Che cos'è la tensione di rottura?

La tensione di rottura, a volte chiamata anche rigidità dielettrica o tensione di scarica, è la quantità di forza elettrica richiesta per trasformare le proprietà elettriche di un oggetto. Più comunemente, viene utilizzato rispetto agli isolanti. La tensione di rottura è la tensione minima necessaria per forzare un isolante a condurre una certa quantità di elettricità. La tensione di rottura è significativa solo in relazione a un sistema esistente; è il punto in cui un materiale sfida le aspettative dell'operatore su come funzionerà.

Gli isolanti, per definizione, non conducono elettricità. La tensione di rottura è il punto in cui un materiale cessa di essere un isolante e diventa un resistore; cioè, conduce l'elettricità in una certa proporzione della corrente totale. Gli isolanti sono caratterizzati da atomi con elettroni strettamente legati. Le forze atomiche che tengono in posizione questi elettroni superano la maggior parte delle tensioni esterne che potrebbero indurre il flusso di elettroni. Questa forza, tuttavia, è limitata e può sempre essere potenzialmente superata da una tensione esterna, che causerà un flusso di elettroni a una certa velocità attraverso la sostanza.

A parità di tutto il resto, la qualità di un isolante aumenta insieme alla sua tensione di rottura. Quindi, la porcellana, che ha una resistenza dielettrica di circa 100 kilovolt per pollice, è un isolante mediocre. Il vetro, che si rompe a 20 volte la tensione della porcellana, è molto meglio.

I diodi hanno anche una tensione di rottura. I diodi semplici sono destinati a condurre l'elettricità solo in una direzione, definita "in avanti". Ad una tensione sufficientemente elevata, tuttavia, il diodo può essere fatto per condurre l'elettricità in "retromarcia". Alcuni diodi, chiamati diodi a valanga, sono destinati a questo tipo di utilizzo. A basse tensioni, conducono l'elettricità in una sola direzione. Ad un punto specifico, lo conducono altrettanto efficacemente nell'altra direzione. Ciò li distingue dagli isolanti e da altri diodi che, anche al di sopra della tensione di rottura, mantengono una resistenza relativamente elevata. Non sorprende che anche i triodi e altri componenti elettronici specializzati si rompano ad un certo punto e inizino a condurre l'elettricità lungo il percorso dettato da una tensione sufficientemente alta.

In pratica, è difficile determinare l'esatta tensione di rottura di un materiale. Un numero specifico associato a questa quantità non è una costante affidabile come un punto di fusione; è una media statistica. Di conseguenza, quando si progetta un circuito, è necessario assicurarsi che la sua tensione massima sia ben al di sotto della tensione di rottura più bassa di uno qualsiasi dei materiali coinvolti. Un sistema elettrico è buono solo quanto la minima tensione di guasto di uno dei suoi componenti.