Elektrické pole je oblast prostoru kolem nabité částice, která vyvíjí sílu na další nabité částice. Směr tohoto pole je směr síly, kterou by pole působilo při pozitivním testu elektrického náboje. Síla elektrického pole je volt na metr (V / m). Technicky izolátory nevodí elektřinu, ale pokud je elektrické pole dostatečně velké, izolátor se rozpadne a vede elektřinu.
To lze někdy považovat za elektrický výboj nebo oblouk ve vzduchu mezi dvěma elektrodami. Průrazné napětí plynu lze vypočítat zPaschenův zákon.Fyzika se liší u polovodičových diod, kde průrazné napětí je bod, kde zařízení začíná vést v režimu reverzního zkreslení.
Průrazné napětí
Diody a polovodiče
Diody jsou obvykle vyrobeny z polovodičových krystalů, obvykle z křemíku nebo germania. Přidávají se nečistoty, aby se na jedné straně vytvořila oblast nosičů záporných nábojů (elektronů) polovodič typu n a nosiče pozitivního náboje (díry) pro vytvoření polovodiče typu p na jiný.
Když se spojí materiály typu p a typu n, vytvoří okamžitý tok náboje třetí oblast nebo oblast vyčerpání, kde nejsou přítomny žádné nosiče náboje. Proud teče, když je na stranu p aplikován dostatečně vyšší rozdíl potenciálů než strana n.
Dioda má obvykle vysoký odpor v opačném směru a neumožňuje tok elektronů v tomto režimu s reverzním předpětím. Když reverzní napětí dosáhne určité hodnoty, tento odpor klesá a dioda vede v režimu s reverzním předpětím. Potenciál, při kterém k tomu dochází, se nazýváprůrazné napětí.
Izolátory
Na rozdíl od vodičů mají izolátory elektrony, které jsou pevně vázány na jejich atomy, což odolává volnému toku elektronů. Síla udržující tyto elektrony na místě není nekonečná a při dostatečném napětí mohou tyto elektrony získat dostatek energie k překonání těchto vazeb a izolátor se stane vodičem. Prahové napětí, při kterém k tomu dojde, je známé jako průrazné napětí nebodielektrická pevnost. V plynu je průrazné napětí určeno pomocíPaschenův zákon.
Paschenův zákon je rovnice, která udává průrazné napětí jako funkci atmosférického tlaku a délky mezery a je zapsána jako
V_b = \ frac {Bpd} {\ ln {(Apd)} - \ ln {(\ ln {(1 + 1 / \ gamma_ {se})})}}
kdePROTIb je stejnosměrné průrazné napětí,pje tlak plynu,dje vzdálenost mezery v metrech,AaBjsou konstanty závislé na okolním plynu aγse je koeficient emise sekundárních elektronů. Koeficient emise sekundárních elektronů je bod, kde mají dopadající částice dostatek kinetické energie, že když narazí na jiné částice, indukují emisi sekundárních částic.
Výpočet průrazného napětí vzduchu na palec
Pro vyhledání průrazného napětí jakéhokoli plynu lze použít tabulku průrazného napětí vzduchové mezery. Pokud není k dispozici referenční příručka, lze výpočet dielektrické pevnosti pro dvě elektrody oddělené jedním palcem (2,54 cm) vypočítat pomocí Paschenova zákona, kde
A= 112,50 (kPacm)−1
B= 2737,50 V / (kPa.cm)-1
γse = 0.01
P= 101 325 Pa
Zapojením těchto hodnot do výše uvedené rovnice se získá
V_b = \ frac {2737,50 \ krát 101,325 \ krát 2,54 \ krát 10 ^ {- 2}} {\ ln {(112,50 \ krát 101,325 \ krát 2,54 \ krát 10 ^ {- 2})} - \ ln {(\ ln {(1 + 1 / 0,01)})}} = 20,3 \ text {kV}
Z technických a fyzikálních tabulek se očekává, že typický rozsah průrazného napětí ve vzduchu bude 20 kV až 75 kV. Existují i další faktory, které ovlivňují průrazné napětí ve vzduchu, např. Vlhkost, tloušťka a teplota, tedy široký rozsah.
