ID: 00003246
На рисунке показана принципиальная схема электрической цепи, состоящей из источника тока с отличным от нуля внутренним сопротивлением, резистора, реостата и измерительных приборов идеального амперметра и идеального вольтметра.
Как будут изменяться показания приборов при перемещении движка реостата влево? Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности Вы использовали для объяснения.
Источник: ФИПИ
Цепь с источником ЭДС $\varepsilon$, внутренним сопротивлением $r$, резистором $R_1$ и реостатом $R_2$ (параллельно), идеальный амперметр в неразветвлённой части, вольтметр измеряет напряжение на внешней цепи.
Изменение показаний амперметра и вольтметра при перемещении движка влево.
Шаг 1. Что происходит с $R_2$?
При перемещении ползунка реостата влево уменьшается длина рабочей части обмотки. Так как $R = \frac{\rho L}{S}$, сопротивление реостата $R_2$ уменьшается.
Шаг 2. Что происходит с общим внешним сопротивлением?
Резисторы $R_1$ и $R_2$ соединены параллельно:
$$\frac{1}{R_{\text{общ}}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}$$
При уменьшении $R_2$ слагаемое $\frac{1}{R_2}$ увеличивается, значит $\frac{1}{R_{\text{общ}}}$ увеличивается, а $R_{\text{общ}}$ уменьшается.
Шаг 3. Показания амперметра.
Амперметр включён в неразветвлённую часть цепи, поэтому показывает полный ток. По закону Ома для полной цепи:
$$I = \frac{\varepsilon}{R_{\text{общ}} + r}$$
При уменьшении $R_{\text{общ}}$ ток $I$ увеличивается → показания амперметра увеличиваются.
Шаг 4. Показания вольтметра.
Вольтметр показывает напряжение на внешней цепи (разность потенциалов на клеммах источника):
$$U = \varepsilon - I \cdot r$$
При постоянных $\varepsilon$ и $r$, если ток $I$ растёт, то $U$ уменьшается → показания вольтметра уменьшаются.