คำถามและคำตอบเกี่ยวกับปากกาทดสอบ
1. ทำไมหลอดนีออนถึงเรืองแสงได้?
2. เนื่องจากมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านร่างกายมนุษย์เมื่อใช้ปากกาทดสอบ ทำไมผู้คนถึงไม่ถูกไฟฟ้าช็อต?
3. อันที่จริง การสวมรองเท้าหุ้มฉนวนยังทำให้ปากกาทดสอบสว่างขึ้นได้ แต่นั่นไม่ใช่การปิดเส้นทางระหว่างคนกับโลกใช่หรือไม่? ทำไมยังสว่างอยู่?
คำถามแรก: หลอดนีออนเป็นหลอดแก้วขนาดเล็กที่มีขั้วไฟฟ้าสองขั้วบรรจุก๊าซนีออนแรงดันต่ำ ลักษณะของก๊าซนีออนคือ ก๊าซจะแตกตัวเป็นไอออนเมื่อมีแรงดันไฟฟ้าสูงเพียงพอ และประจุอิสระจะถูกสร้างขึ้นในก๊าซ และประจุอิสระจะเคลื่อนที่ในลักษณะทิศทางเพื่อสร้างกระแส และแสงที่ตามมา จะถูกสร้างขึ้นเมื่อแตกตัวเป็นไอออน
ดังนั้น เมื่อแรงดันระหว่างขั้วของหลอดนีออนเพิ่มขึ้นถึงค่าหนึ่ง (เรียกว่าแรงดันเริ่มต้น โดยทั่วไปคือ 60-90 โวลต์) ก๊าซในหลอดจะนำไฟฟ้า และปรากฏการณ์การปลดปล่อยแสงที่สวยงามจะเกิดขึ้น ลักษณะของการปล่อยสารเรืองแสงคือกระแสมีขนาดเล็กและอุณหภูมิไม่สูง ในระหว่างการคายประจุเรืองแสงปกติ แรงดันไฟฟ้าจะไม่เปลี่ยนแปลงตามกระแส กล่าวอีกนัยหนึ่ง การเรืองแสงของหลอดนีออนเป็นปรากฏการณ์การปล่อยก๊าซไอออไนเซชันของก๊าซนีออนภายใต้ไฟฟ้าแรงสูง
ปัญหาที่สอง: สาเหตุที่ไฟฟ้าช็อตไม่ได้คือกระแสไฟน้อยเกินไป ต้องมีคนถามแน่ๆ ว่าเล็กไปไหม? ร่างกายมนุษย์สามารถรู้สึกถึงกระแสไฟฟ้าเพียงไม่กี่มิลลิแอมป์ แล้วมันเล็กแค่ไหน? มาทำคณิตศาสตร์กันเถอะ เมื่อมีคนใช้ปากกาไฟฟ้า สายไฟของแหล่งจ่ายไฟจะสัมผัสกับปลายปากกา หากสัมผัสกับกราวด์ได้ดี สายไฟที่มีไฟฟ้าและความต้านทานภายในของปากกาทดสอบไฟฟ้า หลอดนีออน ร่างกายมนุษย์ และกราวด์จะรวมกันเป็นวงจรอนุกรม ความต้านทานในปากกาทดสอบโดยทั่วไปประมาณ 1 เมกะโอห์ม ความต้านทานของร่างกายมนุษย์โดยทั่วไปประมาณ 1 พันโอห์ม แรงดันไฟฟ้าเริ่มต้น U0 ของหลอดนีออนคือ 80 โวลต์ และกำลังไฟ แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายคือ 220 โวลต์ ดังนั้นจึงสามารถคำนวณได้ (220-80)/(1000000 บวก 1000)=0.14mA อย่างไรก็ตาม กระแสที่ผู้คนรู้สึกได้นั้นสูงกว่า 1 mA และกระแสไฟฟ้าที่ทำให้เกิดไฟฟ้าช็อตนั้นสูงกว่า 10 mA ซึ่งทั้งสองอย่างนี้มีค่ามากกว่า 0.14 mA มาก ดังนั้นเราจึงสามารถสรุปได้ว่ากระแสไฟฟ้าผ่านร่างกายมนุษย์เมื่อใช้ปากกาวัดไฟฟ้า แต่เนื่องจากกระแสไฟอ่อนเกินไป คนจึงไม่รู้สึกถึงมันเลย นับประสาอะไรกับไฟฟ้าช็อต
คำถามที่สาม: คุณสามารถเห็นหลอดนีออนเรืองแสงได้แม้ว่าคุณจะสวมรองเท้าหุ้มฉนวนก็ตาม แม้ว่ารองเท้าหุ้มฉนวนจะแยกร่างกายมนุษย์ออกจากโลก แต่ทางเดินนั้นยังคงอยู่ เนื่องจากระหว่างร่างกายมนุษย์กับพื้นมีความจุเทียบเท่ากับการกระจาย (ประมาณหลายร้อย picofarads เมื่ออยู่ใกล้กับพื้น) ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ ตัวเก็บประจุสามารถผ่านกระแสได้เช่นเดียวกับตัวต้านทาน แม้ว่าความจุไฟฟ้าแบบกระจายเล็กน้อยระหว่างร่างกายมนุษย์และโลกจะขัดขวางกระแสสลับ 50 Hz อย่างมาก แต่ก็ยังสามารถสร้างกระแสนับสิบไมโครแอมป์ในวงจรได้ (วิธีการคำนวณเหมือนกับวิธีที่สอง คำถาม ค่าความจุไฟฟ้ารีแอกแตนซ์ 1/wc สามารถคำนวณได้เอง) เพื่อให้หลอดนีออนเรืองแสง แน่นอน ถ้าคนทดสอบในอากาศห่างไกลจากพื้นดินและผนัง เนื่องจากความจุที่กระจายระหว่างคนกับพื้นโลกมีขนาดเล็กมาก รีแอกแตนซ์ของตัวเก็บประจุมีขนาดใหญ่มาก และหลอดนีออนในปากกาทดสอบอาจไม่ส่องแสง
