Como calcular a tensão de ruptura

Um campo elétrico é uma região do espaço em torno de uma partícula carregada que exerce uma força sobre outras partículas carregadas. A direção desse campo é a direção da força que o campo exerceria em uma carga elétrica de teste positiva. A intensidade do campo elétrico é volt por metro (V / m). Tecnicamente, os isoladores não conduzem eletricidade, mas se o campo elétrico for grande o suficiente, o isolador quebra e conduz eletricidade.

Isso às vezes pode ser visto como uma descarga elétrica ou arco no ar entre os dois eletrodos. A tensão de ruptura de um gás pode ser calculada a partir deLei de Paschen.A física é diferente para diodos semicondutores, onde a tensão de ruptura é o ponto onde o dispositivo começa a conduzir no modo de polarização reversa.

Os diodos são normalmente feitos de cristais semicondutores, geralmente silício ou germânio. Impurezas são adicionadas para criar uma região de portadores de carga negativa (elétrons) em um lado, criando um semicondutor do tipo n e portadores de carga positiva (orifícios) para fazer um semicondutor do tipo p no outro.

Quando os materiais do tipo p e do tipo n são reunidos, um fluxo de carga momentâneo cria uma terceira região ou região de depleção onde nenhum portador de carga está presente. Uma corrente flui quando uma diferença de potencial suficientemente maior é aplicada ao lado p do que ao lado n.

Um diodo normalmente tem uma alta resistência na direção reversa e não permite que os elétrons fluam neste modo de polarização reversa. Quando a tensão reversa atinge um determinado valor, essa resistência cai e o diodo conduz no modo de polarização reversa. O potencial em que isso ocorre é chamado dequeda de tensão​.

Ao contrário dos condutores, os isoladores têm elétrons fortemente ligados a seus átomos, o que resiste ao fluxo livre de elétrons. A força que mantém esses elétrons no lugar não é infinita e com voltagem suficiente esses elétrons podem ganhar energia suficiente para superar essas ligações e o isolante se torna um condutor. A tensão limite em que isso ocorre é conhecida como tensão de ruptura ourigidez dielétrica. Em um gás, a tensão de ruptura é determinada porLei de Paschen​.

A Lei de Paschen é uma equação que fornece a tensão de ruptura em função da pressão atmosférica e do comprimento do intervalo e é escrita como

OndeV​_b é a tensão de ruptura DC,pé a pressão do gás,dé a distância da lacuna em metros,UMAeBsão constantes que dependem do gás circundante, eγ​_se é o coeficiente de emissão de elétrons secundários. O coeficiente de emissão de elétrons secundários é o ponto em que as partículas incidentes têm energia cinética suficiente para que, ao atingirem outras partículas, induzam a emissão de partículas secundárias.

Uma tabela de tensão de ruptura do entreferro pode ser usada para pesquisar a tensão de ruptura de qualquer gás. Quando um manual de referência não estiver disponível, o cálculo da rigidez dielétrica para dois eletrodos separados por uma polegada (2,54 cm) pode ser calculado usando a Lei de Paschen, onde

​UMA= 112,50 (kPacm)⁻¹

​B= 2737,50 V / (kPa.cm)^-1

​γ​_se = 0.01

​P= 101.325 Pa

Conectar esses valores na equação acima resulta

A partir das tabelas físicas e de engenharia, a faixa típica para a tensão de ruptura no ar é esperada entre 20 kV a 75 kV. Existem outros fatores que influenciam a tensão de ruptura no ar, por exemplo, umidade, espessura e temperatura, daí a ampla faixa.