Для школьников
Сопоставим электростатику и электродинамику.
Электростатика рассматривает условия равновесия зарядов в проводнике. Чтобы заряды в проводнике находились в равновесии (не двигались) надо, чтобы разность потенциалов любых точек заряженного проводника была равна нулю (чтобы электрическое напряжение между точками было равно нулю).
Электродинамика рассматривает условия, при которых свободные электроны в проводнике придут в направленное движение, то есть рассматривает условия существования электрического тока. Чтобы ток в проводнике существовал, необходима разность потенциалов (или напряжение) между точками проводника.
На рисунке показан проводник в виде провода или проволоки:
Если между его концами создать разность потенциалов (напряжение), то электроны станут двигаться против поля, и в проводе возникнет электрический ток (см. Занятие 56).
Пусть теперь участок цепи содержит два (или несколько) последовательно соединённых проводом сопротивления. Сопротивлением соединительных проводов при решении задач обычно пренебрегают.
Напряжение на всём участке складывается из напряжений на каждом сопротивлении:
Напряжение на первом сопротивлении равно
Напряжение на втором сопротивлении равно
Видим, что распределение напряжения между отдельными последовательно соединёнными сопротивлениями зависит только от соотношения этих сопротивлений:
Напряжение на участке цепи измеряется вольтметром, который подключается параллельно к каждому участку.
Вольтметр - это гальванометр, шкала которого проградуирована в вольтах (см. Занятие 56).
Возникает вопрос: почему один и тот же прибор (гальванометр) может измерять и ток, и напряжение? Потому что эти величины пропорциональны друг другу. Так как ток проходит через нить гальванометра, а она имеет сопротивление, то каждому значению тока соответствует определённое значение напряжения между зажимами гальванометра. Поэтому против каждого положения стрелки гальванометра можно написать или силу тока, или напряжение, то есть проградуировать гальванометр как амперметр или как вольтметр.
Так как вольтметр подключается к сопротивлению параллельно, то часть тока, текущего по цепи, ответвляется на вольтметр и искажает показания вольтметра.
Каким должно быть сопротивление вольтметра, чтобы это искажение было небольшим?
Присоединим, например, вольтметр параллельно лампочке, чтобы измерить напряжение на ней:
Здесь
напряжение, даваемое источником тока, а
зажимы вольтметра, к которым подсоединены вводы лампочки.
Так как соединение вольтметра и лампочки параллельное, то их общее сопротивление равно
Видим, чем больше сопротивление вольтметра по сравнению с сопротивлением лампочки
тем меньше отличается их общее сопротивление от сопротивления лампочки, и тем меньше искажение измерения внесённое вольтметром.
Вывод: вольтметр должен иметь большое сопротивление.
Подумайте над решением следующих задач:
Вольтметр с внутренним сопротивлением 400 Ом подключенный к участку цепи с сопротивлением 20 Ом, показывает напряжение 100 В. Найти погрешность в измерениях вольтметра, если считать что сила тока до разветвления осталась прежней.
Ответ: погрешность составила 5 В.
Найдите сопротивление участка АВ цепи, составленного четырьмя одинаковыми сопротивлениями:
К.В. Рулёва, к. ф.-м. н., доцент. Подписывайтесь на канал. Ставьте лайки. Пишите комментарии. Спасибо.
Предыдущая запись: Каким должно быть сопротивление амперметра?.
Следующая запись: Решение задач, условия которых даны в предыдущей статье.
Ссылки на занятия до электростатики даны в Занятии 1.
Ссылки на занятия (статьи), начиная с электростатики, даны в конце Занятия 45.