Električno polje je područje prostora oko nabijene čestice koje vrši silu na druge nabijene čestice. Smjer ovog polja je smjer sile koju bi polje djelovalo na pozitivni ispitni električni naboj. Jačina električnog polja je volt po metru (V / m). Tehnički, izolatori ne provode električnu energiju, ali ako je električno polje dovoljno veliko, izolator se kvari i provodi električnu energiju.
To se ponekad može vidjeti kao električno pražnjenje ili luk u zraku između dviju elektroda. Napon proboja plina može se izračunati izPaschenov zakon.Fizika je drugačija za poluvodičke diode gdje je napon proboja točka na kojoj uređaj počinje provoditi u načinu obrnutog prednapona.
Napon proboja
Diode i poluvodiči
Diode su obično izrađene od poluvodičkih kristala, obično silicija ili germanija. Nečistoće se dodaju kako bi se stvorilo područje nosača negativnog naboja (elektrona) s jedne strane koje stvaraju poluvodiča n-tipa i nosače pozitivnog naboja (rupe) za izradu poluvodiča p-tipa na drugo.
Kad se materijali p-tipa i n-tipa spoje, trenutni protok naboja stvara treće područje ili područje iscrpljenja u kojem nema nosača naboja. Struja teče kada se na p-stranu primijeni dovoljno veća razlika potencijala od n-strane.
Dioda obično ima veliki otpor u obrnutom smjeru i ne dopušta protok elektrona u ovom načinu obrnuto pristranog. Kad povratni napon dosegne određenu vrijednost, ovaj otpor pada i dioda provodi u načinu obrnutog pristranosti. Potencijal u kojem se to događa naziva senapon proboja.
Izolatori
Za razliku od vodiča, izolatori imaju elektrone koji su čvrsto povezani sa svojim atomima koji se opiru protoku slobodnog elektrona. Sila koja drži ove elektrone na mjestu nije beskonačna i s dovoljno napona ti elektroni mogu dobiti dovoljno energije da prevladaju te veze i izolator postaje vodič. Prag napona pri kojem se to događa poznat je kao napon proboja ilidielektrična čvrstoća. U plinu napon proboja određuje se pomoćuPaschenov zakon.
Paschenov zakon jednadžba je koja daje probojni napon u ovisnosti o atmosferskom tlaku i duljini praznine, a zapisuje se kao
V_b = \ frac {Bpd} {\ ln {(Apd)} - \ ln {(\ ln {(1 + 1 / \ gamma_ {se})})}}}
gdjeVb je istosmjerni napon proboja,strje tlak plina,dje udaljenost razmaka u metrima,AiBsu konstante koje ovise o okolnom plinu, iγse je sekundarni koeficijent emisije elektrona. Koeficijent sekundarne emisije elektrona je točka u kojoj upadajuće čestice imaju dovoljno kinetičke energije da kada udare u druge čestice izazovu emisiju sekundarnih čestica.
Izračunavanje napona proboja zraka po inču
Tablica napona proboja zračnog raspora može se koristiti za traženje napona proboja bilo kojeg plina. Gdje referentni priručnik nije dostupan, izračun dielektrične čvrstoće za dvije elektrode odvojene jednim inčem (2,54 cm) može se izračunati pomoću Paschenova zakona gdje
A= 112,50 (kPacm)−1
B= 2737,50 V / (kPa.cm)-1
γse = 0.01
Str= 101.325 Pa
Uključivanje tih vrijednosti u gornju jednadžbu daje
V_b = \ frac {2737.50 \ puta 101.325 \ puta 2,54 \ puta 10 ^ {- 2}} {\ ln {(112,50 \ puta 101.325 \ puta 2,54 \ puta 10 ^ {- 2})} - \ ln {(\ ln {(1 + 1 / 0,01)})}} = 20,3 \ tekst {kV}
Iz inženjerskih i fizičkih tablica očekuje se da će tipični raspon napona proboja u zraku biti od 20 kV do 75 kV. Postoje i drugi čimbenici koji utječu na probojni napon u zraku, npr. Vlaga, debljina i temperatura, stoga širok raspon.