Ett elektriskt fält är ett område i rymden runt en laddad partikel som utövar en kraft på andra laddade partiklar. Riktningen för detta fält är riktningen för den kraft fältet skulle utöva på en positiv elektrisk laddning. Det elektriska fältets styrka är volt per meter (V / m). Tekniskt leder isolatorer inte elektricitet, men om det elektriska fältet är tillräckligt stort bryts isolatorn ner och leder elektricitet.
Detta kan ibland ses som en elektrisk urladdning eller luftbåge mellan de två elektroderna. Nedbrytningsspänningen för en gas kan beräknas frånPaschens lag.Fysiken är annorlunda för halvledande dioder där nedbrytningsspänningen är den punkt där enheten börjar leda i omvänd förspänningsläge.
Fördelningsspänningen
Dioder och halvledare
Dioder är vanligtvis gjorda av halvledande kristaller, vanligtvis kisel eller germanium. Föroreningar tillsätts för att skapa en region med negativa laddningsbärare (elektroner) på ena sidan och skapa en halvledare av n-typ och positiva laddningsbärare (hål) för att skapa en halvledare av p-typ på Övrig.
När materialen av p-typ och n-typ förenas skapar ett momentant laddningsflöde ett tredje område eller utarmningsregion där inga laddningsbärare finns. En ström flyter när en tillräckligt högre potentialdifferens appliceras på p-sidan än n-sidan.
En diod har vanligtvis ett högt motstånd i omvänd riktning och tillåter inte elektroner att strömma i detta omvända förspända läge. När omvänd spänning når ett visst värde sjunker detta motstånd och dioden leder i omvänd förspänt läge. Potentialen vid vilken detta inträffar kallasnedbrytningsspänning.
Isolatorer
Till skillnad från ledare har isolatorer elektroner som är tätt bundna till sina atomer som motstår fritt elektronflöde. Kraften som håller dessa elektroner på plats är inte oändlig och med tillräcklig spänning kan dessa elektroner få tillräckligt med energi för att övervinna dessa bindningar och isolatorn blir en ledare. Tröskelspänningen vid vilken detta inträffar kallas nedbrytningsspänningen ellerdielektrisk styrka. I en gas bestäms nedbrytningsspänningen avPaschens lag.
Paschens lag är en ekvation som ger nedbrytningsspänningen som en funktion av atmosfärstryck och spaltlängd och skrivs som
V_b = \ frac {Bpd} {\ ln {(Apd)} - \ ln {(\ ln {(1 + 1 / \ gamma_ {se})})}}
varVb är DC-nedbrytningsspänningen,sidär gasens tryck,där gapavståndet i meter,AochBär konstanter som är beroende av den omgivande gasen, ochγse är den sekundära elektronemissionskoefficienten. Sekundärelektronemissionskoefficienten är den punkt där infallande partiklar har tillräckligt med kinetisk energi för att de när de träffar andra partiklar inducerar emission av sekundära partiklar.
Beräkning av uppdelningsspänningen för luft per tum
En luftspaltstabell för uppdelning av luftgap kan användas för att leta upp nedbrytningsspänningen för vilken gas som helst. Om en referensmanual inte är tillgänglig kan beräkningen av dielektrisk hållfasthet för två elektroder åtskilda av en tum (2,54 cm) beräknas med hjälp av Paschens lag där
A= 112,50 (kPacm)−1
B= 2737,50 V / (kPa.cm)-1
γse = 0.01
P= 101,325 Pa
Att ansluta dessa värden till ovanstående ekvationsavkastning
V_b = \ frac {2737.50 \ gånger 101.325 \ gånger 2.54 \ gånger 10 ^ {- 2}} {\ ln {(112.50 \ gånger 101.325 \ gånger 2.54 \ gånger 10 ^ {- 2})} - \ ln {(\ ln {(1 + 1 / 0.01)}}}} = 20.3 \ text {kV}
Från tekniska och fysiska tabeller förväntas det typiska intervallet för nedbrytningsspänningen i luft vara 20 kV till 75 kV. Det finns andra faktorer som påverkar nedbrytningsspänningen i luft, t.ex. fuktighet, tjocklek och temperatur, därav det breda intervallet.