Как будут изменяться показания вольтметра, если участок цепи в точке А (рис. 145) поочерёдно соединять медной проволокой с участками цепи в точках В, С, D, Е?

рис. 145

Для того чтобы понять, как изменяются показания вольтметра при соединении точки А с точками В, С, D и Е, необходимо рассмотреть теоретические основы, связанные с электрическими цепями, напряжением и сопротивлением.

Электрическое напряжение

Электрическое напряжение характеризует разность потенциалов между двумя точками электрической цепи. Формула для напряжения:

$$ U = I \cdot R $$

где:
− $ U $ — напряжение,
− $ I $ — сила тока,
− $ R $ — сопротивление.

Вольтметр используется для измерения напряжения между двумя заданными точками цепи. Важно помнить, что вольтметр всегда подключается параллельно участку цепи, где измеряется напряжение.

Принципы работы вольтметра
1. Идеальный вольтметр имеет бесконечно большое внутреннее сопротивление. Это означает, что через него не должен протекать ток, и его подключение не оказывает влияния на работу цепи.
2. В реальной ситуации внутреннее сопротивление вольтметра велико, но не бесконечно. Однако его влияние на цепь в большинстве случаев можно игнорировать.

Сопротивление проводника и закона Ома
Медная проволока, используемая для соединения точек, имеет очень малое сопротивление. По закону Ома:

$$ R = \rho \cdot \frac{l}{S}, $$

где:
− $ R $ — сопротивление,
− $ \rho $ — удельное сопротивление материала (для меди оно мало, порядка $ 1.7 \times 10^{-8} \, \Omega\cdot\text{м} $),
− $ l $ — длина проводника,
− $ S $ — площадь его поперечного сечения.

Поскольку сопротивление медной проволоки близко к нулю, ее соединение в цепи фактически шунтирует участок цепи, подключаемый параллельно. Это приводит к изменению условий распределения тока и напряжения в цепи.

Распределение напряжения в цепи
Электрическая цепь на рисунке (рис. 145) состоит из источника напряжения, лампы и вольтметра. Если участок цепи в точке А соединять с точками В, С, D или Е, это приведет к изменениям конфигурации цепи. Рассмотрим, как это влияет на показания вольтметра:
1. Точка А соединена с точкой В: медная проволока закорачивает участок цепи до лампы, ток идет в обход лампы, напряжение на вольтметре изменится.
2. Точка А соединена с точкой С: часть напряжения источника питания падает на лампу, оставшаяся часть измеряется вольтметром. Показания вольтметра зависят от сопротивления лампы.
3. Точка А соединена с точкой D: напряжение на вольтметре будет изменяться в зависимости от положения точки D в цепи, относительно лампы.
4. Точка А соединена с точкой Е: напряжение на вольтметре будет максимальным, так как точка А соединена непосредственно с точкой после лампы.

Закорачивание участка цепи
Когда медная проволока подключается между двумя точками цепи, она может закоротить часть цепи, уменьшая общее сопротивление на этом участке. Это приводит к перераспределению тока и изменению напряжения на оставшихся элементах цепи.

Рассмотрение лампы в цепи
Лампа в цепи обладает сопротивлением, которое зависит от ее характеристик. Если лампа включена в цепь, то напряжение на ней влияет на показания вольтметра. Чем больше часть цепи замыкается через медную проволоку, тем меньше напряжение на лампе и тем сильнее изменяются показания вольтметра.

Выводы
Показания вольтметра будут изменяться в зависимости от того, какие точки цепи соединяются медной проволокой. Это изменение связано с перераспределением сопротивлений и тока в цепи. Чем ближе соединяемая точка к источнику напряжения, тем выше будет показание вольтметра.