Что показывает вольтметр присоединенный к полюсам источника тока

Вольтметр. Назначение, устройство, как пользоваться и подключать вольтметр, принцип работы

Вольтметр — это электроизмерительный прибор, который предназначен для измерения электрического напряжения на полюсах источника тока или на каком-нибудь участке электрической цепи. Эта величина задается в единицах, называемых вольтами, отсюда и название прибора — «Вольтметр». На практике значения электрического напряжения измеряются в различных диапазонах, от микровольт (мкВ) до мегавольт (МВ).

Эти приборы доступны в продаже, как в аналоговом, так и в цифровом исполнении.

Многие вольтметры по внешнему виду очень похожи на амперметры. Для отличия вольтметра от других электроизмерительных приборов на его шкале ставят букву V. На схемах вольтметр изображают кружком с буквой V внутри (см. рисунок 1).

Рисунок 1. Электрическая схема с вольтметром

Как подключать вольтметр и производить измерения?

Вольтметры всегда должны быть подключены параллельно с электрическим устройством или элементом, на котором измеряется электрическое напряжение (рисунок 2).

Рис. 2. Способ измерения электрического напряжения на концах элемента R

Ключевая мысль состоит в том, что зажимы вольтметра присоединяют к тем точкам электрической цепи, между которыми надо измерить электрическое напряжение.

Однако следует помнить, что при таком соединении часть тока I_V будет протекать через вольтметр, а не через проверяемый элемент R. Таким образом, мы имеем дело с ситуацией, когда действие измерения физической величины изменяет значение этой величины. Это не единственный подобный пример в физике.

Как видно из предыдущих рассуждений, для измерения истинного значения электрического напряжения на концах элемент цепи, нам понадобится вольтметр с бесконечным сопротивлением. Тогда через измерительный прибор не будет протекать электрический ток, поэтому измерения будут неискаженными. На практике бесконечное электрическое сопротивление в вольтметре реализовать невозможно. Тем не менее, в настоящее время продаются вольтметры с чрезвычайно высоким внутренним сопротивлением, превышающим 100 ТОМ.

Стоит отметить, что считанное значение напряжения всегда меньше истинного значения. Это пример систематической ошибки измерения.

Истинное значение напряжения на концах элемента R на рис. 2, согласно закона Ома для участка электрической цепи, составляет: U = I*R

После простых преобразований получаем, что реальное значение электрического напряжения на концах проверяемого элемента цепи R имеет значение: U = U_V * (1 + R/R_V )

Эта формула подтверждает наше предыдущее утверждение о том, что идеальный вольтметр должен иметь бесконечное внутреннее сопротивление. Поскольку коэффициент сопротивления в этой формуле стремится к бесконечности, измеренное значение U_V стремится к истинному значению U. Поскольку в реальности не существует прибора, удовлетворяющего этому идеальному условию, при проведении измерений необходимо выбирать вольтметр таким образом, чтобы величина вносимой им ошибки находилась в пределах предполагаемой погрешности измерений.

Вывод: Чем выше внутреннее сопротивление вольтметра, тем меньше погрешность измерения; поэтому вольтметры всегда имеют очень высокое электрическое сопротивление.

Как и у амперметра, у одного зажима вольтметра ставят знак «+«. Этот зажим необходимо обязательно соединять с проводом, идущим от положительного полюса источника тока. Иначе стрелка прибора будет отклоняться в обратную сторону. А отрицательный зажим, соответственно, соединяют с проводом, идущим от отрицательного полюса источника тока.

Расширение диапазона измерений.

У аналоговых вольтметров диапазон измерения в принципе ограничен концом шкалы; если на измерительный прибор подается более высокое напряжение, то, с одной стороны, стрелка прибора не может отклониться дальше, а с другой стороны, даже сам прибор может быть поврежден (выйти из строя). Чтобы расширить диапазон измерений в большую сторону, необходимо использовать подходящую электрическую схему, обеспечивающую подачу на вольтметр только части измеряемого напряжения.

