Включение амперметра и вольтметра

Программы: KS3, cycle 4, Sek I

Открыть полную версию ↗

Цель

Научиться включать амперметр последовательно, а вольтметр — параллельно участку цепи.

Установка

Источник 6 В, амперметр, резистор 100 Ом; вольтметр подключён параллельно резистору. Приборы в режиме DC.

Ход работы

1. Запишите показания амперметра и вольтметра.
2. Перетащите с панели «Элементы» второй амперметр и подключите его кабелями параллельно резистору.
3. Удалите лишний амперметр и включите источник клавишей питания.
4. Включите вольтметр в цепь последовательно: удалите кабель между амперметром и резистором и переставьте кабели вольтметра — кабель от «+» на выход амперметра, кабель от «−» на левое гнездо резистора. Запишите показания обоих приборов.

Ожидаемый результат

Амперметр показывает около 59,6 мА, вольтметр — около 5,96 В. Амперметр, подключённый параллельно, почти не имеет сопротивления и замыкает резистор накоротко: в цепи остаются только внутреннее сопротивление источника и два амперметра. Сила тока превышает 7 А, защита от перегрузки отключает источник, и индикатор питания мигает красным. После удаления лишнего амперметра и включения источника показания такие же, как раньше.

Вольтметр, включённый последовательно, показывает почти всё напряжение источника, около 6,00 В, а амперметр — практически ноль (меньше микроампера): сопротивление вольтметра 10 МОм в сто тысяч раз больше сопротивления резистора, и вольтметр почти не пропускает ток. При этом на резисторе почти нет напряжения: прибор, включённый последовательно, «забирает» его целиком.

Вопросы

1. Почему у амперметра сопротивление должно быть малым, а у вольтметра — большим?
2. Почему вольтметр, включённый последовательно, показывает почти напряжение источника, а ток в цепи пропадает?

Ответы

1. Амперметр включён последовательно, поэтому его сопротивление добавляется к сопротивлению цепи и должно быть малым, чтобы прибор не уменьшал силу тока, которую измеряет: здесь 0,1 Ом против 100 Ом. Вольтметр включён параллельно и отводит часть тока в обход измеряемого участка; при 10 МОм против 100 Ом эта часть составляет около одной стотысячной тока через резистор.
2. При последовательном включении 10 МОм вольтметра добавляются к резистору 100 Ом, поэтому сила тока всего \(I = U / R\) ≈ 6 В / 10 МОм = 0,6 мкА. При такой силе тока на резисторе всего около 60 мкВ, на амперметре и источнике ещё меньше, и почти все 6 В остаются на вольтметре.