Πώς να υπολογίσετε την τάση διακοπής

Ένα ηλεκτρικό πεδίο είναι μια περιοχή του χώρου γύρω από ένα φορτισμένο σωματίδιο που ασκεί δύναμη σε άλλα φορτισμένα σωματίδια. Η κατεύθυνση αυτού του πεδίου είναι η κατεύθυνση της δύναμης που θα ασκήσει το πεδίο με θετικό ηλεκτρικό φορτίο δοκιμής. Η ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου είναι βολτ ανά μέτρο (V / m). Από τεχνικής απόψεως, οι μονωτές δεν μεταφέρουν ηλεκτρισμό, αλλά εάν το ηλεκτρικό πεδίο είναι αρκετά μεγάλο, ο μονωτής διακόπτει και τροφοδοτεί ηλεκτρισμό.

Αυτό μπορεί μερικές φορές να φανεί ως ηλεκτρική εκκένωση ή τόξο στον αέρα μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων. Η τάση κατανομής ενός αερίου μπορεί να υπολογιστεί απόΟ νόμος του Πάστσεν.Η φυσική είναι διαφορετική για τις ημιαγωγούς διόδους όπου η τάση διακοπής είναι το σημείο όπου η συσκευή αρχίζει να λειτουργεί σε λειτουργία αντίστροφης πόλωσης.

Οι δίοδοι είναι συνήθως κατασκευασμένοι από ημιαγωγούς κρυστάλλους, συνήθως πυρίτιο ή γερμάνιο. Οι ακαθαρσίες προστίθενται για να δημιουργήσουν μια περιοχή φορέων αρνητικών φορτίων (ηλεκτρόνια) από τη μία πλευρά δημιουργώντας έναν ημιαγωγό τύπου n και φορείς θετικής φόρτισης (οπές) για να δημιουργήσουν έναν ημιαγωγό τύπου p στο άλλα.

Όταν τα υλικά τύπου p και n-τύπου συγκεντρώνονται, μια στιγμιαία ροή φορτίου δημιουργεί μια τρίτη περιοχή ή περιοχή εξάντλησης όπου δεν υπάρχουν φορείς φόρτισης. Ένα ρεύμα ρέει όταν εφαρμόζεται αρκετά υψηλότερη διαφορά δυναμικού στην πλευρά p από την πλευρά n.

Μια δίοδος έχει συνήθως υψηλή αντίσταση στην αντίστροφη κατεύθυνση και δεν επιτρέπει στα ηλεκτρόνια να ρέουν σε αυτήν την αντίστροφη προκατάληψη. Όταν η αντίστροφη τάση φτάσει σε μια συγκεκριμένη τιμή, αυτή η αντίσταση μειώνεται και η δίοδος διεξάγεται σε κατάσταση αντίστροφης πόλωσης. Το δυναμικό με το οποίο αυτό ονομάζεταιτάση διακοπής​.

Σε αντίθεση με τους αγωγούς, οι μονωτές έχουν ηλεκτρόνια που συνδέονται στενά με τα άτομα τους, τα οποία αντιστέκονται στην ελεύθερη ροή ηλεκτρονίων. Η δύναμη που κρατά αυτά τα ηλεκτρόνια στη θέση της δεν είναι άπειρη και με αρκετή τάση αυτά τα ηλεκτρόνια μπορούν να κερδίσουν αρκετή ενέργεια για να ξεπεράσουν αυτούς τους δεσμούς και ο μονωτής γίνεται αγωγός. Η κατώτατη τάση στην οποία συμβαίνει αυτό είναι γνωστή ως τάση διακοπής ήδιηλεκτρική αντοχή. Σε ένα αέριο, η τάση κατανομής καθορίζεται απόΟ νόμος του Πάστσεν​.

Ο νόμος του Paschen είναι μια εξίσωση που δίνει την τάση διάσπασης ως συνάρτηση της ατμοσφαιρικής πίεσης και του μήκους διακένου και γράφεται ως

όπουΒ​_σι είναι η τάση διακοπής DC,Πείναι η πίεση του αερίου,ρεείναι η απόσταση κενού σε μέτρα,ΕΝΑκαισιείναι σταθερές που εξαρτώνται από το περιβάλλον αέριο, καιγ​_βλ είναι ο δευτερεύων συντελεστής εκπομπής ηλεκτρονίων. Ο συντελεστής εκπομπής δευτερογενών ηλεκτρονίων είναι το σημείο όπου τα προσπίπτοντα σωματίδια έχουν αρκετή κινητική ενέργεια που όταν χτυπούν άλλα σωματίδια, προκαλούν την εκπομπή δευτερογενών σωματιδίων.

Ένας πίνακας τάσης κατανομής διακένου αέρα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αναζήτηση της τάσης διακοπής για οποιοδήποτε αέριο. Όπου δεν υπάρχει εγχειρίδιο αναφοράς, ο υπολογισμός της διηλεκτρικής αντοχής για δύο ηλεκτρόδια που διαχωρίζονται κατά μία ίντσα (2,54 cm) μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον νόμο του Paschen όπου

​ΕΝΑ= 112,50 (kPacm)⁻¹

​σι= 2737,50 V / (kPa.cm)^-1

​γ​_βλ = 0.01

​Π= 101,325 Pa

Συνδέοντας αυτές τις τιμές στις παραπάνω αποδόσεις εξίσωσης

Από τους πίνακες μηχανικής και φυσικής, το τυπικό εύρος για την τάση διακοπής στον αέρα αναμένεται να είναι 20 kV έως 75 kV. Υπάρχουν άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν την τάση διακοπής στον αέρα, π.χ. υγρασία, πάχος και θερμοκρασία, εξ ου και το ευρύ φάσμα.