية على الجانب p من الجانب n.
عادةً ما يكون للديود مقاومة عالية في الاتجاه العكسي ولا يسمح للإلكترونات بالتدفق في هذا الوضع المنحاز العكسي. عندما يصل الجهد العكسي إلى قيمة معينة ، تنخفض هذه المقاومة ويعمل الصمام الثنائي في وضع منحاز عكسي. الاحتمال الذي يحدث عنده هذا يسمىجهد الانهيار.
عوازل
على عكس الموصلات ، تحتوي العوازل على إلكترونات مرتبطة بإحكام بذراتها والتي تقاوم تدفق الإلكترون الحر. القوة التي تمسك هذه الإلكترونات في مكانها ليست لانهائية وبجهد كافٍ يمكن لهذه الإلكترونات أن تكتسب طاقة كافية للتغلب على تلك الروابط ويصبح العازل موصلًا. يُعرف جهد العتبة الذي يحدث عنده هذا باسم جهد الانهيار أوقوة عازلة. في الغاز ، يتم تحديد جهد الانهيار بواسطةقانون باشن.
قانون باشن هو معادلة تعطي جهد الانهيار كدالة للضغط الجوي وطول الفجوة ويتم كتابته على النحو التالي
V_b = \ frac {Bpd} {\ ln {(Apd)} - \ ln {(\ ln {(1 + 1 / \ gamma_ {se})})}}
أينالخامسب هو جهد الانهيار DC ،صهو ضغط الغاز ،دهي مسافة الفجوة بالأمتار ،أوبهي ثوابت تعتمد على الغاز المحيط ، وγحد ذاتها هو معامل انبعاث الإلكترون الثانوي. معامل انبعاث الإلكترون الثانوي هو النقطة التي تمتلك فيها الجسيمات الساقطة طاقة حركية كافية عندما تصطدم بجسيمات أخرى ، فإنها تحفز انبعاث الجسيمات الثانوية.
حساب جهد انهيار الهواء لكل بوصة
يمكن استخدام جدول جهد انهيار فجوة الهواء للبحث عن جهد الانهيار لأي غاز. في حالة عدم توفر دليل مرجعي ، يمكن حساب قوة العزل الكهربائي لقطبين مفصولين بمقدار بوصة واحدة (2.54 سم) باستخدام قانون باشن حيث
أ= 112.50 (كيلو بايت في الدقيقة)−1
ب= 2737.50 فولت / (كيلو باسكال سم)-1
γحد ذاتها = 0.01
ص= 101.325 باسكال
إدخال هذه القيم في المعادلة أعلاه ينتج عنها
V_b = \ frac {2737.50 \ times 101،325 \ times 2.54 \ times 10 ^ {- 2}} {\ ln {(112.50 \ times 101،325 \ times 2.54 \ times 10 ^ {- 2})} - \ ln {(\ ln {(1 + 1 / 0.01)})}} = 20.3 \ نص {kV}
من الجداول الهندسية والفيزيائية ، من المتوقع أن يكون النطاق النموذجي لجهد الانهيار في الهواء من 20 كيلو فولت إلى 75 كيلو فولت. هناك عوامل أخرى تؤثر على جهد الانهيار في الهواء ، مثل الرطوبة والسمك ودرجة الحرارة ، وبالتالي النطاق الواسع.