Этого можно достичь, объединив вольтметр с последовательно подключенным резистором (эти резисторы ещё называют — «добавочными резисторами»). Например, если вольтметр с диапазоном измерения 50 мВ имеет внутреннее сопротивление 100 Ом, то последовательный резистор со значением 900 Ом вызывает падение напряжения на вольтметре только на 1/10. Таким образом, диапазон измерений увеличивается в 10 раз, поэтому вольтметры теперь могут измерять напряжение до 500 мВ.

Верхние пределы расширения диапазона измерения практически отсутствуют. Если последовательный резистор в вышеприведенном примере имеет значение 99 900 Ом, то общее сопротивление равно 100 000 Ом, и на вольтметре падает только 1/1000 от приложенного напряжения. Соответственно, можно измерить в 1000 раз большее напряжение, т.е. максимум 50 В.

Более наглядно посмотреть, как подключаются добавочные резисторы в электрическую цепь вы можете видеть на рисунке 3 ниже.

после преобразований получаем, что сопротивление добавочного сопротивления должно иметь значение:

Мы также можем уменьшить диапазон измерения вольтметра. Для этого мы используем делители напряжения как на рис. 4.

Рис. 4. Делитель напряжения для уменьшения диапазона измерения вольтметра с U_V до U₁

При использовании цифровых измерительных приборов, измерение выполняется электронным способом и отображается на дисплее в цифровом виде. Однако проблема погрешности измерений и принцип расширения диапазона измерений идентичны для аналоговых и цифровых измерительных приборов.

Как работает вольтметр?

Существует два типа вольтметров: аналоговые, показывающие значение путем наклона стрелки механического прибора, и все чаще используемые в настоящее время цифровые, оснащенные сложными электронными схемами.

Существует, однако, тип аналогового вольтметра, принцип действия которого не основан на принципе работы амперметра. Это электростатический вольтметр. На практике это конденсатор с одной неподвижной обкладкой и другой подвижной. Электрическое взаимодействие обкладок вызывает перемещение указателя, прикрепленного к движущейся части. С помощью такого вольтметра можно можно измерять даже очень высокие электрические напряжения, а значение его внутреннего сопротивление почти бесконечно.

Устройство

Рассмотрим устройство электростатического и электромагнитного вольтметра и способ их подключения к схеме.

На рисунке 5 показана конструкция электростатического вольтметра (слева) и электромагнитного вольтметра (справа) и как они соединены в электрическую цепь. Подвижные части вольтметров отмечены красным цветом.

Различные элементы вольтметров показаны цифрами.

Рисунок 5. Устройство вольтметров (электростатического — слева, электромагнитного — справа)

На рисунке 5 обозначено:

Источник

Вопросы к зачёту по теме «Законы постоянного тока» (10 класс).

Вопросы к зачёту по теме «Законы постоянного тока» (10 класс). Использовать при проверке знаий учащихся 10 классов по теме «Законы постоянного тока».

Просмотр содержимого документа
«Вопросы к зачёту по теме «Законы постоянного тока» (10 класс).»

Вопросы к зачёту по теме «Законы постоянного тока» (10 класс)

Составила учитель физики Горшкова Л.А.

1.Что называют электрическим током?

2. Какое направление тока принимается за положительное?

3.Какие условия необходимы для существования электрического тока?

4.Что называют силой тока? Формула для вычисления силы тока.

5. Какова единица измерения силы тока в СИ?

6. Какой ток называют постоянным?

7. Сформулировать и записать закон Ома для участка цепи?

8. Записать формулу зависимости электрического сопротивления проводника от длины, площади поперечного сечения и рода вещества.

9. Что называют удельным сопротивлением проводника? Каков физический смысл этой величины?

10.Нарисовать схему электрической цепи, два резистора соединенных последовательно. Записать законы последовательно соединения проводников.

11. Нарисовать схему электрической цепи, два резистора соединенных параллельно. Записать законы параллельного соединения проводников.

12.Напишите формулу для общего сопротивления параллельно соединенных проводников:

б) три и более проводников.

12. Какова роль шунта, параллельно подключенного к амперметру?

13.Напишите формулу для расчета сопротивления шунта, подключенного к амперметру.

14.Какова роль добавочного сопротивления, подключенного последовательно с вольтметром?

15.Напишите формулу для расчета добавочного сопротивления, подключенного к вольтметру.

