Đồng hồ đo điện bừng lên 66 vôn khi bạn chạm một dây trong ống. Cầu dao đóng, cắt điện, dây chết cứng — vậy 66 vôn ấy từ đâu ra?
Một tụ điện vô hình tạo mạch chia áp
Hai sợi dây chạy song song trong ống tạo ra điện dung ghép bất đắc dĩ: 100 pF. Ở 50 Hz, điều này cho phản kháng dung X_C = 1/(2πfC) = 31,8 MΩ.
Tụ này nối giữa dây nóng 220 V và dây đã cắt, tạo thành một mạch chia áp. Dây cắt là một điểm trên mạch — nằm trên phần trở kháng vào của đồng hồ bạn đang cắm.
Phân áp giữa một trở kháng khổng lồ và một trở kháng bé
Tương đương đơn giản của mạch: điện áp lưới 220 V AC chia giữa phản kháng 32 MΩ và trở kháng vào của đồng hồ. Đồng hồ số thường có trở kháng vào cao, 10 MΩ là con số tiêu biểu.
V_đo = V_lưới · R / √(R² + X_C²)Thay vào: V_đo = 220 × 10 / √(10² + 31,8²) = 220 × 10 / 33,4 = 65,9 vôn — con số 66 vôn trên màn hình.
Bí mật nằm trong mẫu số: căn bậc hai của bình phương hai trở kháng. Vì phản kháng 31,8 MΩ lớn hơn, tổng trở kháng Z không phải 10 + 31,8 = 41,8 MΩ (như nếu chúng nối tiếp thuần túy) mà là 33,4 MΩ — vừa lớn hơn số hạng lớn. Đây là bản chất của phép chia áp: khi hai trở kháng cách biệt nhau, điểm nối chia áp theo tỉ lệ.
Dòng điện thực tế chảy qua mạch bé tí: I = 220 / 33,4 = 6,6 micro-ampe. Năng lượng ở mức vi mô này, nhưng điện áp nhìn thấy trên đồng hồ là thật — vì đồng hồ số không lấy dòng.
Thêm tải: điện áp sụp ngay từ 66 V về 0,7 V
Cắm một bóng đèn nhỏ vào sợi dây “chết”: bóng là trở kháng khoảng 100 kΩ. Nó mắc song song với trở kháng vào đồng hồ, hạ xuống 99,9 kΩ.
V_đo = 220 × 100.000 / √(100.000² + 31.800.000²) ≈ 0,69 vôn
Đèn sáng mờ — dòng chỉ 6,6 micro-ampe — nhưng nó cắn ngang phần lớn điện áp. Hạ trở kháng vào từ 10 MΩ xuống 1 MΩ, điện áp tụt từ 66 V xuống dưới 7 V — điều này là mạch chia áp, hoàn toàn phụ vào tỉ lệ trở kháng.
Ghép nối phụ vào chiều dài dây và lớp bảo vệ
Sợi dây 30 mét tạo ra 3 000 pF thay vì 100 pF — phản kháng giảm xuống 1,06 MΩ, và V_đo lên tới 200 V. Nhưng dây trong ống kim loại, dây bọc giáp, hoặc bạn cách điện với đất đều giảm điều kiện ghép nối — ngã rơi điện áp ma về con số vô hại.
Trường hợp biên: vì sao bút thử điện câm đúng là nguy hiểm
Điện áp ma này vô hại vì trở kháng 32 MΩ của nó — bạn không thể lấy năng lượng từ nguồn 6,6 micro-ampe để tổn thương ai. Nhưng đây là nơi mà suy luận ngược lại sẽ giết người.
Bút thử điện không tiếp xúc (kiểu thử từ xa) sẽ giữ yên. Nó không phản ứng vì trở kháng vào của nó cao — đúng là cao, cũng cao như đồng hồ số, và nó không “đo” được, chỉ phát hiện dòng thực. Không dòng nào, không sáng.
Nhưng sợi dây này có thể nằm trong ống kim loại nối đất, hoặc dây bọc giáp, hoặc bạn đơn giản là đứng cách điện với đất — tất cả những điều này làm điện áp ma biến mất trên bút thử của bạn mà dây vẫn mang 220 vôn thực.
Quy tắc thực dụng duy nhất đáng tin: thử ba bước. Một: thử bút trên một nguồn bạn biết chắc là nóng — bút phải sáng. Hai: thử bút trên dây cần kiểm tra — đó là lúc bạn cứ cho phép nó im lặng vẫn coi là dây vẫn mang điện. Ba: quay lại thử bút trên nguồn đã biết nóng lần nữa — bút phải sáng lại. Nếu một bước bất kỳ không lặp lại, bút của bạn bị hỏng, không phải dây đã chết.