Fast ledningsfysik

Elektrisk isolering betyderder er ingen ledning af elektricitet. Elektronisk båndteori (en gren af ​​fysikken) forklarer, at ladning flyder, når stoffets kvantetilstand når en tilstand, hvor elektroner kan exciteres. Hvis en potentialforskel påføres på tværs af et materiale, får dette elektroner til at få energi og dermed bevæge sig gennem en leder, såsom et metal. Hvis der ikke er en sådan tilstand, er materialet en isolator.

De fleste isolatorer har store båndspalter. Dette sker, fordi "valens"-båndet, der indeholder elektronerne med den højeste energi, er fuldt, og et stort energigab adskiller dette bånd fra det næste bånd over det. Der er altid en eller anden spænding (kaldet nedbrydningsspænding), der giver nok energi til, at elektroner kan exciteres ind i dette bånd. Når denne spænding er overskredet, opstår der elektrisk nedbrud, og materialet er ikke længere en isolator og kan derfor ikke længere overføre ladning. Dette er ofte ledsaget af fysiske eller kemiske ændringer, der permanent forringer materialet og dets isolerende egenskaber.

Når det elektriske felt, der påføres et isolerende stof, overskrider tærskelnedbrydningsfeltet for stoffet på et hvilket som helst sted, bliver isolatoren pludselig en leder, hvilket forårsager en stor stigning i strømstrømmen og dermed en bue hen over stoffet. Det opstår, når det elektriske felt i et materiale er stærkt nok til at accelerere de frie ladningsbærere (elektroner og ioner, som altid er til stede i lave koncentrationer) til en hastighed høj nok til at slå elektroner af atomer, når de rammer dem, og derved ionisere atomerne . Elektrisk nedbrud kan forekomme. Disse frigivne elektroner og ioner accelereres igen og rammer andre atomer, hvilket skaber flere ladningsbærere i en kædereaktion. Isolatoren fyldes hurtigt op med mobile ladebærere, og dens modstand falder til et lavere niveau. I faste stoffer er nedbrydningsspændingen proportional med båndgabets energi. Når der opstår en koronaudladning, bryder luften i området omkring en højspændingsleder ned og ioniserer den uden en katastrofal stigning i strømmen. Men hvis luftnedbrydningsområdet strækker sig til en anden leder med en anden spænding, dannes der en ledende bane mellem dem, og en stor strøm løber gennem luften, hvilket skaber en bue. Selv et vakuum kan lide af en form for sammenbrud, men i dette tilfælde involverer sammenbruddet eller vakuumbuen ladninger, der udstødes fra overfladen af ​​metalelektroden i stedet for ladninger, der genereres af selve vakuumet.