Fizyka przewodnictwa stałego

Środki izolacji elektrycznejnie ma przewodzenia prądu. Elektronowa teoria pasm (dział fizyki) wyjaśnia, że ​​ładunek przepływa, gdy kwantowy stan materii osiąga stan, w którym można wzbudzić elektrony. Jeśli na materiał zostanie przyłożona różnica potencjałów, powoduje to, że elektrony zyskują energię i w ten sposób przemieszczają się przez przewodnik, taki jak metal. Jeśli takiego stanu nie ma, materiał jest izolatorem.

Większość izolatorów ma duże przerwy wzbronione. Dzieje się tak, ponieważ pasmo „walencyjne” zawierające elektrony o najwyższej energii jest pełne, a duża przerwa energetyczna oddziela to pasmo od następnego pasma powyżej. Zawsze istnieje pewne napięcie (zwane napięciem przebicia), które zapewnia energię wystarczającą do wzbudzenia elektronów w tym paśmie. Po przekroczeniu tego napięcia następuje przebicie elektryczne i materiał nie jest już izolatorem, a zatem nie może już przenosić ładunku. Często towarzyszą temu zmiany fizyczne lub chemiczne, które trwale pogarszają materiał i jego właściwości izolacyjne.

Kiedy pole elektryczne przyłożone do substancji izolacyjnej przekracza w dowolnym miejscu progowe pole przebicia substancji, izolator nagle staje się przewodnikiem, powodując duży wzrost przepływu prądu, a tym samym łuk w poprzek substancji. Występuje, gdy pole elektryczne w materiale jest wystarczająco silne, aby przyspieszyć nośniki ładunku swobodnego (elektrony i jony, które zawsze występują w małych stężeniach) do prędkości wystarczająco dużej, aby wytrącić elektrony z atomów, gdy w nie uderzają, powodując w ten sposób jonizację atomów . Może wystąpić awaria elektryczna. Te uwolnione elektrony i jony są z kolei przyspieszane i uderzają w inne atomy, tworząc więcej nośników ładunku w reakcji łańcuchowej. Izolator szybko zapełnia się mobilnymi nośnikami ładunku, a jego rezystancja spada do niższego poziomu. W ciałach stałych napięcie przebicia jest proporcjonalne do energii pasma wzbronionego. Kiedy następuje wyładowanie koronowe, powietrze w obszarze wokół przewodnika wysokiego napięcia ulega rozpadowi i jonizacji bez katastrofalnego wzrostu prądu. Jeżeli jednak obszar przebicia powietrza rozciąga się na inny przewodnik o innym napięciu, pomiędzy nimi tworzy się ścieżka przewodząca, a przez powietrze przepływa duży prąd, tworząc łuk. Nawet próżnia może ulec uszkodzeniu, ale w tym przypadku przebicie lub łuk próżniowy obejmuje ładunki wyrzucane z powierzchni metalowej elektrody, a nie ładunki generowane przez samą próżnię.