塑膠會導電? 試一試便知道

塑膠是絕緣體這基本上是常識,實際上塑膠只是電阻很大而已,但還不是無窮大,所以真的給它電壓的話,它還是會有電流通過的,只是電流非常非常小而已。我們今天無法量出電流有多小,但可以證明它真的有電流。

實驗原來塑膠也能有電流通過

如何證明有電流?

要測量電流一般大家都會想到三用電表吧,但是通過塑膠的電流非常小,小到一般的電表都偵測不到Undetectable,所以電流的讀值為零,這會讓人誤以為電流真的為零,其實不然。有沒有覺得這個故事很類似以前農藥殘留測試的新聞? 因為政府的農藥檢驗設備解析度沒有更新,造成自己農藥殘留為零,但卻被它國檢出農藥殘留,所以現在都會寫”未檢出”。

回到我們的小電流話題,那該怎麼辦呢? 市面上有專門測小電流的微安培計,專門測量uA級的電流,但想也知道這一定很貴,我們這種土炮實驗不需要這種貴森森的儀器,土炮實驗就用土炮器材解決-我們採用接觸式驗電筆。

氖燈-低電流就會亮

接觸式驗電筆裡面有顆氖燈,它是驗電筆的靈魂,它有個特性是只需要很小的電流就會亮,根據文件 Using and Understanding Miniature Neon Lamps ,氖燈只要1uA就能點亮,也就是下圖氖燈I-V曲線的D點。當然,C點與D點之間雖然不到1uA,它也會亮只不過比一般的亮度更暗。

氖燈的I-V曲線圖,只需1uA電流就能點亮
氖燈的I-V曲線圖,只需1uA電流就能點亮

氖燈正常工作時需要電壓85VAC以上才能驅動,剩下與110V相差的25V可以裝個電阻來製造壓差降低電流,如下圖這電阻也稱為限流電阻,一般用820K ohm,這能讓電流遠小於人體有感觸電(約1mA) 的程度,所以這個電路才會被拿來做驗電筆。若把驗電筆直接接地的話,電流大約是(110-85)/820K=30uA,就算再多一顆電阻,也都還有15uA,氖燈還是會亮。

人體使用驗電筆的迴路示意圖
人體使用驗電筆的迴路示意圖

我實際先來做基本的測試如下圖,同樣用拇指觸碰驗電筆,單純靠腳站在地上時氖燈較暗,若再加上手掌觸碰水泥牆,與地面接觸面積變大電阻相對變小,因此電流變大,氖燈就亮了許多。下圖右邊的亮度明顯較大,沒有任何刻意加工,若各位有看前面的影片就能完全理解。

右圖顯示當接觸面積增加時,氖燈較亮
右圖顯示當接觸面積增加時,氖燈較亮

塑膠會導電? 測試開始

這個測試其實很簡單,就是把塑膠椅、驗電筆串接在電源的火線和大地之間,只要驗電筆的氖燈會亮就表示有電流通過,其實就是把人換成塑膠椅而已,我用了電療貼片黏在塑膠椅上,探針一邊插在電療貼片,另一端拿來觸碰驗電筆的末端,如下圖。

實驗結果如下圖,把探針與驗電筆末端接觸之後,氖燈是會亮的! 表示電流有經過塑膠椅,但由於電流實在很小,亮度當然也不高,所以我特別把燈關了,這樣攝影機才有機會看到差異。

透過探針不斷的接觸與放開,你可以很明顯的看到亮暗的差異,看不出差異嗎? 那我建議你看影片比較輕鬆,下面的靜態比較圖,我已經盡量做到大家來找碴的樣子了,並且還附上箭頭指出差異處,其實自己做實驗看得最清楚。

塑膠椅通過電流時,氖燈仍會微微地發光
塑膠椅通過電流時,氖燈仍會微微地發光

沒有完美的絕緣體與導體

有不少看過影片的網友來詢問,既然塑膠還是能讓電流通過那包覆在電線外皮的橡膠不就形同失效了嗎? 這樣的擔心可以理解,但確實是多想了,你要想只要漏電流遠小於人體有感的下限,就視為安全,所以在600V以下的電線上,還是會使用塑膠做為電線的包覆材料。

至於上萬伏特的高壓電,基本上就不用塑膠包覆了,而是採用裸線,利用空間做絕緣體,因為電壓太高需要很厚的塑膠包覆,若包覆的話,一來會增加重量,二來會減低散熱效率,簡單講就是白花錢。所以高壓電線都都不做包覆,而且為了安全都架設在很高的地方,不但風大散熱好,維修也方便,不然你在高空作業還要剝線,我光想就覺得既麻煩又沒必要。

當然高壓電線的距離彼此要間隔一定的距離,否則太近的話,電線彼此的高壓會讓空氣崩潰短路產生電弧,就是像閃電這種東西,打穿的瞬間空氣同時變成導體。所以即便是空氣這種一般都認為是絕緣體的東西,也有被打穿的時候,你就知道沒有甚麼是絕對的了。

完美的絕緣體與導體,它們位在光譜的兩端,一個電阻為零稱為導體,一個電阻為無窮大,稱為絕緣體,世上所有的物體都介於這兩者之間,沒有絕對、只有更靠近。所以天底下沒有完美的絕緣體,也沒有完美的導體,就好像物理上有理論上的絕對零度是攝氏-273.15度,但實際上你無法做到,液態氦大約是-269度,就連宇宙的平均溫度也大約是-270.4度,自然界尚且如此,完美的絕緣體當然也就不存在。

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