Вмикання амперметра і вольтметра
Програми: KS3, cycle 4, Sek I
Мета¶
Навчитися вмикати амперметр послідовно, а вольтметр — паралельно до ділянки кола.
Установка¶
Джерело 6 В, амперметр, резистор 100 Ом; вольтметр під’єднано паралельно до резистора. Прилади в режимі DC.
Хід роботи¶
- Запишіть показання амперметра і вольтметра.
- Перетягніть з панелі «Елементи» другий амперметр і під’єднайте його кабелями паралельно до резистора.
- Видаліть зайвий амперметр і ввімкніть джерело клавішею живлення.
- Увімкніть вольтметр у коло послідовно: видаліть кабель між амперметром і резистором і переставте кабелі вольтметра — кабель від «+» на вихід амперметра, кабель від «−» на ліве гніздо резистора. Запишіть показання обох приладів.
Очікуваний результат
Амперметр показує близько 59,6 мА, вольтметр — близько 5,96 В. Амперметр, під’єднаний паралельно, майже не має опору і замикає резистор накоротко: у колі залишаються тільки внутрішній опір джерела і два амперметри. Сила струму перевищує 7 А, захист від перевантаження вимикає джерело, а індикатор живлення блимає червоним. Після того як зайвий амперметр видалено, а джерело ввімкнено, показання такі самі, як і раніше.
Вольтметр, увімкнений послідовно, показує майже всю напругу джерела, близько 6,00 В, а амперметр — практично нуль (менше ніж мікроампер): опір вольтметра 10 МОм у сто тисяч разів більший за опір резистора, і вольтметр майже не пропускає струму. Водночас на резисторі майже немає напруги: прилад, увімкнений послідовно, «забирає» її всю.
Запитання¶
- Чому амперметр повинен мати малий опір, а вольтметр — великий?
- Чому вольтметр, увімкнений послідовно, показує майже напругу джерела, а струм у колі зникає?
Відповіді
- Амперметр увімкнений послідовно, тому його опір додається до опору кола і має бути малим, щоб прилад не зменшував струм, який вимірює: тут 0,1 Ом проти 100 Ом. Вольтметр увімкнений паралельно і відводить частину струму в обхід ділянки, яку вимірює; за 10 МОм проти 100 Ом ця частина становить близько однієї стотисячної струму через резистор.
- У послідовному з’єднанні 10 МОм вольтметра додаються до резистора 100 Ом, тому сила струму становить лише \(I = U / R\) ≈ 6 В / 10 МОм = 0,6 мкА. За такої сили струму на резисторі лише близько 60 мкВ, на амперметрі й джерелі ще менше, і майже всі 6 В припадають на вольтметр.