16.Запишите формулы для определения работы постоянного тока.

17.Сформулировать и записать закон Джоуля- Ленца.

18.Запишите формулы для расчета мощности тока.

19. Каким прибором измеряется работа электрического тока? Каким прибором измеряется мощность электрического тока?

20.Что называют сторонними силами?

21.Что называют ЭДС источника тока? Каков физический смысл ЭДС? В каких единицах ее выражают?

22.Что понимают под внутренней и внешней частью цепи?

23.Что показывает вольтметр, присоединенный к полюсам источника тока при разомкнутой внешней цепи? При замкнутой внешней цепи?

24.Сформулировать и записать закон Ома для полной цепи.

Источник

Последовательное и параллельное соединения источников тока

Дополнительно по теме

2 Электрическое поле

3 Постоянный электрический ток

Последовательное и параллельное соединения источников тока. Правило Кирхгофа

1 Найти разность потенциалов между точками а и b в схеме, изображенной на рис. 118. Э. д. с. источников тока e1= 1 В и e2 =1,3 В, сопротивления резисторов R1 = 10 Ом и R2 = 5 Ом.

Поскольку e2>e1 то ток I будет идти в направлении, указанном на рис. 118, при этом разность потенциалов между точками а и b

2 Два элемента с э. д. с. e1 = 1,5 B и e2 = 2 В и внутренними сопротивлениями r1=0,6 Ом и r2 = 0,4 Ом соединены по схеме, изображенной на рис. 119. Какую разность потенциалов между точками а и b покажет вольтметр, если сопротивление вольтметра велико по сравнению с внутренними сопротивлениями элементов?

Поскольку e2>e1, то ток I будет идти в направлении, указанном на рис. 119. Током через вольтметр пренебрегаем ввиду

того, что его сопротивление велико по сравнению с внутренними сопротивлениями элементов. Падение напряжения на внутренних сопротивлениях элементов должно равняться разности э. д. с. элементов, так как они включены навстречу друг другу:

Разность потенциалов между точками а и b (показание вольтметра)

Последовательное и параллельное соединения источников тока. Правило Кирхгофа

3 Два элемента с э. д. с. e1=1.4B и e2 = 1,1 В и внутренними сопротивлениями r =0,3 Ом и r2 = 0,2 Ом замкнуты разноименными полюсами (рис. 120). Найти напряжение на зажимах элементов. При каких условиях разность потенциалов между точками а и b равна нулю?

4 Два источника тока с одинаковыми э. д. с. e= 2 В и внутренними сопротивлениями r1 =0,4 Ом и r2 = 0,2 Ом соединены последовательно. При каком внешнем сопротивлении цепи R напряжение на зажимах одного из источников будет равным нулю?

Ток в цепи

(рис.361). Напряжения на зажимах источников тока

Решая первые два уравнения при условии V1=0, получим

Условие V2=0 неосуществимо, так как совместное решение первого и третьего уравнений приводит к значению R I1, если R/2+r r. Поэтому ток больше при последовательном соединении.

20 Два элемента с э.д.с. e1=4В и e2 = 2В и внутренними сопротивлениями r1 = 0,25 Ом и r2 = 0,75 Ом включены в схему, изображенную на рис. 130. Сопротивления резисторов R1 = 1 Ом и R2 = 3 Ом, емкость конденсатора С=2 мкФ. Найти заряд на конденсаторе.

21 К батарее из двух параллельно включенных элементов с э.д.с. e1 и e2 и внутренними сопротивлениями r1 и r2 подключен резистор с сопротивлением R. Найти ток I, текущий через резистор R, и токи I1 и I2 в первом и втором элементах. При каких условиях токи в отдельных цепях могут быть равными нулю или изменять свое направление на обратное?

Выберем направления токов, указанные на рис. 366. Для узла b имеем I-I1-I2=0. При обходе контуров abef и bcde по часовой стрелке получим

Из этих уравнений находим

Ток I=0 тогда, когда изменена полярность включения одного из элементов и, кроме того, выполнено условие

Токи I1 и I2 имеют направления, указанные на рис.366, если

Они меняют свое направление при

22 Батарея из n одинаковых аккумуляторов, соединенных в одном случае последовательно, в другом— параллельно, замыкается на резистор с сопротивлением R. При каких условиях ток, текущий через резистор, в обоих случаях будет один и тот же?

