Un champ électrique est une région de l'espace autour d'une particule chargée qui exerce une force sur d'autres particules chargées. La direction de ce champ est la direction de la force que le champ exercerait sur une charge électrique de test positive. La force du champ électrique est de volt par mètre (V/m). Techniquement, les isolants ne conduisent pas l'électricité mais si le champ électrique est suffisamment grand, l'isolant se décompose et conduit l'électricité.
Cela peut parfois être vu comme une décharge électrique ou un arc dans l'air entre les deux électrodes. La tension de claquage d'un gaz peut être calculée à partir deLa loi de Paschen.La physique est différente pour les diodes semi-conductrices où la tension de claquage est le point où l'appareil commence à conduire en mode de polarisation inverse.
La tension de claquage
Diodes et semi-conducteurs
Les diodes sont généralement constituées de cristaux semi-conducteurs, généralement de silicium ou de germanium. Des impuretés sont ajoutées pour créer une région de porteurs de charge négatifs (électrons) d'un côté créant un semi-conducteur de type n et des porteurs de charge positifs (trous) pour fabriquer un semi-conducteur de type p sur le autre.
Lorsque les matériaux de type p et de type n sont réunis, un flux de charge momentané crée une troisième région ou région d'épuisement où aucun porteur de charge n'est présent. Un courant circule lorsqu'une différence de potentiel suffisamment plus élevée est appliquée au côté p qu'au côté n.
Une diode a généralement une résistance élevée dans le sens inverse et ne permet pas aux électrons de circuler dans ce mode polarisé en inverse. Lorsque la tension inverse atteint une certaine valeur, cette résistance chute et la diode conduit en polarisation inverse. Le potentiel auquel cela se produit est appelé letension de claquage.
Isolateurs
Contrairement aux conducteurs, les isolants ont des électrons étroitement liés à leurs atomes, ce qui résiste au flux d'électrons libre. La force qui maintient ces électrons en place n'est pas infinie et avec une tension suffisante, ces électrons peuvent gagner suffisamment d'énergie pour surmonter ces liaisons et l'isolant devient un conducteur. La tension de seuil à laquelle cela se produit est appelée tension de claquage ourésistance diélectrique. Dans un gaz, la tension de claquage est déterminée parLa loi de Paschen.
La loi de Paschen est une équation qui donne la tension de claquage en fonction de la pression atmosphérique et de la longueur de l'espace et s'écrit sous la forme
V_b=\frac{Bpd}{\ln{(Apd)}-\ln{(\ln{(1+1/\gamma_{se})})}}
oùVb est la tension continue de claquage,pest la pression du gaz,réest la distance d'écart en mètres,UNEetBsont des constantes qui dépendent du gaz environnant, etγse est le coefficient d'émission d'électrons secondaires. Le coefficient d'émission d'électrons secondaires est le point où les particules incidentes ont suffisamment d'énergie cinétique pour que lorsqu'elles heurtent d'autres particules, elles induisent l'émission de particules secondaires.
Calcul de la tension de claquage de l'air par pouce
Un tableau de tension de claquage de l'entrefer peut être utilisé pour rechercher la tension de claquage pour n'importe quel gaz. Lorsqu'un manuel de référence n'est pas disponible, le calcul de la rigidité diélectrique pour deux électrodes séparées d'un pouce (2,54 cm) peut être calculé en utilisant la loi de Paschen où
UNE= 112,50 (kPacm)−1
B= 2737,50 V/(kPa.cm)-1
γse = 0.01
P= 101 325 Pa
En branchant ces valeurs dans l'équation ci-dessus, on obtient
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\texte{ kV}
D'après les tableaux techniques et physiques, la plage typique de la tension de claquage dans l'air devrait être de 20 kV à 75 kV. Il existe d'autres facteurs qui influencent la tension de claquage dans l'air, par exemple l'humidité, l'épaisseur et la température, d'où la large plage.
