ठोस चालन भौतिकी

विद्युत इन्सुलेशन का मतलब हैबिजली का कोई संचालन नहीं है. इलेक्ट्रॉनिक बैंड सिद्धांत (भौतिकी की एक शाखा) बताती है कि चार्ज तब प्रवाहित होता है जब पदार्थ की क्वांटम स्थिति ऐसी स्थिति में पहुंच जाती है जहां इलेक्ट्रॉन उत्तेजित हो सकते हैं। यदि किसी सामग्री पर संभावित अंतर लागू किया जाता है, तो इससे इलेक्ट्रॉन ऊर्जा प्राप्त करते हैं और इस प्रकार धातु जैसे कंडक्टर के माध्यम से आगे बढ़ते हैं। यदि ऐसी कोई स्थिति नहीं है, तो सामग्री एक इन्सुलेटर है।

अधिकांश इंसुलेटर में बड़े बैंड गैप होते हैं। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि उच्चतम ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉनों वाला "वैलेंस" बैंड भरा हुआ है, और एक बड़ा ऊर्जा अंतर इस बैंड को इसके ऊपर के अगले बैंड से अलग करता है। हमेशा कुछ वोल्टेज होता है (जिसे ब्रेकडाउन वोल्टेज कहा जाता है) जो इलेक्ट्रॉनों को इस बैंड में उत्तेजित होने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्रदान करता है। एक बार जब यह वोल्टेज पार हो जाता है, तो विद्युत विखंडन होता है और सामग्री अब एक इन्सुलेटर नहीं रह जाती है और इसलिए अब चार्ज स्थानांतरित नहीं कर सकती है। यह अक्सर भौतिक या रासायनिक परिवर्तनों के साथ होता है जो सामग्री और उसके इन्सुलेशन गुणों को स्थायी रूप से ख़राब कर देता है।

जब किसी इंसुलेटिंग पदार्थ पर लागू विद्युत क्षेत्र किसी भी स्थान पर पदार्थ के थ्रेसहोल्ड ब्रेकडाउन क्षेत्र से अधिक हो जाता है, तो इंसुलेटर अचानक एक कंडक्टर बन जाता है, जिससे वर्तमान प्रवाह में बड़ी वृद्धि होती है और इस प्रकार पदार्थ के पार एक चाप बन जाता है। यह तब होता है जब किसी पदार्थ में विद्युत क्षेत्र मुक्त आवेश वाहकों (इलेक्ट्रॉनों और आयनों, जो हमेशा कम सांद्रता में मौजूद होते हैं) को इतना तेज करने के लिए पर्याप्त होता है कि वे इलेक्ट्रॉनों को परमाणुओं से टकराने के लिए पर्याप्त वेग तक ले जा सकें, जिससे परमाणुओं को आयनित किया जा सके। . विद्युत खराबी आ सकती है. ये जारी इलेक्ट्रॉन और आयन बदले में त्वरित होते हैं और अन्य परमाणुओं पर प्रहार करते हैं, जिससे एक श्रृंखला प्रतिक्रिया में अधिक आवेश वाहक बनते हैं। इंसुलेटर तेजी से मोबाइल चार्ज कैरियर से भर जाता है और इसका प्रतिरोध निचले स्तर तक गिर जाता है। ठोस पदार्थों में, ब्रेकडाउन वोल्टेज बैंड गैप ऊर्जा के समानुपाती होता है। जब कोरोना डिस्चार्ज होता है, तो हाई-वोल्टेज कंडक्टर के आसपास के क्षेत्र में हवा टूट जाती है और करंट में भयावह वृद्धि के बिना इसे आयनित कर देती है। हालाँकि, यदि वायु विखंडन क्षेत्र एक अलग वोल्टेज के दूसरे कंडक्टर तक फैलता है, तो उनके बीच एक प्रवाहकीय पथ बनता है और हवा के माध्यम से एक बड़ा प्रवाह प्रवाहित होता है, जिससे एक चाप बनता है। यहां तक ​​कि वैक्यूम भी किसी प्रकार के ब्रेकडाउन से पीड़ित हो सकता है, लेकिन इस मामले में, ब्रेकडाउन या वैक्यूम आर्क में वैक्यूम द्वारा उत्पन्न चार्ज के बजाय धातु इलेक्ट्रोड की सतह से निकाले गए चार्ज शामिल होते हैं।