Укажите, на каких участках цепи вольтметр V показывает напряжение в каждом случае (рис. 136). Начертите схемы подключения вольтметра к другим участкам цепи.

рис. 136

Для решения задачи, связанной с электрической цепью и измерением напряжения в разных её участках, важно разобраться с основными понятиями и принципами работы электрических приборов, таких как вольтметр, амперметр, резисторы и источники тока.

Электрическое напряжение:

Напряжение (U) — это физическая величина, которая количественно характеризует разность электрических потенциалов между двумя точками цепи. Оно измеряется в вольтах (В) и показывает, какая энергия передаётся на перемещение единичного заряда из одной точки цепи в другую. Напряжение можно вычислить по формуле:

$$ U = I \cdot R, $$

где:
− $U$ — напряжение (В),
− $I$ — сила тока (А),
− $R$ — сопротивление участка цепи ($\Omega$).

Работа вольтметра:

Вольтметр — прибор, предназначенный для измерения напряжения между двумя точками электрической цепи. Он подключается параллельно тому участку цепи, где измеряется напряжение. Вольтметр имеет очень высокое внутреннее сопротивление, чтобы ток через него был минимальным, и его подключение не влияло на работу электрической цепи.

Принципы подключения вольтметра:

1. Параллельное подключение: Для измерения напряжения на конкретном элементе цепи, например резисторе, вольтметр подсоединяется параллельно этому элементу, чтобы разность потенциалов на концах прибора совпадала с разностью потенциалов на концах элемента цепи.

2. Определение участка: Напряжение, которое показывает вольтметр, соответствует разности потенциалов между точками, к которым подключены его щупы.

Компоненты электрической цепи:

• Резисторы (R): Элементы электрической цепи, обладающие сопротивлением, которое ограничивает протекание тока. Общее сопротивление цепи определяется:

  • При последовательном соединении: $R_{\text{общ}} = R_1 + R_2 + R_3 + \dots$;
  • При параллельном соединении: $R_{\text{общ}} = \frac{1}{\frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \dots}$.

• Амперметр (A): Прибор для измерения силы тока, подключается последовательно.

• Источник тока: Обеспечивает разность потенциалов в электрической цепи и заставляет заряды перемещаться.

Особенности схем на рисунке 136:

1. Схема (а):

   • Вольтметр подключён параллельно резистору $R_1$, поэтому он показывает напряжение на этом резисторе.
   • Амперметр подключён последовательно ко всей цепи, измеряет силу тока через все элементы цепи.

2. Схема (б):

   • Вольтметр подключён параллельно источнику тока, поэтому показывает напряжение источника (напряжение на концах батареи).
   • Амперметр подключён последовательно, измеряет силу тока через резистор $R_1$.
   • Резистор $R_2$ подключён отдельно, но его напряжение не измеряется.

Общий алгоритм подключения вольтметра к другим участкам цепи:

1. Выберите элемент цепи, напряжение на котором нужно измерить.
2. Соедините щупы вольтметра с концами этого элемента (параллельно). Например:
   • Если нужно измерить напряжение на $R_2$ (в схеме а), подключите щупы вольтметра параллельно резистору $R_2$, отключив его от $R_1$.
   • Если нужно измерить напряжение на $R_1 + R_2 + R_3$, подключите щупы к начальной и конечной точке всей группы резисторов.

Закономерности для напряжения:

• В последовательной цепи сумма напряжений на каждом элементе равна напряжению источника: $U_{\text{ист}} = U_1 + U_2 + U_3$.
• В параллельной цепи напряжение одинаково для всех элементов: $U_1 = U_2 = U_3 = U_{\text{ист}}.$

Эти принципы позволяют определить напряжение в разных участках цепи и корректно подключить измерительные приборы.