Электрическое поле - это область пространства вокруг заряженной частицы, которая воздействует на другие заряженные частицы. Направление этого поля - это направление силы, которое поле будет оказывать на положительный тестовый электрический заряд. Напряженность электрического поля составляет вольт на метр (В / м). Технически изоляторы не проводят электричество, но если электрическое поле достаточно велико, изолятор выходит из строя и проводит электричество.
Иногда это можно увидеть как электрический разряд или дугу в воздухе между двумя электродами. Напряжение пробоя газа можно рассчитать по формулеЗакон Пашена.Физика иная для полупроводниковых диодов, где напряжение пробоя - это точка, в которой устройство начинает проводить в режиме обратного смещения.
Напряжение пробоя
Диоды и полупроводники
Диоды обычно изготавливаются из полупроводниковых кристаллов, обычно кремния или германия. Примеси добавляются для создания области отрицательных носителей заряда (электронов) с одной стороны, создавая полупроводник n-типа и положительные носители заряда (дырки), чтобы сделать полупроводник p-типа на Другие.
Когда материалы p-типа и n-типа объединяются, мгновенный поток заряда создает третью область или область обеднения, где нет носителей заряда. Ток протекает, когда к стороне p приложена достаточно большая разность потенциалов, чем к стороне n.
Диод обычно имеет высокое сопротивление в обратном направлении и не позволяет электронам течь в этом режиме с обратным смещением. Когда обратное напряжение достигает определенного значения, это сопротивление падает, и диод начинает работать в режиме обратного смещения. Потенциал, при котором это происходит, называетсянапряжение пробоя.
Изоляторы
В отличие от проводников, изоляторы имеют электроны, которые прочно связаны со своими атомами, что препятствует свободному потоку электронов. Сила, удерживающая эти электроны на месте, не бесконечна, и при достаточном напряжении эти электроны могут получить достаточно энергии, чтобы преодолеть эти связи, и изолятор становится проводником. Пороговое напряжение, при котором это происходит, известно как напряжение пробоя илидиэлектрическая прочность. В газе напряжение пробоя определяетсяЗакон Пашена.
Закон Пашена - это уравнение, которое дает напряжение пробоя как функцию атмосферного давления и длины зазора и записывается как
V_b = \ frac {Bpd} {\ ln {(Apd)} - \ ln {(\ ln {(1 + 1 / \ gamma_ {se})})}}
гдеVб напряжение пробоя постоянного тока,пдавление газа,dрасстояние в метрах,Аа такжеB- константы, зависящие от окружающего газа, аγse - коэффициент вторичной электронной эмиссии. Коэффициент вторичной электронной эмиссии - это точка, в которой падающие частицы обладают достаточной кинетической энергией, чтобы при столкновении с другими частицами они вызывали эмиссию вторичных частиц.
Расчет напряжения пробоя воздуха на дюйм
Таблица пробивного напряжения воздушного зазора может использоваться для определения пробивного напряжения для любого газа. Если справочное руководство недоступно, расчет электрической прочности изоляции для двух электродов, разделенных одним дюймом (2,54 см), может быть рассчитан с использованием закона Пашена, где
А= 112,50 (кПакм)−1
B= 2737,50 В / (кПа · см)-1
γse = 0.01
п= 101,325 Па
Включение этих значений в приведенное выше уравнение дает
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 \ text {кВ}
Исходя из технических и физических таблиц, типичный диапазон пробивного напряжения в воздухе ожидается от 20 кВ до 75 кВ. Существуют и другие факторы, которые влияют на напряжение пробоя в воздухе, например влажность, толщина и температура, отсюда широкий диапазон.