Física de conducción sólida

Medios de aislamiento eléctrico.no hay conducción de electricidad. La teoría de bandas electrónicas (una rama de la física) explica que la carga fluye cuando el estado cuántico de la materia alcanza un estado en el que los electrones pueden excitarse. Si se aplica una diferencia de potencial a través de un material, esto hace que los electrones ganen energía y así se muevan a través de un conductor, como un metal. Si no existe tal estado, el material es un aislante.

La mayoría de los aisladores tienen bandas prohibidas grandes. Esto sucede porque la banda de "valencia" que contiene los electrones de mayor energía está llena y una gran brecha de energía separa esta banda de la siguiente banda por encima de ella. Siempre hay algún voltaje (llamado voltaje de ruptura) que proporciona suficiente energía para que los electrones sean excitados en esta banda. Una vez que se excede este voltaje, se produce una falla eléctrica y el material ya no es un aislante y, por lo tanto, ya no puede transferir carga. Esto suele ir acompañado de cambios físicos o químicos que degradan permanentemente el material y sus propiedades aislantes.

Cuando el campo eléctrico aplicado a una sustancia aislante excede el umbral del campo de ruptura de la sustancia en cualquier lugar, el aislante repentinamente se convierte en conductor, provocando un gran aumento en el flujo de corriente y, por lo tanto, un arco a través de la sustancia. Ocurre cuando el campo eléctrico en un material es lo suficientemente fuerte como para acelerar los portadores de carga libres (electrones e iones, que siempre están presentes en bajas concentraciones) a una velocidad lo suficientemente alta como para arrancar electrones de los átomos cuando los golpean, ionizándose así los átomos. . Pueden producirse averías eléctricas. Estos electrones e iones liberados a su vez se aceleran y chocan contra otros átomos, creando más portadores de carga en una reacción en cadena. El aislante se llena rápidamente de soportes de carga móviles y su resistencia cae a un nivel inferior. En los sólidos, el voltaje de ruptura es proporcional a la energía de la banda prohibida. Cuando se produce una descarga en corona, el aire en el área alrededor de un conductor de alto voltaje se descompone y lo ioniza sin un aumento catastrófico de la corriente. Sin embargo, si el área de ruptura del aire se extiende a otro conductor de diferente voltaje, se forma un camino conductor entre ellos y una gran corriente fluye a través del aire, creando un arco. Incluso un vacío puede sufrir algún tipo de ruptura, pero en este caso, la ruptura o arco de vacío involucra cargas expulsadas de la superficie del electrodo metálico en lugar de cargas generadas por el vacío mismo.