При n(R-r) = R-r. Если R=r, то число элементов произвольно; если R№r, задача не имеет решения (n=1).

23 Батарея из n = 4 одинаковых элементов с внутренним сопротивлением r=2 Ом, соединенных в одном случае последовательно, в другом — параллельно, замыкается на резистор с сопротивлением R=10Ом. Во сколько раз показание вольтметра н одном случае отличается от показания вольтметра в другом случае? Сопротивление вольтметра велико по сравнению с R и r.

24 Как изменится ток, текущий через резистор с сопротивлением R = 2 Ом, если n =10 одинаковых элементов, соединенных последовательно с этим резистором, включить параллельно ему? Э.д.с. элемента e = 2 В, его внутреннее сопротивление r = 0,2 Ом.

25 Батарея составлена из N=600 одинаковых элементов так, что п групп соединены последовательно и в каждой из них содержится т элементов, соединенных параллельно. Э.д.с. каждого элемента e = 2 В, его внутреннее сопротивление r = 0,4 Ом. При каких значениях n и m батарея, будучи замкнута на внешнее сопротивление R = 0,6 Ом, отдаст во внешнюю цепь максимальную мощность? Найти при этом ток, текущий через сопротивление R.

Общее число элементов N=nm (рис. 367). Ток во внешней цепи

При этом через сопротивление R течет точек I=46 А.

26 Емкость аккумулятора Qo=80АЧч. Найти емкость батареи из n = 3 таких аккумуляторов, включенных последовательно и параллельно.

При последовательном соединении через все аккумуляторы батареи течет один и тот же ток, поэтому все они разрядятся в течение одного и того же времени. Следовательно, емкость батареи будет равна емкости каждого аккумулятора:

При параллельном соединении n аккумуляторов через каждый из них течет 1/n часть общего тока; поэтому при том же разрядном токе в общей цепи батареи будет разряжаться в n раз дольше, чем один аккумулятор, т. е. емкость батареи в п раз больше емкости отдельного аккумулятора:

Заметим, однако, что энергия

отдаваемая батареей в цепь, и при последовательном и при параллельном соединении n аккумуляторов в n раз больше энергии, отдаваемой одним аккумулятором. Это происходит потому, что при последовательном соединении э. д. с. батареи в n раз больше э. д. с. одного аккумулятора, а при параллельном соединении э.д.с. батареи остается той же, что и для каждого аккумулятора, но Q увеличивается в n раз.

27 Найти емкость батареи аккумуляторов, включенных по схеме, изображенной на рис.131. Емкость каждого аккумулятора Qo=64 АЧч.

Каждая группа из пяти аккумуляторов, включенных последовательно, имеет емкость

Три параллельно включенные группы дают общую емкость батареи

28 Мост для измерения сопротивлений сбалансирован так, что ток через гальванометр не идет (рис. 132). Ток в правой ветви I=0,2 А. Найти напряжение V на зажимах источника тока. Сопротивления резисторов R1 = 2 Ом, R2 = 4 Ом, R3 = 1 Ом.

29 Найти токи, протекающие в каждой ветви цепи, изображенной на рис. 133. Э.д.с. источников тока e1 = 6,5 В и e2 = 3,9 В. Сопротивления резисторов R1=R2=R3=R4=R5=R6=R=10 Ом.

Для контура abfg (обход по часовой стрелке),

Для контура bcdh (обход против часовой стрелки) и

для контура hdef (обход по часовой

стрелке). Решая эту систему уравнений с учетом, что все сопротивления одинаковы и равны R=10 Ом, получим

Отрицательные значения токов I2, I4 и I6 показывают, что при данных э.д.с. источников и сопротивлениях резисторов эти токи текут в стороны, противоположные указанным на рис. 133.

Источник

Урок для 8-го класса по теме «Последовательное соединение проводников»

Разделы: Физика

Методические цели:

Тип урока: урок изучения нового материала.

Форма проведения: исследовательская работа.

