互动科普

试电笔是判断照明电路中的火线和零线、检验低压电气设备是否漏电的常用而又方便的工具。典型的试电笔构造如图所示。氖管中充有稀薄的氖气，两端是两个金属电极。当电极间的电压达到一定值时，氖气电离导电，产生辉光反应，发出红光。使用时，手指按住试电笔末端的金属笔卡或金属帽，用笔尖接触被测的导线，如果氖管发光，即说明被测导线为火线，或被测设备带电。

氖管发光只需很小的电流，加之安全考虑，所以要在试电笔的电路中串联一个很大的电阻。假设与地面接触良好，则火线和试电笔内部的电阻、氖管、人体和大地构成串联电路。试电笔的电阻一般在4兆欧姆左右，人体电阻可以忽略，氖管的启辉电压在80伏左右，电源电压在220伏，那么最高电流约为35微安（等效电流约为25微安)，远小于人体的安全脱离电流（即在这个电流值下，肌肉可以自由活动、脱离电源）5～10毫安。

具体到人和大地间有没有电荷交换，因家庭电路是交流电路，因此需要考虑人体的电阻和电容。此时的火线、试电笔、人体所构成电路的等效电路如下图所示，C为人体与地之间所形成的电容（约为50皮法），R2为人体和大地间形成的电阻（约为2千欧）。如果电流很小电容够大，则电流会经过电容C构成回路，不需要经过电阻R2。在这种情况下，人和大地间不需要电荷交换。而如果电容不够大，则需要经过电阻R2 。意味着人和大地间需要电荷交换。实际上，在使用试电笔时，站在木板、玻璃板等绝缘体上，即R2支路断路时，只要笔尖接触的是火线并且人体接触笔尾的金属部分，试电笔氖管就能发光。但如果在使用试电笔时，手接触的不是笔尾的金属体部分而是绝缘的笔套，那就等于在笔尾部的金属体与并联支路之间串接了一个非常大的电阻，通过电容的交流电流也微乎其微，氖管也就不能发光了。

图：交流电路中试电笔的工作原理与结构

所以，在人体和大地没有电荷交流的情况下（绝缘），试电笔可以使用；但如果人体与大地可以交流电荷，则很可能也有电荷流通，即试电笔氖管会更亮。当然，为了安全用电，带电操作必须站在绝缘物体上，使用试电笔最好也是如此。

（本文发表于《科学世界》2016年第4期）