Почему показания волтметра при разомкнутом и замкнутом ключе различны

Показания вольтметра при разомкнутом и замкнутом ключе различны из-за изменения электрической цепи и, соответственно, изменения электрических параметров, таких как напряжение и ток. Давайте рассмотрим этот процесс подробнее.

При разомкнутом ключе:

Когда ключ разомкнут, цепь разрывается, и электрический ток не может течь. В этом случае вольтметр измеряет напряжение холостого хода, которое является напряжением источника питания (например, батареи или генератора). Напряжение холостого хода характеризуется тем, что через цепь не проходит ток, и, следовательно, отсутствуют падения напряжения на сопротивлениях внутренней цепи.

При замкнутом ключе:

Когда ключ замкнут, цепь становится замкнутой, и электрический ток начинает течь через нее. В этом случае вольтметр измеряет напряжение на конкретной части цепи, и это напряжение может быть различным по нескольким причинам:

1. Внутреннее сопротивление источника питания:

   • Источник питания (например, батарея) имеет определенное внутреннее сопротивление. Когда ток начинает течь, на этом внутреннем сопротивлении происходит падение напряжения, что снижает общее выходное напряжение, которое измеряет вольтметр.

2. Сопротивление внешней цепи:

   • Внешняя цепь также имеет свои сопротивления (например, резисторы, провода и т.д.). Когда ток течет через эти сопротивления, на них также происходит падение напряжения согласно закону Ома (V = IR), что влияет на показания вольтметра.

3. Импеданс компонентов:

   • Если в цепи есть индуктивные или емкостные компоненты, их импеданс (сложное сопротивление) также влияет на распределение напряжения в цепи.

4. Эффекты нагрузки:

   • Подключение нагрузки к цепи изменяет распределение токов и напряжений. Нагрузка может потреблять ток, вызывая дополнительное падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника питания.

Пример:

Представим простую цепь, состоящую из батареи с внутренним сопротивлением ( r ), резистора ( R ) и ключа:

1. Разомкнутый ключ:

   • Вольтметр показывает напряжение батареи ( V ).

2. Замкнутый ключ:

   • В цепи течет ток ( I = \frac{V}{R + r} ).
   • Падение напряжения на внутреннем сопротивлении батареи ( V_r = I \cdot r ).
   • Вольтметр показывает напряжение ( V' = V - V_r = V - I \cdot r ).

Таким образом, при замыкании ключа напряжение, измеряемое вольтметром, уменьшается из-за падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника питания и других сопротивлениях в цепи.

Заключение

Различие в показаниях вольтметра при разомкнутом и замкнутом ключе объясняется изменением тока в цепи и, следовательно, изменением падения напряжения на различных сопротивлениях внутри и вне источника питания. Эти изменения приводят к тому, что вольтметр фиксирует разное напряжение в этих двух режимах работы цепи.

Показания волтметра при разомкнутом и замкнутом ключе различны из-за того, что в разомкнутом ключе электрическая цепь прерывается, и ток не может протекать через нее. Поэтому в этом случае волтметр показывает нулевое значение напряжения.

При замкнутом ключе электрическая цепь замыкается, и ток начинает протекать через нее. В этом случае волтметр измеряет напряжение на участке цепи между ключом и измеряемой точкой. Таким образом, показания волтметра при замкнутом ключе отличаются от нулевого значения, которое он показывает при разомкнутом ключе.

При разомкнутом ключе волтметр измеряет напряжение на зажимах ключа, а при замкнутом ключе измеряет напряжение на элементе цепи, который подключен к ключу.