Indhold
Et elektrisk felt er et område i rummet omkring en ladet partikel, der udøver en kraft på andre ladede partikler. Retningen af dette felt er retningen på den kraft, som feltet ville udøve ved en positiv testelektrisk ladning. Styrken af det elektriske felt er volt pr. Meter (V / m). Teknisk ledes isolatorer ikke elektricitet, men hvis det elektriske felt er stort nok, brydes isolatoren og leder strøm.
Dette kan undertiden ses som en elektrisk udladning eller lysbue i luften mellem de to elektroder. Nedbrydningsspændingen for en gas kan beregnes ud fra Paschens Law. Fysikken er forskellig for halvledende dioder, hvor nedbrydningsspændingen er det punkt, hvor enheden begynder at lede i omvendt forspændingsfunktion.
Nedbrudsspændingen
Dioder og halvledere
Dioder er typisk fremstillet af halvledende krystaller, sædvanligvis silicium eller germanium. Urenheder tilføjes for at skabe et område med negativ ladningsbærere (elektroner) på den ene side og skabe en n-type halvleder og positive ladningsbærere (huller) for at fremstille en p-type halvleder på den anden.
Når p-typen og n-typen materialer bringes sammen, skaber en øjeblikkelig ladningsstrøm et tredje område eller et udtømningsområde, hvor der ikke er nogen ladningsbærere til stede. En strøm strømmer, når der tilføres en tilstrækkelig højere potentialeforskel på p-siden end n-siden.
En diode har typisk en høj modstand i den modsatte retning og tillader ikke elektroner at strømme i denne omvendt forspændte tilstand. Når bakspændingen når en bestemt værdi, falder denne modstand, og dioden leder i omvendt forspændt tilstand. Det potentiale, hvormed dette opstår, kaldes nedbrud spænding.
Isolatorer
I modsætning til ledere har isolatorer elektroner, der er tæt bundet til deres atomer, hvilket modstår fri elektronstrøm. Kraften, der holder disse elektroner på plads, er ikke uendelig, og med nok spænding kan disse elektroner få nok energi til at overvinde disse bindinger, og isolatoren bliver en leder. Den tærskelspænding, hvor dette sker, kaldes sammenbrudspænding eller dielektrisk styrke. I en gas bestemmes nedbrydningsspændingen af Paschens Law.
Paschens Law er en ligning, der giver nedbrydningsspændingen som en funktion af atmosfærisk tryk og mellemrum og er skrevet som
Vb = BPD/]
hvor Vb er DC-nedbrydningsspændingen, p er gasets tryk, d er afstanden i meter, EN og B er konstanter, der afhænger af den omgivende gas, og γSE er den sekundære elektronemissionskoefficient. Den sekundære elektronemissionskoefficient er det punkt, hvor hændende partikler har tilstrækkelig kinetisk energi til, at når de rammer andre partikler, inducerer de emissionen af sekundære partikler.
Beregning af nedbrydningsspænding af luft pr. Tomme
En tabell for nedbrydning af luftspalt kan bruges til at slå op i spændingsspændingen for enhver gas. Hvor en referencehåndbog ikke er tilgængelig, kan beregningen af dielektrisk styrke for to elektroder, der er adskilt med en tomme (2,54 cm), beregnes ved hjælp af Paschens Law, hvor
EN = 112,50 (kPacm)−1
B = 2737,50 V / (kPa.cm)-1
γSE = 0.01
P = 101,325 Pa
Tilslutning af disse værdier til ovennævnte ligningsudbytte
Vb = (2737.50 × 101,325 × 2.54 × 10-2)/
Den følger det
Vb = 20,3 kV
Fra tekniske og fysiske tabeller forventes det typiske område for nedbrydningsspænding i luft at være 20 kV til 75 kV. Der er andre faktorer, der påvirker nedbrydningsspændingen i luft, fx fugtighed, tykkelse og temperatur, deraf det brede interval.