Πώς να υπολογίσετε την τάση κατανομής

Περιεχόμενο

• Η τάση κατανομής
• Διόδους και ημιαγωγούς
• Μονωτές
• Υπολογισμός της τάσης κατανομής αέρα ανά ίντσα

Ένα ηλεκτρικό πεδίο είναι μια περιοχή του χώρου γύρω από ένα φορτισμένο σωματίδιο που ασκεί δύναμη σε άλλα φορτισμένα σωματίδια. Η κατεύθυνση αυτού του πεδίου είναι η κατεύθυνση της δύναμης που θα ασκούσε το πεδίο σε ένα θετικό ηλεκτρικό φορτίο δοκιμής. Η ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου είναι volt ανά μέτρο (V / m). Από τεχνική άποψη, οι μονωτήρες δεν εκτελούν ηλεκτρική ενέργεια, αλλά εάν το ηλεκτρικό πεδίο είναι αρκετά μεγάλο, ο μονωτής σπάει και εκτελεί ηλεκτρική ενέργεια.

Αυτό μπορεί μερικές φορές να θεωρηθεί ως ηλεκτρική εκκένωση ή τόξο στον αέρα μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων. Η τάση διάσπασης ενός αερίου μπορεί να υπολογιστεί από Νόμος Paschens. Η φυσική είναι διαφορετική για τις ημιαγώγιμες δίοδοι όπου η τάση διάσπασης είναι το σημείο όπου η συσκευή αρχίζει να λειτουργεί με αντίστροφη προκατάληψη.

Η τάση κατανομής

Διόδους και ημιαγωγούς

Οι δίοδοι συνήθως κατασκευάζονται από ημιαγώγιμους κρυστάλλους, συνήθως πυρίτιο ή γερμάνιο. Οι ακαθαρσίες προστίθενται για να δημιουργήσουν μια περιοχή φορέων αρνητικών φορτίων (ηλεκτρόνια) από τη μια πλευρά δημιουργώντας έναν ημιαγωγό τύπου η και φορείς θετικής φόρτισης (οπές) για να φτιάξουν ένα ημιαγωγό τύπου ρ από την άλλη.

Όταν τα υλικά τύπου ρ και ν-τύπου συγκεντρώνονται, μια στιγμιαία ροή φορτίου δημιουργεί μια τρίτη περιοχή ή περιοχή εξάντλησης όπου δεν υπάρχουν φορείς φορτίου. Ένα ρεύμα ρέει όταν εφαρμόζεται επαρκώς μεγαλύτερη διαφορά δυναμικού στην πλευρά p από την n-πλευρά.

Μια δίοδος τυπικά έχει υψηλή αντίσταση στην αντίστροφη κατεύθυνση και δεν επιτρέπει την ροή ηλεκτρονίων σε αυτόν τον τρόπο αντίστροφης μεροληψίας. Όταν η αντίστροφη τάση φτάσει σε μια ορισμένη τιμή, αυτή η αντίσταση πέφτει και η δίοδος διεξάγεται με αντίστροφη μεροληψία. Το δυναμικό στο οποίο συμβαίνει αυτό ονομάζεται τάση διάσπασης.

Μονωτές

Σε αντίθεση με τους αγωγούς, οι μονωτήρες έχουν ηλεκτρόνια που είναι στενά συνδεδεμένα με τα άτομα τους που αντιστέκονται στην ελεύθερη ροή ηλεκτρονίων. Η δύναμη που κρατά αυτά τα ηλεκτρόνια στη θέση τους δεν είναι άπειρη και με αρκετή τάση αυτά τα ηλεκτρόνια μπορούν να αποκτήσουν αρκετή ενέργεια για να ξεπεράσουν αυτούς τους δεσμούς και ο μονωτής γίνεται αγωγός. Η τάση κατωφλίου στην οποία συμβαίνει αυτό είναι γνωστή ως τάση διάσπασης ή διηλεκτρική αντοχή. Σε ένα αέριο, η τάση διάσπασης καθορίζεται από το Νόμος Paschens.

Ο νόμος Paschens είναι μια εξίσωση που δίνει την τάση διάσπασης ως συνάρτηση της ατμοσφαιρικής πίεσης και του μήκους του κενού και είναι γραμμένη ως

V_σι = Bpd/]

που V_σι είναι η τάση διάσπασης DC, Π είναι η πίεση του αερίου, ρε είναι η απόσταση κενού σε μέτρα, ΕΝΑ και σι είναι σταθερές που εξαρτώνται από το περιβάλλον αέριο και γ_se είναι ο συντελεστής εκπομπής δευτερογενούς ηλεκτρονίου. Ο συντελεστής εκπομπής δευτερογενούς ηλεκτρονίου είναι το σημείο όπου τα προσπίπτοντα σωματίδια έχουν αρκετή κινητική ενέργεια που όταν χτυπάνε άλλα σωματίδια, προκαλούν την εκπομπή δευτερογενών σωματιδίων.

Υπολογισμός της τάσης κατανομής αέρα ανά ίντσα

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί πίνακας τάσης διάσπασης διακένου αέρα για την αναζήτηση της τάσης διάσπασης για οποιοδήποτε αέριο. Όταν δεν υπάρχει διαθέσιμο εγχειρίδιο αναφοράς, ο υπολογισμός της διηλεκτρικής αντοχής για δύο ηλεκτρόδια διαχωρισμένα με μια ίντσα (2,54 cm) μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας το νόμο Paschens όπου

ΕΝΑ = 112,50 (kPacm)⁻¹

σι = 2737,50 V / (kPa.cm)^-1

γ_se = 0.01

Π = 101,325 Ρα

Συνδέοντας αυτές τις τιμές στις παραπάνω αποδόσεις εξισώσεων

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

Από αυτό προκύπτει

V_σι = 20,3 kV

Από τα μηχανικά και τα φυσικά τραπέζια, η τυπική περιοχή για την τάση διάσπασης στον αέρα αναμένεται να είναι 20 kV έως 75 kV. Υπάρχουν και άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν την τάση διάσπασης στον αέρα, π.χ. υγρασία, πάχος και θερμοκρασία, εξ ου και το ευρύ φάσμα.