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科普电压测量技术 不要被民科迷惑

已有 4913 次阅读 2015-3-8 16:35 |个人分类:我的思考|系统分类:科普集锦| 民科, 电压, 电流, 输入阻抗, 晏成和

   这段时间很忙,但看见晏成和博主孜孜不倦地发表重建物理学的系列博文,还是提醒他一下。顺便科普一下电压测量是怎么回事?不然,无法理解为什么晏成和博主错了。不看电压测量很简单,随便找个万用表就可以测量,这里面还真有学问,很多本科生都吃不透,犯低级错误者比比皆是。晏成和博主就是其中之一。这里面的一些现象,不融会贯通就无法理解。  

  晏成和博主主要认为电磁学理论错了。从他提出的依据看,他对实验现象无法正确理解,对物理概念认识不清。

   在一篇博文(物质的导电原理,http://blog.sciencenet.cn/blog-73066-870125.html)里有这样内容:

“[实验1] 把一根长金属导线的一端接入220V交流电源(火线),立即在金属导线的各个部位都可测量到220V电压,试电笔显示有电,这类金属物质被命名为导体。

  如果把橡胶、塑料、陶瓷等的一端接入220V电源(火线),在另一端完全测不到电压,试电笔也无显示,这类物质被定义为绝缘体。说明这些绝缘物质不能导电,首先是连电压也不能导通。”

“实验中,只是在电源中接上一段导线,如同在电源插入一个接线板,电压就传输到导线各处。电压导通时,并没有形成回路,在导线的全程测不到哪怕是非常微弱的电流,即在没有任何电流运动前提下,电压已经传导到导体各处。”

  在这里,由于作者对电压表、导电笔的测量原理不理解导致了错误理解。 他认为实验中“在导线的全程测不到哪怕是非常微弱的电流”实际上是错误的。在电压测量过程中,电压表有一个输入阻抗,大概大于10M欧姆。电压表测量时,相当于并了一个阻值很高的电阻(大小等于电压表的输入阻抗,输入阻抗的单位也是欧姆)到被测对象两端,尽管流过电压表的电流很小,但如果没有小的电流流过电压表,电压表无法正确测量电压。电笔的道理也一样,都是需要一定电流流过,电笔的灯才会亮。 因此,用电笔和电压表能够测量导线上的电压是因为有足够的电流驱动电笔和电压表。 没有足够的电流流动,电压表和电笔都测量不到正确结果。

  这里面有一个重要的概念是输入阻抗,电压表和电笔都有输入阻抗,一般大于10M欧姆。只有电压表和电笔的输入阻抗远大于被测物体的内阻,才能有正确的测量结果。

  “在橡胶、塑料和陶瓷等的一端接入220V电压(火线),在另一端完全测不到电压,试电笔也无显示”。晏成和博主认为橡胶、塑料和陶瓷没有电压(220V电压),原因是电压表测量不到,试电笔没有亮。在这里晏博主的理解又错了。实际上绝缘体的另外一端也有220V电压,只是电压表测量不到,试电笔也无法测量。为什么呢? 因为绝缘体有很大的内阻,绝缘体的内阻一般超过10G欧姆(10G  =1000 x 10M),超过电压表输入阻抗的1000倍。由于绝缘体的内阻很大,在电压表内流动的电流至少是电压表测量导体两端电流的千分之一,如此小的电流电压表已经无法测量,在电压表上显示的电压为0V左右。试电笔不亮的道理也是一样的,试电笔的输入阻抗和绝缘体的内阻相比很小,流过试电笔的电流和导体情况下相比也小了上1000倍,因此,试电笔不亮。

   这个时候人摸绝缘体的另外一端安全无忧道理也是一样。人体躯干的内阻很小,一般不超过100欧姆。如果再考虑人体手指和手臂的电阻,人摸绝缘体或导体时自身的电阻一般不超过10万欧姆。由于绝缘体的内阻很大,是人体电阻的10万倍以上,人体摸绝缘体时人体的电压是绝缘体电压的10万分之一,相对220V电压来说人体的电压只有0.002V,因此人体摸一端接触火线的绝缘体很安全。人摸一端接触火线的导体就非常危险,因为导体的电阻一般小于0.001欧姆,220V火线电压全部会由人承担,即使人穿着绝缘性很好的鞋子也全身被电打得发麻。因为人相当于表面积比较大的导体,大地也是导体,人和大地之间就组成了一个电容。220V火线是50Hz交流电,人和大地之间会通过电容进行充放电。这个电容越大越危险,火线电压越高也越危险。 当人体靠近高压线时,人体和高压线之间也会组成一个电容,高压线也会对人体充放电。

   针对交流电,我们要考虑交流阻抗。人靠近导线时,由于人本身也是导体,人和导线之间的分布电容会导致人和导线之间的交流阻抗随着频率增加而降低。高压线可以隔空打死人就是这个原因。尽管人和高压线之间的直流阻抗由于空气绝缘很大,但交流阻抗在50Hz的时候会比较小,高压线可以隔空对人进行充放电,放电电流高于阈值时人就有生命危险。

   电压和水位可以对比,都是相对于某参考点来的。电压通常以地为参考点,水位通常以海平面为参考点。通常所说的220V电压,其中蕴含了大地作为参考点。晏成和博主把电压当成一个孤立东西来考虑了。“电压导通”就是错误的说法。在火线上无论接入导体还是绝缘体,它们上面都有220V电压。只不过,导体上的220V电压可以用常规仪器测量到,绝缘体上的220V电压无法用常规仪器测量到。要正确测量绝缘体上的220V电压,需要非常精密的仪器和特有的测量方法。


 




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