برقی خرابی۔

ڈائی الیکٹرک کے ٹوٹنے کا عمل، جو الیکٹران کے ذریعے اثر آئنائزیشن کے دوران انٹراٹومک، انٹرمولیکیولر، یا انٹریونک بانڈز کے ٹوٹنے کی وجہ سے ہوتا ہے، کو برقی خرابی کہا جاتا ہے۔ برقی خرابی کا دورانیہ چند نینو سیکنڈز سے دسیوں مائیکرو سیکنڈز تک مختلف ہوتا ہے۔

اس کے وقوع پذیر ہونے کے حالات پر منحصر ہے، برقی نقصان نقصان دہ یا فائدہ مند ہو سکتا ہے۔ کارآمد برقی خرابی کی ایک مثال اندرونی دہن کے انجن کے سلنڈر کے کام کرنے والے علاقے میں اسپارک پلگ کا خارج ہونا ہے۔ نقصان دہ ناکامی کی ایک مثال پاور لائن پر انسولیٹر کا ناکام ہونا ہے۔

برقی خرابی کے وقت، جب اہم (بریک ڈاؤن وولٹیج کے اوپر) سے اوپر کا وولٹیج لگایا جاتا ہے، تو ٹھوس، مائع یا گیسی ڈائی الیکٹرک (یا سیمی کنڈکٹر) میں کرنٹ تیزی سے بڑھ جاتا ہے۔ یہ رجحان تھوڑی دیر (نینو سیکنڈ) تک جاری رہ سکتا ہے یا لمبے عرصے تک قائم رہ سکتا ہے، جس طرح قوس شروع ہوتا ہے اور گیس میں جلنا جاری رہتا ہے۔

اس یا اس ڈائی الیکٹرک کی برقی بریک ڈاؤن طاقت Epr (ڈائی الیکٹرک طاقت) کا انحصار ڈائی الیکٹرک کی اندرونی ساخت پر ہے اور یہ درجہ حرارت، نہ ہی نمونے کے سائز، اور نہ ہی لاگو وولٹیج کی فریکوئنسی سے تقریباً آزاد ہے۔ لہذا، ہوا کے لیے، عام حالات میں ڈائی الیکٹرک طاقت تقریباً 30 kV/mm ہوتی ہے، ٹھوس ڈائی الیکٹرک کے لیے یہ پیرامیٹر 100 سے 1000 kV/mm کے درمیان ہوتا ہے، جب کہ مائع کے لیے یہ صرف 100 kV/mm ہوگا۔

ساختی عناصر (مالیکیولز، آئنز، میکرو مالیکیولز وغیرہ) جتنے گھنے ہوتے ہیں، سمجھے جانے والے ڈائی الیکٹرک کی ٹوٹ پھوٹ کی طاقت اتنی ہی کم ہوتی جاتی ہے، کیونکہ الیکٹرانوں کا درمیانی آزاد راستہ بڑا ہوتا جاتا ہے، یعنی الیکٹران اتنی توانائی حاصل کرتے ہیں کہ وہ آئنائز کر سکیں۔ ایٹم یا مالیکیول یہاں تک کہ لاگو برقی فیلڈز کی کم شدت کے ساتھ۔

ڈائی الیکٹرک میں بننے والے الیکٹرک فیلڈ کی غیر ہم آہنگی، جو ٹھوس ڈائی الیکٹرک کی اندرونی ساخت کی غیر ہم آہنگی سے متعلق ہے، سختی سے متاثر کرتی ہے۔ ایسے ڈائی الیکٹرک کی ڈائی الیکٹرک طاقت… اگر ایک ڈائی الیکٹرک جس کی ساخت غیر ہم جنس ہے، برابر طاقت کے برقی میدان میں متعارف کرائی جاتی ہے، تو ڈائی الیکٹرک کے اندر برقی فیلڈ غیر ہم جنس ہوگی۔

مائیکرو کریکس، پورز، بیرونی انکلوژنز جن کی بریک ڈاؤن طاقت کی قدر خود ڈائی الیکٹرک سے چھوٹی ہوتی ہے، ڈائی الیکٹرک کے اندر برقی فیلڈ کی طاقت کے پیٹرن میں غیر ہم آہنگی پیدا کرے گی، یعنی ڈائی الیکٹرک کے اندر مقامی علاقوں میں زیادہ طاقت ہوگی۔ اور خرابی اس سے کم وولٹیج پر ہوسکتی ہے۔ بالکل یکساں ڈائی الیکٹرک سے توقع کی جائے گی۔

غیر محفوظ ڈائی الیکٹرک کے نمائندے، جیسے گتے، کاغذ یا وارنش شدہ کپڑے، خاص طور پر بریک ڈاؤن وولٹیج کے کم اشارے سے پہچانے جاتے ہیں، کیونکہ ان کے حجم میں بننے والا برقی میدان تیزی سے غیر ہم جنس ہے، جس کا مطلب ہے کہ مقامی علاقوں میں شدت زیادہ ہوگی - زیادہ اور خرابی کم وولٹیج پر ہوگی۔ کسی نہ کسی طریقے سے، ٹھوس ذرات میں، برقی خرابی تین میکانزم کے ذریعے آگے بڑھ سکتی ہے، جس پر ہم ذیل میں بات کریں گے۔

کسی ٹھوس کے برقی بریک ڈاؤن کا پہلا طریقہ کار وہی اندرونی خرابی ہے، جس کا تعلق اوسط مفت توانائی کے راستے کے ساتھ چارج کیریئر کے حصول سے ہے، جو گیس کے مالیکیولز یا کرسٹل جالی کو آئنائز کرنے کے لیے کافی ہے، جس سے چارج کیریئرز کا ارتکاز بڑھتا ہے۔ یہاں چارج کے مفت کیریئرز برفانی تودے کے طور پر بنتے ہیں، اس لیے کرنٹ بڑھتا ہے۔

اس میکانزم کے مطابق ڈائی الیکٹرک میں ہونے والی خرابی بلک یا سطح ہوسکتی ہے۔ سیمی کنڈکٹرز کے لیے، سطح کی خرابی کا تعلق نام نہاد فلیمینٹری اثر سے ہو سکتا ہے۔

جب سیمی کنڈکٹر یا ڈائی الیکٹرک کی کرسٹل جالی کو گرم کیا جاتا ہے، تو برقی خرابی، تھرمل بریک ڈاؤن کا دوسرا طریقہ کار رونما ہو سکتا ہے۔ جیسے جیسے درجہ حرارت بڑھتا ہے، مفت چارج کیریئرز جالی کے ایٹموں کو آئنائز کرنا آسان ہو جاتا ہے۔ اس لیے بریک ڈاؤن وولٹیج کم ہو جاتا ہے۔ اور یہ اتنا اہم نہیں ہے کہ حرارت ڈائی الیکٹرک پر متبادل برقی فیلڈ کے عمل سے واقع ہوئی ہے یا صرف باہر سے حرارت کی منتقلی سے۔

ٹھوس کے برقی خرابی کا تیسرا طریقہ کار خارج ہونے والے مادے کی خرابی ہے، جو غیر محفوظ مواد میں جذب ہونے والی گیسوں کے آئنائزیشن کی وجہ سے ہوتا ہے۔ اس طرح کے مواد کی ایک مثال ابرک ہے۔ مادہ کے چھیدوں میں پھنسی ہوئی گیسیں سب سے پہلے آئنائزڈ ہوتی ہیں، گیس کا اخراج ہوتا ہے، جو پھر بنیادی مادہ کے سوراخوں کی سطح کی تباہی کا باعث بنتا ہے۔