Pengujian Tegangan Tembus Udara

Breakdown Tesla

Rangkaian pembangkitan tinggi AC pada gambar dibawah ini dapat digunakan untuk mengetahui tegangan tembus gas pada elektroda uji, baik bola-bola, jarum-jarum, maupun bola-jarum. Namun, pada kondisi rangkaian yang sebenarnya jika digunakan untuk menguji tembus gas harus ditambahkan komponen resistor tegangan tinggi pada rangkaian tersebut, untuk menghindari mengalirnya arus yang sangat besar pada saat terjadinya percikan pada elektroda uji.

Rangkaian Pembangkit Tegangan Tinggi AC Elektroda Bola-Bola

 

Mekanisme kegagalan dalam gas yang disebut dengan percikan, adalah peralihan dari peluahan tak tertahan sendiri ke berbagai jenis peluahan yang bertahan sendiri. Sifat mendasar dari kegagalan percikan ini adalah tegangan pada sela antar elektroda akan turun karena adanya proses yang menghasilkan konduktivitas tinggi antara anoda dan katoda.

Ada dua jenis mekanisme dasar yang berperan :

• Mekanisme primer,  yang memungkinkan terjadinya banjiran (avalanche) elektron
• Mekanisme sekunder, yang memungkinkan terjadinya peningkatan banjiran elektron

Pada mekanisme primer, proses yang terpenting adalah proses katoda. Dalam hal ini katoda akan melepaskan (discharge) elektron yang akan mengawali terjadinya suatu spark breakdown. Adapun fungsi dari katoda adalah :

• Menyediakan elektron awal yang harus dilepaskan
• Mempertahankan discharge
• Menyelesaikan discharge

Pada proses katoda, elektron awal akan dibebaskan sebagian dengan perantara pengionan luar yang akan memulai terjadinya banjiran elektron dari permukaan katoda. Elektron-elektron itu kemudian akan dipercepat oleh medan listrik menuju anoda. Di dalam medan listrik yang cukup kuat, dalam pergerakannya menuju anoda elektron-elektron tersebut akan membentur molekul-molekul gas dan menghasilkan elektron-elektron. Sedangkan  ion positif  akan bergerak ke katoda, tetapi karena mempunyai massa yang lebih besar dari massa elektron, maka pergerakannya lebih lambat daripada elektron.

Pada mekanisme sekunder, proses yang terpenting adalah emisi elektron karena benturan ion positif. Jika ion positif ditembakkan ke permukaan katoda, maka akan dibebaskan elektron ke luar permukaan katoda. Kemungkinan bahwa benturan ion positif pada permukaan katoda akan membebaskan elektroda tergantung dari jenis bahan katoda dan energi ion positif yang menumbuk katoda

Pada mekanisme Towsend untuk medan homogen, berlaku syarat :
 

 

dengan demikian :

 

 

Sehingga diperoleh Hukum Paschen :

 

 Selain elektroda bola-bola, terdapat variasi elektroda lainnya :



Rangkaian Pembangkit Tegangan Tinggi AC Elektroda Jarum-Jarum



Rangkaian Pembangkit Tegangan Tinggi AC Elektroda Bola-Jarum (LV)



Rangkaian Pembangkit Tegangan Tinggi AC Elektroda Jarum-Bola

 
Korelasi :

• Untuk diameter elektroda bola yang sama, semakin besar jarak sela bola, maka semakin tinggi pula tegangan tembusnya. Begitu pula sebaliknya.
• Semakin besar luas permukaan elektroda, maka tegangan tembusnya akan semakin kecil. Begitu pula sebaliknya. Luas permukaan bola lebih besar daripada jarum, sehingga tegangan tembusnya lebih besar.
• Untuk bahan elektroda yang berbeda, misalkan alumunium, kuningan, alumunium-kuningan, berikut urutan tegangan tembus dari yang tertinggi ke yang terendah : kuningan, alumunium-kuningan, alumunium. Tegangan tembus kuningan paling tinggi karena kuningan memiliki hambatan jenis yang lebih tinggi dibanding dengan yang lain.
• Tegangan tembus elektroda jarum-bola (HV) lebih kecil dibandingakan dengan elektroda bola-jarum (LV). Hal ini dikarenakan jarum luas permukaannya lebih kecil.

Sumber Gambar : commons.wikimedia.org