Что такое напряжение пробоя?

Напряжение пробоя, иногда также называемое диэлектрической прочностью или ударным напряжением, представляет собой величину электрической силы, необходимой для преобразования электрических свойств объекта. Чаще всего он используется в отношении изоляторов. Напряжение пробоя — это минимальное напряжение, необходимое для того, чтобы изолятор мог проводить некоторое количество электричества. Это измерение имеет смысл только по отношению к существующей системе; это точка, в которой материал не соответствует ожиданиям оператора относительно того, как он будет функционировать.

Изоляторы по определению не проводят электричество. Напряжение пробоя — это точка, в которой материал перестает быть изолятором и становится резистором; то есть проводит электричество в некоторой пропорции от общего тока. Изоляторы характеризуются атомами с прочно связанными электронами. Атомные силы, удерживающие эти электроны на месте, превосходят большинство внешних напряжений, которые могли бы заставить электроны течь. Однако эта сила конечна, и ее всегда потенциально может превысить внешнее напряжение, которое затем заставит электроны течь с определенной скоростью через вещество.

При прочих равных качество изолятора увеличивается вместе с его напряжением пробоя. Следовательно, фарфор, который имеет диэлектрическую прочность около 100 киловольт на дюйм, является посредственным изолятором. Стекло, которое разрушается при напряжении, в 20 раз превышающем напряжение фарфора, гораздо лучше.

Диоды также имеют напряжение пробоя. Простые диоды предназначены для проведения электричества только в одном направлении, называемом «вперед». Однако при достаточно высоком напряжении диод можно заставить проводить электричество «в обратном направлении». Некоторые диоды, называемые лавинными диодами, предназначены для такого типа использования. При низком напряжении они проводят электричество только в одном направлении. В конкретный момент они так же эффективно проводят его и в другом направлении. Это отличает их от изоляторов и других диодов, которые даже выше уровня пробоя сохраняют относительно высокое сопротивление. Неудивительно, что триоды и другие специализированные электронные компоненты также в определенный момент выходят из строя и начинают проводить электричество по пути, продиктованному достаточно высоким напряжением.

На практике определить точное напряжение пробоя материала сложно. Конкретное число, прикрепленное к этой величине, не является надежной константой, такой как температура плавления; это среднее статистическое значение. Следовательно, при проектировании цепи следует убедиться, что ее максимальное напряжение значительно ниже наименьшего напряжения пробоя любого из используемых материалов. Электрическая система хороша настолько, насколько наименьшее напряжение пробоя одного из ее компонентов.