Електричне поле - це область простору навколо зарядженої частинки, яка діє на інші заряджені частинки. Напрямок цього поля - це напрямок сили, яку поле чинить на позитивний випробувальний електричний заряд. Сила електричного поля становить вольт на метр (В / м). Технічно ізолятори не проводять електрику, але якщо електричне поле досить велике, ізолятор руйнується і проводить електрику.
Це іноді можна розглядати як електричний розряд або дугу в повітрі між двома електродами. Напругу пробою газу можна розрахувати зЗакон Пашена.Фізика відрізняється для напівпровідникових діодів, де напруга пробою є точкою, де пристрій починає проводити в режимі зворотного зміщення.
Пробивна напруга
Діоди та напівпровідники
Діоди, як правило, виготовляються з напівпровідникових кристалів, як правило, з кремнію або германію. Домішки додаються для створення області негативних носіїв заряду (електронів), що створюють з одного боку напівпровідник n-типу та носії позитивного заряду (дірки) для виготовлення напівпровідника p-типу на інший.
Коли матеріали p-типу та n-типу об'єднані, миттєвий потік заряду створює третю область або область виснаження, де відсутні носії заряду. Струм протікає, коли до p-сторони прикладена достатньо більша різниця потенціалів, ніж n-сторона.
Діод, як правило, має високий опір у зворотному напрямку і не дозволяє електронам протікати в цьому режимі з зворотним зміщенням. Коли зворотна напруга досягає певного значення, цей опір падає, і діод працює в режимі зворотного зміщення. Потенціал, при якому це відбувається, називаєтьсянапруга пробою.
Ізолятори
На відміну від провідників, ізолятори мають електрони, тісно зв’язані зі своїми атомами, що протистоїть вільному потоку електронів. Сила, що утримує ці електрони на місці, не є нескінченною, і при достатній напрузі ці електрони можуть набирати достатньо енергії, щоб подолати ці зв’язки, і ізолятор стає провідником. Порогова напруга, при якій це відбувається, відома як напруга пробою абодіелектрична міцність. У газі напруга пробою визначаєтьсяЗакон Пашена.
Закон Пашена - це рівняння, яке дає напругу пробою як функцію атмосферного тиску та довжини зазору і записується як
V_b = \ frac {Bpd} {\ ln {(Apd)} - \ ln {(\ ln {(1 + 1 / \ gamma_ {se})})}}}
деVb - напруга пробою постійного струму,стор- тиск газу,d- відстань зазору в метрах,AіB- константи, які залежать від навколишнього газу, іγse - коефіцієнт вторинної електронної емісії. Коефіцієнт вторинного електронного випромінювання - це точка, коли падаючі частинки мають достатньо кінетичної енергії, щоб, потрапляючи в інші частинки, вони викликали випромінювання вторинних частинок.
Розрахунок напруги пробою повітря на дюйм
Таблицю напруги пробою повітряного зазору можна використовувати для пошуку напруги пробою будь-якого газу. Якщо довідковий посібник відсутній, розрахунок діелектричної міцності для двох електродів, розділених одним дюймом (2,54 см), можна обчислити, використовуючи закон Пашена
A= 112,50 (кПакм)−1
B= 2737,50 В / (кПа.см)-1
γse = 0.01
P= 101 325 Па
Підключення цих значень до наведеного рівняння дає
V_b = \ frac {2737.50 \ помножено на 101 325 \ по 2,54 \ по 10 ^ {- 2}} {\ ln {(112,50 \ по 101 325 \ по 2,54 \ по 10 ^ {- 2})} - \ ln {(\ ln {(1 + 1 / 0,01)})}} = 20,3 \ текст {кВ}
З інженерних та фізичних таблиць, типовий діапазон напруги пробою в повітрі, як очікується, буде від 20 кВ до 75 кВ. Є й інші фактори, що впливають на пробивну напругу в повітрі, наприклад, вологість, товщина та температура, отже, широкий діапазон.