固体伝導物理学

電気絶縁手段電気は伝導しません。電子バンド理論 (物理学の分野) は、物質の量子状態が電子を励起できる状態に達すると電荷が流れると説明します。材料間に電位差がかかると、電子がエネルギーを獲得し、金属などの導体中を移動します。このような状態が存在しない場合、その材料は絶縁体です。

ほとんどの絶縁体は大きなバンドギャップを持っています。これは、最も高いエネルギーの電子を含む「価電子」バンドがいっぱいであり、このバンドがその上の次のバンドから大きなエネルギー ギャップによって分離されているために起こります。電子がこのバンドに励起されるのに十分なエネルギーを提供する電圧​​ (降伏電圧と呼ばれる) が常に存在します。この電圧を超えると、電気的破壊が発生し、材料は絶縁体ではなくなるため、電荷を転送できなくなります。これには多くの場合、材料とその絶縁特性を永続的に劣化させる物理的または化学的変化が伴います。

絶縁体にかかる電場が任意の場所でその物質の破壊電界の閾値を超えると、絶縁体は突然導体になり、電流が大幅に増加し、その結果、物質全体にアークが発生します。これは、材料内の電場が十分に強く、自由電荷キャリア (常に低濃度で存在する電子とイオン) を、原子に衝突するときに電子を叩き落とすほどの速度まで加速し、それによって原子をイオン化するときに発生します。 。電気的故障が発生する可能性があります。これらの放出された電子とイオンは次に加速されて他の原子に衝突し、連鎖反応でより多くの電荷キャリアを生成します。絶縁体はすぐに移動電荷キャリアで満たされ、その抵抗はより低いレベルに低下します。固体では、降伏電圧はバンドギャップ エネルギーに比例します。コロナ放電が発生すると、電流が壊滅的に増加することなく、高電圧導体の周囲の空気が破壊されてイオン化します。しかし、空気破壊領域が電圧の異なる別の導体まで及ぶと、それらの間に導電パスが形成され、空気中に大電流が流れてアークが発生します。真空でも何らかの破壊が起こる可能性がありますが、この場合の破壊または真空アークには、真空自体によって生成される電荷​​ではなく、金属電極の表面から放出される電荷​​が含まれます。