Vsebina
Električno polje je območje prostora okoli nabitih delcev, ki deluje na druge nabito delce. Smer tega polja je smer sile, ki bi jo polje izvajalo na pozitiven preskusni električni naboj. Moč električnega polja je volt na meter (V / m). Tehnično gledano izolatorji ne vodijo električne energije, če pa je električno polje dovolj veliko, se izolator pokvari in izvede električno energijo.
To lahko včasih vidimo kot električni razelektritev ali lok v zraku med obema elektrodama. Izklopna napetost plina se lahko izračuna Paschensov zakon. Fizika je drugačna pri polprevodniških diodah, kjer je prelomna napetost točka, ko se naprava začne izvajati v načinu vzvratnega odklona.
Prelomna napetost
Diode in polprevodniki
Diode so običajno izdelane iz polprevodniških kristalov, običajno iz silicija ali germanija. Nečistoče se dodajo za ustvarjanje območja nosilcev negativnega naboja (elektronov) na eni strani, ki ustvarjajo polprevodnik n-tipa, in nosilcev pozitivnega naboja (luknje), da na drugi strani izdelajo polprevodnik p-tipa.
Ko se materiali p-vrste in n-vrste združijo, trenutni tok naboja ustvari tretjo regijo ali območje izčrpavanja, kjer ni nobenih nosilcev naboja. Tok teče, ko se na p-stran uporabi dovolj velika potencialna razlika kot na n-strani.
Dioda ima običajno visoko upornost v obratni smeri in ne dovoljuje pretoka elektronov v tem obratno pristranskem načinu. Ko povratna napetost doseže določeno vrednost, ta upor pade in dioda deluje v obratno-pristranskem načinu. Potencial, pri katerem se to zgodi, se imenuje prelomna napetost.
Izolatorji
Za razliko od prevodnikov imajo izolatorji elektrone, ki so tesno vezani na svoje atome, kar se upira prostemu toku elektrona. Sila, ki te elektrone drži na mestu, ni neskončna in z dovolj napetosti lahko ti elektroni pridobijo dovolj energije za premagovanje teh vezi in izolator postane prevodnik. Pražna napetost, pri kateri se to zgodi, je znana kot prelomna napetost oz dielektrična trdnost. V plinu je izklopna napetost določena s Paschensov zakon.
Paschensov zakon je enačba, ki daje prelomno napetost kot funkcijo atmosferskega tlaka in dolžine reže in je zapisana kot
Vb = Bpd/]
kje Vb je enosmerna napetost, str je tlak plina, d je razdalja reže v metrih, A in B so konstante, ki so odvisne od plina v okolici in γse je koeficient emisije sekundarnih elektronov. Koeficient emisije sekundarnih elektronov je točka, kjer imajo vpadljivi delci dovolj kinetične energije, da pri udaru drugih delcev povzročijo emisijo sekundarnih delcev.
Izračun ločilne napetosti zraka na palec
Tabela napetosti razčlenitve zračne reže se lahko uporablja za iskanje napetosti izpada za kateri koli plin. Če referenčni priročnik ni na voljo, se izračun dielektrične moči za dve elektrodi, ločeni z enim palcem (2,54 cm), izračuna s pomočjo Paschensovega zakona, kjer
A = 112,50 (kPacm)−1
B = 2737,50 V / (kPa.cm)-1
γse = 0.01
P = 101.325 Pa
Vključitev teh vrednosti v zgornjo enačbo prinese
Vb = (2737.50 × 101,325 × 2.54 × 10-2)/
Sledi, da
Vb = 20,3 kV
Iz inženirskih in fizikalnih tabel je pričakovati, da bo tipični razpon za prelomno napetost v zraku od 20 kV do 75 kV. Obstajajo tudi drugi dejavniki, ki vplivajo na lomno napetost v zraku, npr. Vlaga, debelina in temperatura, od tod tudi širok razpon.