Демонстрационный эксперимент:

Демонстрации: демонстрация последовательного соединения проводников.

Оборудование: 2 источника питания, 4 лампочки на подставках, 2 ключа, соединительные провода, 2 планшета из картона.

План занятия:

Макроструктура учебного занятия:

I. Организационный этап

Учитель: Здравствуйте. Садитесь. Прекрасно! А теперь приступим к работе.

II. Этап постановки целей и задач урока

Проблемная ситуация

На столе собраны две электрические схемы включения двух лампочек:

параллельное соединение:

Как, соединены между собой лампочки, учащиеся не видят (подставки и их соединения закрыты планшетами)

Вопрос 1: Почему накал лампочек не одинаков?

Вопрос 2: Как объяснить наблюдаемое явление с точки зрения физики?

Выслушиваются различные варианты ответов и пояснения к ним.

Учитель: Как видим, тех знаний, что вы усвоили на предыдущих уроках, не совсем достаточно для того, чтобы полно и корректно ответить на поставленные вопросы. Таким образом, мы сталкиваемся с необходимостью пополнения багажа наших знаний о постоянном токе и понятиях и законах, его описывающих. Для того чтобы мы могли полноценно работать, нам необходимо сформулировать цель нашего сегодняшнего занятия. Пожалуйста…

Ученик: Наша цель заключается в выявлении типов соединений проводников в электрической цепи, их качественном и количественном описании, а также в выяснении области применимости полученных знаний и умений на практике.

Учитель: Итак, цель намечена. Теперь необходимо нам остановиться на одном из этих соединений, т.е. последовательном, а параллельное, вы изучите позже.

Ученик: Выяснить, как ведут себя сила тока, напряжение и сопротивление в данном соединении. Определить область применимости полученных знаний и умений. Научиться их применять на практике.

III. Этап актуализации опорных знаний

Учитель: Прежде чем мы приступим к решению наших задач, необходимо восстановить в памяти знания, приобретенные на предыдущих уроках. Предлагаю это сделать в форме «Деловой корзины». Каждый желающий должен вынуть из «корзины» задание-вопрос и достаточно полно ответить на него, а также поучаствовать в эстафете по рядам, выигравший ряд заработает бонус, т.е. к любому ответу 1 балл.

«Деловая корзина»:

1. Электрический ток.	Направленное движение заряженных частиц называют электрическим током.
2. Сила тока.	Силой тока называется физическая величина, показывающая, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени. , где I – сила тока (А), q – заряд, t – время (с).
3. Электрическое напряжение.	Физическая величина, показывающая, какую работу совершает на данном участке ток при перемещении по этому участку единичного заряда, называется электрическим напряжением. , U – электрическое напряжение (В), A – работа электрического тока по перемещению заряда, q – заряд (Кл).
4. Электрическое сопротивление проводника.	Физическая величина, характеризующая противодействие, оказываемое электрическому току, называется электрическим сопротивлением. Обозначается буквой R. Единица измерения сопротивления проводника – Ом.
5. Закон Ома.	Сила тока на участке цепи равна отношению напряжения на этом участке к его сопротивлению. , где I – сила тока на участке цепи (А), U – напряжение на этом участке (В), R – сопротивление участка цепи (Ом).
6. Каким прибором измеряется сила тока в цепи? Как он включается в электрическую схему?	Сила тока в цепи измеряется с помощью амперметра. Для включения амперметра в цепь ее размыкают и свободные концы проводов присоединяют к зажимам: зажим «+» к проводнику, идущему от положительного полюса источника питания, зажим «–» к проводнику, идущему от отрицательного полюса источника питания.
7. Каким прибором измеряется напряжение в цепи? Как он включается в электрическую схему?	Напряжение в цепи измеряется с помощью вольтметра. Зажимы вольтметра присоединяют к тем точкам цепи, между которыми надо измерить напряжение: зажим «+» к проводнику, идущему от положительного полюса источника питания, зажим «–» к проводнику, идущему от отрицательного полюса источника питания.

IV. Этап изучения новых знаний и способов деятельности

Учитель: Теперь возвратимся к нашему опыту. Нам удалось выяснить, что различие в накале лампочек может быть при различном их соединении. Изобразите на доске, последовательное соединение лампочек.

