ฟิสิกส์การนำของแข็ง

ฉนวนไฟฟ้าหมายถึงไม่มีการนำไฟฟ้า ทฤษฎีวงดนตรีอิเล็กทรอนิกส์ (สาขาวิชาฟิสิกส์) อธิบายว่าประจุจะไหลเมื่อสถานะควอนตัมของสสารถึงสถานะที่อิเล็กตรอนสามารถตื่นเต้นได้ ถ้าเกิดความต่างศักย์เกิดขึ้นกับวัสดุ จะทำให้อิเล็กตรอนได้รับพลังงานและเคลื่อนที่ผ่านตัวนำ เช่น โลหะ หากไม่มีสถานะดังกล่าว วัสดุจะเป็นฉนวน

ฉนวนส่วนใหญ่มีช่องว่างแถบขนาดใหญ่ สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากแถบ "วาเลนซ์" ที่มีอิเล็กตรอนพลังงานสูงสุดเต็ม และช่องว่างพลังงานขนาดใหญ่จะแยกแถบนี้ออกจากแถบถัดไปที่อยู่ด้านบน มีแรงดันไฟฟ้าอยู่เสมอ (เรียกว่าแรงดันพังทลาย) ที่ให้พลังงานเพียงพอสำหรับให้อิเล็กตรอนตื่นเต้นกับแถบนี้ เมื่อแรงดันไฟฟ้าเกินนี้ ไฟฟ้าจะพัง และวัสดุจะไม่เป็นฉนวนอีกต่อไป ดังนั้นจึงไม่สามารถถ่ายโอนประจุได้อีกต่อไป ซึ่งมักมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพหรือทางเคมีที่ทำให้วัสดุและคุณสมบัติการเป็นฉนวนเสื่อมคุณภาพอย่างถาวร

เมื่อสนามไฟฟ้าที่ใช้กับสารฉนวนเกินค่าเกณฑ์การพังทลายของสาร ณ ตำแหน่งใดๆ ฉนวนจะกลายเป็นตัวนำอย่างกะทันหัน ส่งผลให้กระแสไหลเพิ่มขึ้นอย่างมาก และทำให้เกิดส่วนโค้งพาดผ่านสาร มันเกิดขึ้นเมื่อสนามไฟฟ้าในวัสดุแรงพอที่จะเร่งตัวพาประจุอิสระ (อิเล็กตรอนและไอออนซึ่งมีความเข้มข้นต่ำอยู่เสมอ) ให้มีความเร็วที่สูงพอที่จะทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากอะตอมขณะที่พวกมันชนพวกมัน ทำให้เกิดไอออนในอะตอม . ไฟฟ้าขัดข้องอาจเกิดขึ้นได้ อิเล็กตรอนและไอออนที่ปล่อยออกมาเหล่านี้จะถูกเร่งและชนกับอะตอมอื่นๆ ทำให้เกิดตัวพาประจุในปฏิกิริยาลูกโซ่มากขึ้น ฉนวนจะเต็มไปด้วยผู้ให้บริการชาร์จมือถืออย่างรวดเร็ว และความต้านทานลดลงไปที่ระดับที่ต่ำกว่า ในของแข็ง แรงดันพังทลายจะเป็นสัดส่วนกับพลังงานช่องว่างของแถบความถี่ เมื่อมีการปล่อยโคโรนาเกิดขึ้น อากาศในบริเวณรอบๆ ตัวนำไฟฟ้าแรงสูงจะแตกตัวและแตกตัวเป็นไอออนโดยไม่ทำให้กระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างร้ายแรง อย่างไรก็ตาม หากพื้นที่สลายอากาศขยายไปยังตัวนำอื่นที่มีแรงดันไฟฟ้าต่างกัน เส้นทางที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นระหว่างตัวนำเหล่านั้นและกระแสขนาดใหญ่จะไหลผ่านอากาศ ทำให้เกิดส่วนโค้ง แม้แต่สุญญากาศก็อาจเกิดการพังทลายได้ แต่ในกรณีนี้ การพังทลายหรือส่วนโค้งของสุญญากาศเกี่ยวข้องกับประจุที่พุ่งออกจากพื้นผิวของอิเล็กโทรดโลหะ แทนที่จะเป็นประจุที่เกิดจากตัวสุญญากาศเอง