สนามไฟฟ้าคือพื้นที่ของพื้นที่รอบๆ อนุภาคที่มีประจุซึ่งออกแรงกระทำต่ออนุภาคที่มีประจุอื่นๆ ทิศทางของสนามนี้คือทิศทางของแรงที่สนามกระทำต่อประจุไฟฟ้าทดสอบที่เป็นบวก ความแรงของสนามไฟฟ้าเท่ากับ โวลต์ต่อเมตร (V/m) ในทางเทคนิค ฉนวนจะไม่นำไฟฟ้า แต่ถ้าสนามไฟฟ้ามีขนาดใหญ่เพียงพอ ฉนวนจะสลายและนำไฟฟ้า
ซึ่งบางครั้งอาจมองว่าเป็นการคายประจุไฟฟ้าหรือส่วนโค้งในอากาศระหว่างอิเล็กโทรดทั้งสอง แรงดันพังทลายของก๊าซสามารถคำนวณได้จากกฎของพาสเชนฟิสิกส์แตกต่างกันสำหรับไดโอดสารกึ่งตัวนำซึ่งแรงดันพังทลายคือจุดที่อุปกรณ์เริ่มดำเนินการในโหมดอคติย้อนกลับ
แรงดันพังทลาย
ไดโอดและสารกึ่งตัวนำ
ไดโอดมักจะทำจากผลึกเซมิคอนดักเตอร์ ปกติคือซิลิกอนหรือเจอร์เมเนียม มีการเพิ่มสิ่งเจือปนเพื่อสร้างภูมิภาคของพาหะประจุลบ (อิเล็กตรอน) ที่ด้านหนึ่งสร้าง เซมิคอนดักเตอร์ชนิด n และตัวพาประจุบวก (รู) เพื่อสร้างเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p บน อื่นๆ.
เมื่อนำวัสดุประเภท p และประเภท n มารวมกัน การไหลของประจุชั่วขณะจะสร้างพื้นที่ที่สามหรือบริเวณที่หมดประจุซึ่งไม่มีตัวพาประจุอยู่ กระแสจะไหลเมื่อใช้ความต่างศักย์ที่สูงกว่าเพียงพอกับด้าน p มากกว่าด้าน n
ไดโอดมักจะมีความต้านทานสูงในทิศทางย้อนกลับและไม่อนุญาตให้อิเล็กตรอนไหลในโหมดเอนเอียงแบบย้อนกลับนี้ เมื่อแรงดันย้อนกลับถึงค่าหนึ่ง ความต้านทานนี้จะลดลงและไดโอดจะดำเนินการในโหมดเอนเอียงแบบย้อนกลับ ศักยภาพที่สิ่งนี้เกิดขึ้นเรียกว่า
ฉนวน
ฉนวนมีอิเลคตรอนที่ยึดติดกับอะตอมอย่างแน่นหนา ซึ่งแตกต่างจากตัวนำไฟฟ้า ซึ่งต้านทานการไหลของอิเล็กตรอนอิสระ แรงที่ยึดอิเล็กตรอนเหล่านี้ไว้กับที่ไม่ได้เป็นอนันต์ และด้วยแรงดันไฟฟ้าที่เพียงพอ อิเล็กตรอนเหล่านั้นจะได้รับพลังงานมากพอที่จะเอาชนะพันธะเหล่านั้น และฉนวนจะกลายเป็นตัวนำ แรงดันธรณีประตูที่สิ่งนี้เกิดขึ้นเรียกว่าแรงดันพังทลายหรือความเป็นฉนวน. ในแก๊ส แรงดันพังทลายถูกกำหนดโดยกฎของพาสเชน.
กฎของปาเชนเป็นสมการที่ให้แรงดันพังทลายเป็นฟังก์ชันของความดันบรรยากาศและความยาวของช่องว่าง และเขียนเป็น
V_b=\frac{Bpd}{\ln{(Apd)}-\ln{(\ln{(1+1/\gamma_{se})})}}
ที่ไหนวีข คือแรงดันพังทลาย DCพีคือความดันของแก๊สdคือระยะช่องว่างเป็นเมตรอาและบีเป็นค่าคงที่ที่ขึ้นอยู่กับก๊าซโดยรอบ และγเซ คือสัมประสิทธิ์การปล่อยอิเล็กตรอนทุติยภูมิ ค่าสัมประสิทธิ์การปล่อยอิเล็กตรอนทุติยภูมิคือจุดที่อนุภาคตกกระทบมีพลังงานจลน์เพียงพอที่เมื่อกระทบกับอนุภาคอื่น จะทำให้เกิดการปล่อยอนุภาครอง
การคำนวณแรงดันพังทลายของอากาศต่อนิ้ว
ตารางแรงดันพังทลายของช่องว่างอากาศสามารถใช้เพื่อค้นหาแรงดันพังทลายของก๊าซใดๆ ในกรณีที่ไม่มีคู่มืออ้างอิง การคำนวณความเป็นฉนวนสำหรับอิเล็กโทรดสองขั้วโดยคั่นด้วยหนึ่งนิ้ว (2.54 ซม.) สามารถคำนวณได้โดยใช้กฎของปาเชน
อา= 112.50 (kPacm)−1
บี= 2737.50 V/(kPa.cm)-1
γเซ = 0.01
พี= 101,325 ต่อปี
เสียบค่าเหล่านั้นลงในสมการข้างต้นจะได้ผลลัพธ์
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\ข้อความ{ kV}
จากตารางทางวิศวกรรมและทางกายภาพ ช่วงทั่วไปของแรงดันพังทลายในอากาศคาดว่าจะอยู่ที่ 20 kV ถึง 75 kV มีปัจจัยอื่นๆ ที่ส่งผลต่อแรงดันพังทลายในอากาศ เช่น ความชื้น ความหนา และอุณหภูมิ จึงเป็นช่วงกว้าง