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Um campo elétrico é uma região do espaço em torno de uma partícula carregada que exerce uma força sobre outras partículas carregadas. A direção deste campo é a direção da força que o campo exerceria com uma carga elétrica de teste positivo. A força do campo elétrico é volt por metro (V / m). Tecnicamente, os isoladores não conduzem eletricidade, mas se o campo elétrico for grande o suficiente, o isolador quebra e conduz eletricidade.
Às vezes, isso pode ser visto como uma descarga elétrica ou um arco no ar entre os dois eletrodos. A tensão de ruptura de um gás pode ser calculada a partir de Lei de Paschens. A física é diferente para diodos semicondutores, onde a tensão de ruptura é o ponto em que o dispositivo começa a conduzir no modo de polarização reversa.
A tensão de ruptura
Diodos e semicondutores
Os diodos são tipicamente feitos de cristais semicondutores, geralmente silício ou germânio. Impurezas são adicionadas para criar uma região de portadores de carga negativa (elétrons) de um lado, criando um semicondutor do tipo n, e portadores de carga positiva (orifícios) para criar um semicondutor do tipo p do outro.
Quando os materiais do tipo p e do tipo n são reunidos, um fluxo de carga momentâneo cria uma terceira região ou região de depleção, na qual não há portadores de carga. Uma corrente flui quando uma diferença de potencial suficientemente maior é aplicada ao lado p do que ao lado n.
Um diodo normalmente possui uma alta resistência na direção reversa e não permite que os elétrons fluam nesse modo de polarização reversa. Quando a tensão reversa atinge um determinado valor, essa resistência cai e o diodo é conduzido no modo de polarização reversa. O potencial em que isso ocorre é chamado de queda de tensão.
Isoladores
Ao contrário dos condutores, os isoladores têm elétrons fortemente ligados aos seus átomos, os quais resistem ao fluxo livre de elétrons. A força que mantém esses elétrons no lugar não é infinita e, com voltagem suficiente, esses elétrons podem ganhar energia suficiente para superar essas ligações e o isolador se torna um condutor. A tensão limite na qual isso ocorre é conhecida como tensão de ruptura ou rigidez dielétrica. Em um gás, a tensão de ruptura é determinada por Direito de Paschens.
A Lei de Paschens é uma equação que fornece a tensão de ruptura em função da pressão atmosférica e do comprimento do intervalo e é escrita como
Vb = Bpd/]
Onde Vb é a tensão de ruptura CC, p é a pressão do gás, d é a distância do espaço em metros, UMA e B são constantes que dependem do gás circundante e γse é o coeficiente de emissão de elétrons secundário. O coeficiente de emissão de elétrons secundário é o ponto em que as partículas incidentes têm energia cinética suficiente para que, quando atingem outras partículas, induzam a emissão de partículas secundárias.
Cálculo da tensão de ruptura do ar por polegada
Uma tabela de tensão de ruptura do gap de ar pode ser usada para procurar a tensão de ruptura de qualquer gás. Quando um manual de referência não está disponível, o cálculo da resistência dielétrica de dois eletrodos separados por uma polegada (2,54 cm) pode ser calculado usando a Lei de Paschens, em que
UMA = 112,50 (kPacm)−1
B = 2737,50 V / (kPa.cm)-1
γse = 0.01
P = 101.325 Pa
A inserção desses valores na equação acima gera
Vb = (2737.50 × 101,325 × 2.54 × 10-2)/
Segue que
Vb = 20,3 kV
Nas tabelas de engenharia e físicas, a faixa típica para a tensão de ruptura no ar deve ser de 20 kV a 75 kV. Existem outros fatores que influenciam a tensão de ruptura no ar, por exemplo, umidade, espessura e temperatura, daí a ampla faixa.