Co to jest napięcie przebicia?

Napięcie przebicia, czasami nazywane również wytrzymałością dielektryczną lub napięciem uderzającym, jest ilością siły elektrycznej wymaganej do przekształcenia właściwości elektrycznych obiektu. Najczęściej stosuje się go w odniesieniu do izolatorów. Napięcie przebicia to minimalne napięcie niezbędne do zmuszenia izolatora do przewodzenia pewnej ilości energii elektrycznej. Napięcie przebicia ma znaczenie jedynie w odniesieniu do istniejącego systemu; jest to punkt, w którym materiał nie spełnia oczekiwań operatora co do jego funkcjonowania.

Izolatory z definicji nie przewodzą prądu. Napięcie przebicia to punkt, w którym materiał przestaje być izolatorem i staje się rezystorem; to znaczy przewodzi prąd w pewnej części całkowitego prądu. Izolatory charakteryzują się atomami o ściśle związanych elektronach. Siły atomowe utrzymujące te elektrony w miejscu przekraczają większość napięć zewnętrznych, które mogą powodować przepływ elektronów. Siła ta jest jednak skończona i zawsze może zostać potencjalnie przekroczona przez napięcie zewnętrzne, które następnie spowoduje przepływ elektronów z pewną prędkością przez substancję.

Wszystkie pozostałe parametry są jednakowe, jakość izolatora rośnie wraz z napięciem przebicia. Dlatego porcelana, która ma wytrzymałość dielektryczną około 100 kilowoltów na cal, jest miernym izolatorem. Szkło, które rozkłada się 20-krotnie w stosunku do napięcia porcelany, jest znacznie lepsze.

Diody mają również napięcie przebicia. Proste diody są przeznaczone do przewodzenia energii elektrycznej tylko w jednym kierunku, określanym jako „do przodu”. Jednak przy wystarczająco wysokim napięciu dioda może być doprowadzona do prądu w „odwrotnej kolejności”. Niektóre diody, zwane diodami lawinowymi, są przeznaczone do tego typu zastosowań. Przy niskich napięciach przewodzą prąd tylko w jednym kierunku. W określonym punkcie prowadzą go równie skutecznie w przeciwnym kierunku. To odróżnia je od izolatorów i innych diod, które nawet powyżej napięcia przebicia utrzymują stosunkowo wysoką rezystancję. Nic dziwnego, że triody i inne wyspecjalizowane podzespoły elektroniczne również psują się w pewnym momencie i zaczynają przewodzić prąd wzdłuż ścieżki podyktowanej wystarczająco wysokim napięciem.

W praktyce określenie dokładnego napięcia przebicia materiału jest trudne. Określona liczba przypisana do tej ilości nie jest niezawodną stałą, taką jak temperatura topnienia; jest to średnia statystyczna. W związku z tym, projektując obwód, należy upewnić się, że jego maksymalne napięcie jest znacznie niższe od najniższego napięcia przebicia dowolnego z zaangażowanych materiałów. Układ elektryczny jest tak dobry, jak najmniejsze napięcie przebicia jednego z jego elementów.