Come calcolare la tensione di rottura

Contenuto

• La tensione di rottura
• Diodi e semiconduttori
• isolatori
• Calcolo della tensione di rottura dell'aria per pollice

Un campo elettrico è una regione di spazio attorno a una particella carica che esercita una forza su altre particelle cariche. La direzione di questo campo è la direzione della forza che il campo eserciterebbe su una carica elettrica di prova positiva. L'intensità del campo elettrico è volt per metro (V / m). Tecnicamente, gli isolanti non conducono l'elettricità ma se il campo elettrico è abbastanza grande, l'isolatore si rompe e conduce l'elettricità.

Questo a volte può essere visto come una scarica elettrica o arco nell'aria tra i due elettrodi. La tensione di rottura di un gas può essere calcolata da Legge di Paschens. La fisica è diversa per i diodi a semiconduttore in cui la tensione di rottura è il punto in cui il dispositivo inizia a condurre in modalità polarizzazione inversa.

La tensione di rottura

Diodi e semiconduttori

I diodi sono in genere costituiti da cristalli semiconduttori, solitamente silicio o germanio. Le impurità vengono aggiunte per creare una regione di portatori di carica negativa (elettroni) da un lato creando un semiconduttore di tipo n, e portatori di carica positiva (fori) per creare un semiconduttore di tipo p dall'altro.

Quando i materiali di tipo p e tipo n vengono riuniti, un flusso di carica momentaneo crea una terza regione o regione di esaurimento in cui non sono presenti portatori di carica. Una corrente scorre quando viene applicata una differenza di potenziale sufficientemente maggiore sul lato p rispetto al lato n.

Un diodo in genere ha un'alta resistenza nella direzione inversa e non consente agli elettroni di fluire in questa modalità polarizzata al contrario. Quando la tensione inversa raggiunge un certo valore, questa resistenza diminuisce e il diodo conduce in modalità polarizzata al contrario. Il potenziale a cui ciò accade si chiama calo di tensione.

isolatori

A differenza dei conduttori, gli isolanti hanno elettroni strettamente legati ai loro atomi che resistono al flusso di elettroni liberi. La forza che tiene in posizione questi elettroni non è infinita e con una tensione sufficiente quegli elettroni possono guadagnare abbastanza energia per superare quei legami e l'isolatore diventa un conduttore. La tensione di soglia alla quale ciò si verifica è nota come tensione di rottura o rigidità dielettrica. In un gas, la tensione di rottura è determinata da Legge di Paschens.

La legge di Paschens è un'equazione che fornisce la tensione di rottura in funzione della pressione atmosferica e della lunghezza del gap ed è scritta come

V_B = BPD/]

dove V_B è la tensione di interruzione CC, p è la pressione del gas, d è la distanza gap in metri, UN e B sono costanti che dipendono dal gas circostante e γ_SE è il coefficiente di emissione dell'elettrone secondario. Il coefficiente di emissione dell'elettrone secondario è il punto in cui le particelle incidente hanno abbastanza energia cinetica che quando colpiscono altre particelle, inducono l'emissione di particelle secondarie.

Calcolo della tensione di rottura dell'aria per pollice

Una tabella delle tensioni di rottura del traferro può essere utilizzata per cercare la tensione di rottura per qualsiasi gas. Laddove non sia disponibile un manuale di riferimento, è possibile calcolare il calcolo della rigidità dielettrica per due elettrodi separati da un pollice (2,54 cm) utilizzando la legge di Paschens dove

UN = 112.50 (kPacm)⁻¹

B = 2737.50 V / (kPa.cm)^-1

γ_SE = 0.01

P = 101.325 Pa

Inserendo questi valori nelle equazioni sopra riportate si ottiene

V_B = (2737.50 × 101,325 × 2.54 × 10^-2)/

Ne consegue che

V_B = 20,3 kV

Dalle tabelle ingegneristiche e fisiche, l'intervallo tipico per la tensione di rottura in aria dovrebbe essere compreso tra 20 kV e 75 kV. Esistono altri fattori che influenzano la tensione di rottura nell'aria, ad esempio umidità, spessore e temperatura, quindi la vasta gamma.