Содержание
Электрическое поле - это область пространства вокруг заряженной частицы, которая воздействует на другие заряженные частицы. Направление этого поля является направлением силы, которую поле будет оказывать на положительный пробный электрический заряд. Напряженность электрического поля составляет вольт на метр (В / м). Технически изоляторы не проводят электричество, но если электрическое поле достаточно велико, изолятор разрушается и проводит электричество.
Иногда это можно рассматривать как электрический разряд или дугу в воздухе между двумя электродами. Напряжение пробоя газа можно рассчитать по Закон о Пашенах. Физика отличается для полупроводниковых диодов, где напряжение пробоя - это точка, в которой устройство начинает проводить в режиме обратного смещения.
Напряжение пробоя
Диоды и полупроводники
Диоды обычно изготавливаются из полупроводниковых кристаллов, обычно из кремния или германия. Примеси добавляются для создания области отрицательных носителей заряда (электронов) на одной стороне, создавая полупроводник n-типа, и положительных носителей заряда (дырок) для создания полупроводника p-типа на другой.
Когда материалы p-типа и n-типа сближаются, мгновенный поток заряда создает третью область или область обеднения, где нет носителей заряда. Ток течет, когда к р-стороне приложена достаточно большая разность потенциалов, чем к н-стороне.
Диод обычно имеет высокое сопротивление в обратном направлении и не позволяет электронам течь в этом режиме с обратным смещением. Когда обратное напряжение достигает определенного значения, это сопротивление падает, и диод проводит в режиме обратного смещения. Потенциал, при котором это происходит, называется напряжение пробоя.
Изоляторы
В отличие от проводников, у изоляторов есть электроны, которые тесно связаны с их атомами, которые сопротивляются свободному электронному потоку. Сила, удерживающая эти электроны на месте, не бесконечна, и при достаточном напряжении эти электроны могут получить достаточно энергии, чтобы преодолеть эти связи, и изолятор становится проводником. Пороговое напряжение, при котором это происходит, называется напряжением пробоя или диэлектрическая прочность, В газе напряжение пробоя определяется Закон о Пашенах.
Закон Пашенса - это уравнение, которое дает напряжение пробоя как функцию атмосферного давления и длины зазора и записывается в виде
Вб = BPD/]
где Вб напряжение пробоя постоянного тока, п давление газа, d это расстояние в метрах, а также В являются константами, которые зависят от окружающего газа, и γсе коэффициент вторичной электронной эмиссии. Коэффициент эмиссии вторичных электронов - это точка, в которой падающие частицы обладают достаточной кинетической энергией, чтобы при столкновении с другими частицами они вызывали эмиссию вторичных частиц.
Расчет пробивного напряжения воздуха на дюйм
Таблица напряжений пробоя воздушного зазора может использоваться для поиска напряжения пробоя для любого газа. Если справочное руководство отсутствует, расчет диэлектрической прочности для двух электродов, разделенных одним дюймом (2,54 см), можно рассчитать с использованием закона Пашенса, где
= 112.50 (кПакм)−1
В = 2737,50 В / (кПа.см)-1
γсе = 0.01
п = 101,325 Па
Включение этих значений в приведенное выше уравнение дает
Вб = (2737.50 × 101,325 × 2.54 × 10-2)/
Следует, что
Вб = 20,3 кВ
Исходя из технических и физических таблиц, типичный диапазон напряжения пробоя в воздухе ожидается от 20 кВ до 75 кВ. Существуют и другие факторы, которые влияют на напряжение пробоя в воздухе, например, влажность, толщина и температура, следовательно, широкий диапазон.