Een elektrisch veld is een gebied in de ruimte rond een geladen deeltje dat een kracht uitoefent op andere geladen deeltjes. De richting van dit veld is de richting van de kracht die het veld zou uitoefenen op een positieve elektrische testlading. De sterkte van het elektrische veld is volt per meter (V/m). Technisch gezien geleiden isolatoren geen elektriciteit, maar als het elektrische veld groot genoeg is, breekt de isolator af en geleidt deze elektriciteit.
Dit kan soms worden gezien als een elektrische ontlading of boog in de lucht tussen de twee elektroden. De doorslagspanning van een gas kan worden berekend uit:Wet van Paschen.De fysica is anders voor halfgeleidende diodes waarbij de doorslagspanning het punt is waarop het apparaat begint te geleiden in omgekeerde voorspanningsmodus.
De doorslagspanning:
Diodes en halfgeleiders
Diodes zijn meestal gemaakt van halfgeleidende kristallen, meestal silicium of germanium. Onzuiverheden worden toegevoegd om aan één kant een gebied met negatieve ladingsdragers (elektronen) te creëren een n-type halfgeleider, en positieve ladingsdragers (gaten) om een p-type halfgeleider te maken op de andere.
Wanneer de p-type en n-type materialen worden samengebracht, creëert een tijdelijke ladingsstroom een derde gebied of uitputtingsgebied waar geen ladingsdragers aanwezig zijn. Er vloeit een stroom wanneer een voldoende groter potentiaalverschil wordt aangelegd aan de p-zijde dan aan de n-zijde.
Een diode heeft typisch een hoge weerstand in de omgekeerde richting en laat geen elektronen stromen in deze omgekeerde voorgespannen modus. Wanneer de sperspanning een bepaalde waarde bereikt, daalt deze weerstand en geleidt de diode in sperrichting. De potentiaal waarbij dit gebeurt heet dedoorslagspanning:.
isolatoren
In tegenstelling tot geleiders hebben isolatoren elektronen die stevig aan hun atomen zijn gebonden en die de vrije elektronenstroom weerstaan. De kracht die deze elektronen op hun plaats houdt is niet oneindig en met voldoende spanning kunnen die elektronen genoeg energie krijgen om die bindingen te overwinnen en de isolator wordt een geleider. De drempelspanning waarbij dit gebeurt, staat bekend als de doorslagspanning ofdiëlektrische sterkte. In een gas wordt de doorslagspanning bepaald doorWet van Paschenchen.
De wet van Paschen is een vergelijking die de doorslagspanning geeft als functie van de atmosferische druk en de spleetlengte en wordt geschreven als
V_b=\frac{Bpd}{\ln{(Apd)}-\ln{(\ln{(1+1/\gamma_{se})})}}
waarVb is de DC-doorslagspanning,pis de druk van het gas,dis de spleetafstand in meters,EENenBzijn constanten die afhankelijk zijn van het omringende gas, enγse is de secundaire elektronenemissiecoëfficiënt. De secundaire elektronenemissiecoëfficiënt is het punt waar invallende deeltjes voldoende kinetische energie hebben dat wanneer ze andere deeltjes raken, ze de emissie van secundaire deeltjes induceren.
De doorslagspanning van lucht per inch berekenen Per
Een luchtspleetdoorslagspanningstabel kan worden gebruikt om de doorslagspanning voor elk gas op te zoeken. Als er geen referentiehandleiding beschikbaar is, kan de berekening van de diëlektrische sterkte voor twee elektroden die door één inch (2,54 cm) zijn gescheiden, worden berekend met behulp van de wet van Paschen, waarbij
EEN= 112,50 (kPacm)−1
B= 2737,50 V/(kPa.cm)-1
γse = 0.01
P= 101.325 Pa
Als u die waarden in de bovenstaande vergelijking invult, levert dit op:
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\tekst{ kV}
Uit technische en fysieke tabellen wordt verwacht dat het typische bereik voor de doorslagspanning in lucht 20 kV tot 75 kV zal zijn. Er zijn andere factoren die de doorslagspanning in lucht beïnvloeden, bijvoorbeeld vochtigheid, dikte en temperatuur, vandaar het brede bereik.