Ученик получил задание измерить напряжение на клеммах батарейки с помощью вольтметра (рис. 138). Правильно ли включён вольтметр? Начертите схему включения вольтметра. Чему равно напряжение на батарейке? Запишите показания вольтметра с учётом погрешности измерения.

рис. 138

Для решения задачи важно понять теоретические основы измерения электрического напряжения с использованием вольтметра. Рассмотрим основные принципы и правила работы с вольтметром.

Электрическое напряжение:

Напряжение — это физическая величина, характеризующая работу электрического поля при перемещении электрического заряда между двумя точками цепи. Напряжение измеряется в вольтах (В). Обычно напряжение обозначается буквой $ U $.

Вольтметр:

Вольтметр — это прибор, предназначенный для измерения напряжения в электрической цепи. У него есть два вывода (клеммы), которые подключаются к двум точкам цепи, где нужно измерить напряжение.

1. Принцип работы вольтметра.

   • Вольтметр измеряет разность потенциалов между двумя точками цепи.
   • Вольтметр имеет очень большое сопротивление, чтобы минимизировать влияние на электрическую цепь. Благодаря этому он не вносит значительных изменений в ток, проходящий через цепь.

2. Правила подключения вольтметра.

   • Вольтметр всегда подключается параллельно тому участку цепи, на котором нужно измерить напряжение.
   • Клемма с положительным знаком $ (+) $ подключается к точке с большим электрическим потенциалом, а клемма с отрицательным знаком $ (-) $ — к точке с меньшим потенциалом.

Погрешность измерения:

При измерении напряжения в реальных условиях всегда существует некоторая погрешность. Она может возникать из−за:
− неточности самого прибора;
− влияния внешних факторов;
− человеческого фактора при считывании показаний.

Погрешность измерения обычно указывается в технических характеристиках прибора и может быть записана как абсолютная или относительная величина.

Напряжение на батарейке:

1. Рассмотрим батарейку как источник напряжения. Батарейка создаёт постоянное напряжение между её положительным ($ + $) и отрицательным ($ - $) выводами. Согласно рисунку, номинальное напряжение батарейки равно $ 4,5 \, \text{В} $.

2. Когда батарейка включена в цепь с нагрузкой (например, лампочкой), напряжение на её выводах может снизиться из−за внутреннего сопротивления батарейки. То есть возможно, что измеренное напряжение будет немного меньше номинального значения.

Схема включения вольтметра:

Схема должна показать, как подключён вольтметр в данной задаче. Вольтметр подключён параллельно клеммам батарейки, что соответствует правилам его правильного подключения для измерения напряжения.

Считывание показаний прибора:

Перед считыванием показаний важно убедиться, что стрелка вольтметра находится в пределах измеряемого диапазона. Для определения напряжения необходимо:
1. Определить значение, на которое указывает стрелка.
2. Учитывать шкалу вольтметра (её пределы и деления).
3. Внести погрешность измерения в итоговое значение.

Выводы:

На основе изложенной теории можно:
1. Проверить правильность подключения вольтметра.
2. Построить схему включения.
3. Считать показания прибора и учесть погрешность измерения для определения напряжения на батарейке.