Учащиеся изображают соединения.

Исследуем параметры последовательного соединения. Для этого разделимся на две группы: одна получает задание исследовать силу тока при последовательном соединение проводников, другая напряжение.
На столе у вас приборы, постарайтесь понять, к какой группе вы относитесь? Как это можно определить?

Группа 1. Исследование силы тока на различных участках цепи и общей силы тока в цепи.

Оборудование: Источник питания, резистор, лампочка, ключ, амперметр, соединительные провода.

Группа 2. Исследование общего напряжения и напряжения на различных участках цепи.

Оборудование: Источник питания, резистор, ключ, лампочка, вольтметр, соединительные провода.

Физкультминутка

Руки на уровне груди, ладони прижимаем друг к другу. Ладони – это книга. Откройте книгу знаний и разверните её, пусть информация уйдет в мир. Верните свою книгу знаний к себе и закройте. Вы готовы продолжить занятие, желаю удачи.

V. Этап первичной проверки понимания изученного

Учитель: Переходим к следующему этапу нашего занятия – научимся применять полученные знания для расчета сопротивления. Формула для сопротивления получается из того что, соединяя проводники последовательно, мы как бы увеличиваем длину проводника. Поэтому сопротивление цепи становиться больше сопротивления одного проводника и сопротивления складываются.

Преимущества и недостатки последовательного соединения проводников. (Слайд 5)

Применение знаний для расчета схем.

Схема №1.

Какую силу тока показывает амперметр, если показания вольтметра 3В?

Схема №2.

Каковы показания вольтметра, если сила тока в цепи равна 0,5А?

Схема №3.

Каковы показания вольтметров, если амперметр показывает 1,5 А?

VI. Этап закрепления нового материала

Учитель: Молодцы, вы успешно справились с этим заданием. И сейчас пришло время проверить ваше умение применять на практике ваши знания. Делимся 6 групп.

Группа №1

Общее сопротивление трех одинаковых последовательно соединенных ламп составляет 36 Ом. Чему равно сопротивление каждой лампы?

Группа№2

Три проводника сопротивлением 12 Ом, 9 Ом и 3 Ом соединены последовательно. Напряжение на концах цепи 120 В. Найти силу тока в цепи.

Группа №3

Гирлянда из 60 лампочек включена в сеть напряжением 210 В, сила тока в цепи равна 0,5 А. Определить сопротивление каждой лампы, если все они соединены последовательно.

Группа №4

Объясните, как осветить елку 5-вольтовыми лампочками, если напряжение в сети 220В?

Группа №5

В сеть напряжением 120В включены последовательно две электрические лампы сопротивлением по 200 Ом каждая. Определить ток идущий через лампы.

Группа №6

В сеть напряжением 220 В последовательно включены лампа накаливания сопротивлением 400 Ом и электрическая плитка 40 Ом. Определите силу тока в цепи.

У доски защита задач.

VII. Рефлексия

Учитель: Что ж, наш урок подходит к завершению. В той атмосфере и обстановке, в которой мы сегодня работали, каждый из вас чувствовал себя по-разному. И сейчас мне бы хотелось, чтобы вы оценили, насколько внутренне комфортно ощущал себя на этом уроке, каждый из вас, все вместе как класс, и понравилось ли вам то дело, которым мы с вами сегодня занимались. Когда, будете выходить из класса прикрепите стрелку, где считаете нужным.

VIII. Заключительный этап

Учитель: Мне очень понравилось с вами работать.
А теперь давайте вместе оценим вашу работу на сегодняшнем уроке. Каждый из вас во время урока находился в составе той или иной рабочей группы, и лучше вас никто не знает, какой вклад внес каждый в общее дело. Поэтому, я предлагаю вам оценить работу своих товарищей по группе. Для этого воспользуйтесь оценочными бланками, лежащими перед вами.

P.S. Я оставляю за собой право подкорректировать выставленные оценки, потому что я также следила за работой каждого из вас на уроке.

Домашнее задание:

Повторить § 8-20.
Подготовиться к уроку решения открытых задач.

Источник