電界強度について

絶縁材料について勉強している身です。

•電界強度について教えて頂きたいのですが、
突起物の電界強度が高く、絶縁破壊を起こしやすいといいますが
この理由を教えて頂けないでしょうか?

•なぜ絶縁破壊を起こしやすい指標は電界強度になるのでしょうか?

　例えば、電源の安全距離は、電圧差と距離で決まります。
上記は形状のパラメータはありませんが、
　電界強度になると電圧差、距離、形状のパラメータが含まれるからでしょうか?
(電磁気学の分野で電位と電界の関係が説明されていますが理解出来ないでいます)

以上、宜しくお願い致します。

No.2 ベストアンサー 回答者： tknakamuri 回答日時： 2017/01/22 12:31

＞なぜ絶縁破壊を起こしやすい指標は電界強度になるのでしょうか?

絶縁破壊というのは、絶縁体に含まれる電子が電解によって剥ぎ取られる
現象で、一定の電界強度を超えると起こるものだからです。

>突起物の電界強度が高く、絶縁破壊を起こしやすいといいますが
>この理由を教えて頂けないでしょうか?

非常に直感的な説明ですが、金属表面のカーブが急なところは、金属に
よって近隣の電荷同士が遮蔽されて、互いに反発する力が
小さくなるのです。このため、金属表面の曲がりが急なところに
電荷が集まり、その「付近」の電界強度が大きくなります。

＞電源の安全距離は

これは電極と人体の間にある空間が全て絶縁破壊する場合の電圧と
距離の関係なので話が別です。電極形状が影響するのは電極付近
だけだからです。例えば高圧の送電線では、送電線付近でしばしば
コロナ放電が発生し、持続的に絶縁破壊している場合がありますが、
放電領域に近寄らなければ問題ありません。

No.1 回答者： isoworld 回答日時： 2017/01/21 19:24

電界が一様な場に誘電体（絶縁物もそのひとつと思ってもよい）を入れると、その誘電体に電界が（吸い寄せられるみたいに）集まって来ます。

とくに周囲より突起しているところには集まって来やすいんです。誘電体に電界が集まって来るのは、たとえて言うなら、その中のほうが電界が通りやすいからです。

電界は目に見えにくいので、磁界を連想してみてください。紙の上に砂鉄をたくさん（均等に）散りばめ、そこに棒磁石を置くと、砂鉄は吸い寄せられますよね。そのとき、棒磁石の先端（尖っているところ）ほど砂鉄が集中します（この様子は実験で容易に確かめられます）。
強い電界の場である電子レンジの中に誘電体（温めたい食材）を入れると、尖っている部分ほど電界が集中して発熱が偏ります。電界も磁界も、そのような性質を持っていると思えばいいんです。

電界が集中すると、そこはエネルギー密度が高いことになるわけで、絶縁が破れやすくなります。

空気の場合の絶縁耐圧は、１ｍｍの距離で３千ボルトほどです（私の記憶によれば）。これは平板が１ｍｍの距離で接している場合で、尖ったものが対向していると絶縁耐圧はずっと低くなります。電源の安全距離は、電圧差と距離で決まります…は、空気が絶縁物の場合です。絶縁物が空気ではない場合は、距離が変わってきます。また尖っている部分が突出していると、安全距離は広げないといけません。

雷の光や音も空気の絶縁が（静電気によって＋と－に分かれた高電圧によって）破れて発生したものです。絶縁耐圧は絶縁物の電気的特性によります。