十万火急的物理问题（不用计算）请简单介绍试电笔的原理及在什么情况下它会发光?

Question

十万火急的物理问题（不用计算）
请简单介绍试电笔的原理及在什么情况下它会发光?

Answer 1

当人使用测电笔,用手接触笔尾的金属体,笔尖接触火线或与火线连通的导体时,氖管会发光,若笔尖接触的是零线,氖管便不发光,是何原因?1．人站在地上（假设与地接触良好,下同）或与地连通的导体上,笔尖接触火线时,由于电源零线接地,且正常情况下零线与地之间没有电压,当人手接触测电笔尾部的金属体,笔尖接触火线A处时,火线便通过测电笔（包括电阻R阻和氖管R氖,下同）、人体与大地接通,构成了电流的通路,因此,整个电路可以看成由测电笔的电阻R阻和氖管R氖与人体R人串联,然后与用电器（如灯泡R灯）并联组成的混联电路（如图1甲所示）,可将该电路简化成如图1乙.这时有22V的电压加在由测电笔和人体所组成的这条支路的两端,且电路构成了通路.其中测电笔中的电阻R阻一般在2～5MΩ、氖管起辉时的电阻R氖为2MΩ,人体电阻一般在1000～2000Ω,那么这时通过人体和测电笔的电流为：
I＝30μA虽然是微弱的电流,但足以使氖管发光.
2．人站在地上或与地连通的导体上,笔尖接触与火线连通的导体时（如图2甲所示）,如果进户线零线在A处断路,电路不能构成闭合回路,闭合灯泡的开关时,灯泡不亮,但室内各处的电线都与火线连通,都带了电,如果用测电笔测试B处,也可将该电路简化成图2乙.这时火线和灯泡R灯（取1000Ω）、测电笔的电阻R阻、氖管电阻R氖、人体电阻R人及大地构成串联电路,这时有220V的电压加在该电路的两端,通过人体和测电笔的电流为：
I＝30μA
也会引起氖管发光.在上述两种情况中,如果人不是站在地上或与地连通的导体上,而是站在绝缘体上,人和大地之间便存在一个等效电容,电容器不能使直流电通过,但能让交流电通过,这一电容对50Hz的交流电虽然产生很大的阻碍作用,但仍能使电路中产生30μA左右的电流,而使氖管发光.如果使用测电笔在远离地面或远离与地面连通的导体的空中去测试,即使笔尖接触带电的火线或与火线连通的导体,氖管也不会发光.通过上述分析,我们可以弄清两个问题：1．使用测电笔时,为什么手一定要接触测电笔尾部的金属体?因为这样做的目的是使火线、测电笔、人体和大地构成电流的通路；2．使用测电笔,笔尖接触火线时,人通过测电笔与火线连通,有电流通过了人体,为什么不会发生触电事故呢?原因是通过人体的最大安全电流为6～10mA（我们取5mA）,从上述分析可知,当人使用测电笔,笔尖接触火线时,通过人体的电流都远远小于5mA,因此不会发生触电事故（注意：不能用普通测电笔检查高压电路!）.3．人站在地上或与地连通的导体上,笔尖接触零线（B处）时（如图3甲所示）,同样可将该电路简化成如图3乙,正因为电源处零线接地,正常情况下零线与地之间没有电压,因此,这时由测电笔的电阻R阻、氖管R氖和人体R人串联起来的这一部分电路相当于被短路,绝大部分电流通过灯泡R灯经零线构成回路,几乎没有电流通过人体和测电笔,所以氖管不会发光.