Kiinteän johtavuuden fysiikka

Sähköeristys tarkoittaasähköä ei johdeta. Elektronikaistateoria (fysiikan haara) selittää, että varaus virtaa, kun aineen kvanttitila saavuttaa tilan, jossa elektronit voidaan virittää. Jos potentiaaliero kohdistuu materiaaliin, elektronit saavat energiaa ja liikkuvat siten johtimen, kuten metallin, läpi. Jos tällaista tilaa ei ole, materiaali on eriste.

Useimmissa eristimissä on suuret kaistavälit. Tämä tapahtuu, koska "valenssi"-kaista, joka sisältää suurimman energian elektroneja, on täynnä ja suuri energiarako erottaa tämän kaistan seuraavasta sen yläpuolella olevasta kaistasta. Aina on jokin jännite (kutsutaan läpilyöntijännitteeksi), joka tarjoaa tarpeeksi energiaa elektronien virittymiseen tälle kaistalle. Kun tämä jännite ylittyy, tapahtuu sähkökatko ja materiaali ei ole enää eriste eikä siksi voi enää siirtää varausta. Tähän liittyy usein fysikaalisia tai kemiallisia muutoksia, jotka heikentävät materiaalia ja sen eristäviä ominaisuuksia pysyvästi.

Kun eristävään aineeseen kohdistettu sähkökenttä ylittää aineen kynnyshajotuskentän missä tahansa kohdassa, eriste muuttuu yhtäkkiä johtimeksi, mikä aiheuttaa suuren virran lisäyksen ja siten kaaren aineen poikki. Se tapahtuu, kun materiaalissa oleva sähkökenttä on riittävän voimakas kiihdyttääkseen vapaita varauksenkuljettajia (elektroneja ja ioneja, joita on aina pieninä pitoisuuksina) riittävän suureen nopeuteen, jotta elektronit iskevät atomeista niiden iskeytyessä niihin ja siten ionisoivat atomit. . Sähkökatko voi tapahtua. Nämä vapautuneet elektronit ja ionit vuorostaan ​​kiihtyvät ja iskevät muihin atomeihin luoden lisää varauksenkuljettajia ketjureaktiossa. Eristin täyttyy nopeasti liikkuvilla varauksen kantajilla ja sen vastus putoaa alemmalle tasolle. Kiinteissä aineissa läpilyöntijännite on verrannollinen kaistavälin energiaan. Kun koronapurkaus tapahtuu, korkeajännitejohtimen ympärillä oleva ilma hajoaa ja ionisoi sen ilman katastrofaalista virran kasvua. Kuitenkin, jos ilman läpilyöntialue ulottuu toiseen eri jännitteiseen johtimeen, niiden välille muodostuu johtava reitti ja suuri virta kulkee ilman läpi muodostaen kaaren. Jopa tyhjiö voi kärsiä jonkinlaisesta rikkoutumisesta, mutta tässä tapauksessa rikkoutuminen tai tyhjiökaari sisältää metallielektrodin pinnalta sinkoutuvia varauksia eikä itse tyhjiön synnyttämiä varauksia.