Номер 7, страница 174 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 3. Электрические явления. Параграф 42. Параллельное соединение проводников. Вопросы - номер 7, страница 174.

Условие.

7. Почему у вольтметров делают большое внутреннее сопротивление, а у амперметров — малое?

Решение.

Этот вопрос касается принципов измерения электрических величин и того, как измерительные приборы должны взаимодействовать с цепью, чтобы не искажать измеряемые параметры.

Почему у вольтметров делают большое внутреннее сопротивление

Вольтметр предназначен для измерения напряжения (разности потенциалов) между двумя точками электрической цепи. Чтобы произвести измерение, вольтметр подключается параллельно тому элементу цепи, на котором измеряется напряжение.

Представим участок цепи с сопротивлением $\text{R}$. На нём мы хотим измерить напряжение $\text{U}$. Мы подключаем вольтметр с внутренним сопротивлением $R_V$ параллельно этому участку. Теперь у нас есть две параллельные ветви. Общее сопротивление этого участка становится $R_{общ}$, и оно вычисляется по формуле:

$ \frac{1}{R_{общ}} = \frac{1}{R} + \frac{1}{R_V} $

Чтобы подключение вольтметра не повлияло на исходные параметры цепи (токи и напряжения), его наличие не должно существенно изменять сопротивление участка, то есть $R_{общ}$ должно быть максимально близко к $\text{R}$. Это возможно только в том случае, если слагаемое $1/R_V$ очень мало, что, в свою очередь, означает, что сопротивление вольтметра $R_V$ должно быть очень большим (в идеале, $R_V \to \infty$).

Когда $R_V$ велико, через вольтметр протекает ничтожно малый ток ($I_V = U/R_V \to 0$), и он практически не "оттягивает" на себя ток от измеряемого элемента. Таким образом, вольтметр не нарушает режим работы цепи и показывает значение напряжения, близкое к истинному.

Ответ: Вольтметр подключается параллельно измеряемому участку цепи. Чтобы он не создавал значительного дополнительного пути для тока и, как следствие, не изменял напряжение на этом участке, его внутреннее сопротивление должно быть очень большим.

Почему у амперметров делают малое внутреннее сопротивление

Амперметр предназначен для измерения силы тока, протекающего через элемент цепи. Чтобы измерить ток, амперметр необходимо включить последовательно в разрыв цепи.

При последовательном соединении общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений всех её элементов. Если исходное сопротивление цепи было $R_{цепи}$, то после включения в неё амперметра с внутренним сопротивлением $R_A$ общее сопротивление станет:

$R_{общ} = R_{цепи} + R_A$

Чтобы включение амперметра не повлияло на измеряемый ток, общее сопротивление цепи должно измениться как можно меньше, то есть $R_{общ}$ должно быть максимально близко к $R_{цепи}$. Этого можно достичь, только если сопротивление амперметра $R_A$ будет очень малым (в идеале, $R_A \to 0$).

Согласно закону Ома ($I = U/R$), если бы сопротивление амперметра было большим, оно бы значительно увеличило общее сопротивление цепи, что привело бы к уменьшению силы тока. Амперметр показывал бы заниженное значение, не соответствующее тому, которое было в цепи до его подключения.

Ответ: Амперметр включается в цепь последовательно. Чтобы его собственное сопротивление не увеличивало общее сопротивление цепи и не уменьшало измеряемый ток, оно должно быть очень маленьким.