Введение
Степень изоляции
В физике термин "диэлектрическая прочность" имеет следующее значение: для чистого электрически изолирующего материала – максимальное электрическое поле, которое материал может выдержать в идеальных условиях без электрического пробоя и перехода в проводящее состояние (т.е. без потери его изоляционных свойств). Для конкретного образца диэлектрического материала и расположения электродов – минимальное приложенное электрическое поле (т.е. приложенное напряжение, деленное на расстояние между электродами), вызывающее пробой. Это понятие пробивного напряжения. Теоретическая диэлектрическая прочность материала является внутренним свойством самого материала и не зависит от его конфигурации или электродов, через которые прикладывается поле. Эта "собственная диэлектрическая прочность" соответствует тому, что было бы измерено при использовании чистых материалов в идеальных лабораторных условиях. При пробое электрическое поле высвобождает связанные электроны. Если приложенное электрическое поле достаточно велико, свободные электроны, возникающие из фонового излучения, могут быть ускорены до скоростей, достаточных для высвобождения дополнительных электронов при столкновениях с нейтральными атомами или молекулами, в процессе, известном как лавинный пробой. Пробой происходит довольно резко (обычно в наносекунды), что приводит к образованию электрически проводящего канала и деструктивного разряда через материал. В твердом материале событие пробоя значительно ухудшает или даже полностью разрушает его изоляционные характеристики.
In physics, the term dielectric strength has the following meanings:
for a pure electrically insulating material, the maximum electric field that the material can withstand under ideal conditions without undergoing electrical breakdown and becoming electrically conductive (i. e. without failure of its insulating properties). For a specific piece of dielectric material and location of electrodes, the minimum applied electric field (i. e. the applied voltage divided by electrode separation distance) that results in breakdown. This is the concept of breakdown voltage. The theoretical dielectric strength of a material is an intrinsic property of the bulk material, and is independent of the configuration of the material or the electrodes with which the field is applied. This "intrinsic dielectric strength" corresponds to what would be measured using pure materials under ideal laboratory conditions. At breakdown, the electric field frees bound electrons. If the applied electric field is sufficiently high, free electrons from background radiation may be accelerated to velocities that can liberate additional electrons by collisions with neutral atoms or molecules, in a process known as avalanche breakdown. Breakdown occurs quite abruptly (typically in nanoseconds), resulting in the formation of an electrically conductive path and a disruptive discharge through the material. In a solid material, a breakdown event severely degrades, or even destroys, its insulating capability.
Электрический сбой
Электрический ток — это поток электрически заряженных частиц в материале, вызванный электрическим полем. Подвижные заряженные частицы, ответственные за электрический ток, называются носителями заряда. В разных веществах разные частицы служат носителями заряда: в металлах и других твердых телах некоторые внешние электроны каждого атома (проводящие электроны) способны перемещаться по материалу; в электролитах и плазме это ионы — электрически заряженные атомы или молекулы, а также электроны. Вещество, обладающее высокой концентрацией носителей заряда, доступных для проводимости, будет проводить большой ток при заданном электрическом поле, созданном приложенным напряжением, и, следовательно, имеет низкое электрическое сопротивление; это называется электрическим проводником. Материал с небольшим количеством носителей заряда будет проводить очень мало тока при заданном электрическом поле и имеет высокое сопротивление; это называется электрическим изолятором. Однако, когда к любому изолирующему веществу приложено достаточно сильное электрическое поле, при определенной напряженности поля концентрация носителей заряда в материале внезапно возрастает на много порядков, в результате чего его сопротивление падает, и он становится проводником. Это называется электрическим пробоем. Физический механизм, вызывающий пробой, различается в разных веществах. В твердом теле это обычно происходит, когда электрическое поле становится достаточно сильным, чтобы отрывать внешние валентные электроны от атомов, делая их подвижными. Напряженность поля, при которой происходит пробой, является внутренним свойством материала, называемым его диэлектрической прочностью. В практических электрических схемах электрический пробой часто является нежелательным явлением — отказом изоляционного материала, вызывающим короткое замыкание и приводящим к катастрофическому выходу оборудования из строя. Внезапное падение сопротивления приводит к протеканию через материал большого тока, а резкое экстремальное джоулево нагревание может привести к расплавлению или взрывному испарению материала или других частей схемы. Однако сам пробой обратим. Если ток, подаваемый внешней цепью, достаточно ограничен, материал не повреждается, а уменьшение приложенного напряжения приводит к возврату материала в изолирующее состояние.
Единицы
В системе СИ единицей измерения диэлектрической прочности является вольт на метр (В/м). Также часто используются связанные единицы, такие как вольт на сантиметр (В/см), мегавольт на метр (МВ/м) и так далее. В американской системе мер диэлектрическая прочность часто указывается в вольтах на мил (мил равен 1/1000 дюйма). Перевод: 1 мил = 1/1000 дюйма.