问题

测电笔为什么能够工作?

回答
测电笔,这个看似简单的小工具,却藏着不少物理学的智慧。要说它为什么能工作,还得从它的构造和工作原理说起。

首先,咱们来看看测电笔的“长相”。它通常是一个塑料外壳,里面装着一个高电阻的电阻器,然后这个电阻器连接到一个小氖灯,再往后,就是一头尖尖的金属探头,而另一头,则是一个金属夹或金属帽,让你能够用手指接触到。

它的核心奥秘,就在于静电感应。当你用测电笔的金属探头去触碰一个带电的物体时,比如正在通电的电线,会发生什么呢?

带电的物体,实际上是存在一个电场。这个电场会影响到测电笔内部的电荷分布。测电笔内部的那个高电阻,起到了一个至关重要的作用。它就像一个“守门员”,虽然允许电流通过,但限制了电流的大小,而且是相当小的电流。这个小电流,不足以对人体造成伤害,但却足以引起氖灯发光。

当测电笔的探头靠近带电体,并且你的手指接触到测电笔另一端的金属部分时,你就相当于把测电笔和大地连接起来了,形成了一个回路。但这个回路中的电流非常非常微弱。

这种微弱的电流,是通过电荷的移动来实现的。带电体的电场会诱导测电笔内部的电荷发生移动。这些移动的电荷,经过那个高电阻,然后流过氖灯。

氖灯之所以会发光,是因为它内部充满了氖气。当足够强度的电流通过氖气时,会使氖气中的电子被激发,然后又回到原来的能级,这个过程中就会发出光来。虽然这个电流非常小,但足以激活氖灯,让它发出我们能看到的微弱光芒。

所以,测电笔的工作,并不是直接“吸取”电线里的电流,而是利用了电场对物体内部电荷的诱导作用,以及通过一个非常高电阻的限制,让极微弱的电流流过氖灯,从而显示出电线是否带电。这是一种非常巧妙的利用静电效应的装置,就像一个“微型侦察兵”,告诉你电线的“存在”。

当然,也得提醒一句,测电笔只是一个指示性的工具,它不能测量电压的大小,而且在潮湿或者有金属外壳的设备上使用时,可能会产生误判,甚至有潜在危险。所以,正确使用和理解它的工作原理,才是最重要的。

网友意见

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看到有人一定要跟我撕,我心好累:

做无线通讯的都知道,天线当然是和电源和大地绝缘的,即便如此天线内部也有电流分布,甚至会发热。人体加试电笔就是根大天线。


------更新几个实践的图片----





甚至,我的五伏usb充电口也是能点亮测电笔的:



-----16/02/29,公布答案----- 我觉得试电笔的原理一直是个科普雷区。包括很多人错误的理解居然都能口口相传,甚至写进某些教科书,特别尴尬。

无论你之前持有什么看法,好好想想下面的问题:



你把试电笔一头插火线另一头用导线连地砖为什么反而不会亮? 你把试电笔插到12v的直流电源适配器正极上为什么又亮了? 你坐飞机远离地球,但是你的iphone电容屏为什么能工作? ground就一定要翻译成大地么? 人体和地球的耦合电容有想象中那么高吗?


(上面讨论的测电笔都是氖泡型的简易测电笔,12V能亮的例子对部分高压氖泡测电笔无效)













测电笔亮与否/手机电容屏感应与否,取决于接触体在真空中的电容,这个电容定义为

Q是净电荷,V是相对于无穷远处的电位,任何一个认真学习物理知识的中学生都会知道。举个例子,一个漂浮在真空中的半径为R的金属球,电容就是:


和地球一个鸟关系也没有!正确使用测电笔时,人体和大地/零线/地线之间根本几乎不构成电流回路!不要再用什么胶鞋木凳空气不能100%绝缘作推脱了。

人体正确手持氖泡测电笔接触家庭220V50Hz电路时,人体有50Hz的振荡电位涨落,所以人体的总净电荷也有对应的50Hz的振荡, 电量的来回涌动就是电流,氖泡所以能持续发光。 当然了从插座到人体的阻抗非0,所以并不是等势体,主要的压降都落在测电笔内部,所以人体是安全的。

之所以错误的科普能在部分教科书上流传,仅仅只是因为,如果把大地看成一个铁球,那么其电容C相当大,任何净电荷涨落只能带来电位的几乎不改变。这样的性质使得大地和无穷远是等势的,所以理论上人体带上电位后部分电场线可以连向大地,但是电场线不意味着电流。 地线零线距离人体足够远,测电笔也能工作。




BTW,上面提到的电容屏也是这个原理,高空也是能用iphone的

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