При исследовании зависимости тока фотоэлемента от его освещённости используют микроамперметр, шкалы которого для измерений не хватает. Чтобы увеличить вдвое пределы измерения токов, к микроамперметру подсоединяют соответствующий шунт. После этого при том же освещении фотоэлемента изменилось не только отклонение стрелки прибора, но и сама сила тока. Объясните почему, и подтвердите своё объяснение расчётом. Фотоэлемент при постоянном освещении можно считать генератором напряжения или генератором тока с фиксированными параметрами.
▶Посмотреть решениеСкрыть решение
Микроамперметр имел сопротивление \(r_A\). Чтобы удвоить предел, к нему поставили шунт \(r_{\text{ш}}=r_A\) (тогда ток делится поровну, предел удваивается). Сопротивление нагрузки, которое «видит» фотоэлемент, упало с \(r_A\) до \(r_A\parallel r_{\text{ш}}=r_A/2\).
Если фотоэлемент — генератор напряжения \(\mathcal{E}\) с внутренним \(r\), полный ток \[ I=\frac{\mathcal{E}}{r+R_{\text{нагр}}}. \] После шунта \(R_{\text{нагр}}\) уменьшилось — полный ток вырос. Через рамку идёт только половина нового полного тока, и это уже не половина старого: стрелка упадёт меньше чем вдвое, а сам «ток фотоэлемента» (полный) изменился.
Если фотоэлемент — генератор тока \(I_0\) с утечкой \(r\), полный ток во внешнюю цепь \[ I_{\text{внеш}}=I_0\cdot\frac{r}{r+R_{\text{нагр}}}. \] Уменьшение \(R_{\text{нагр}}\) увеличивает долю, идущую наружу: снова полный ток через «прибор+шунт» растёт. (Только идеальный источник тока с \(r=\infty\) не заметил бы шунта.)
Освещённость та же, параметры источника те же — но нагрузка другая, и рабочая точка на ВАХ сдвинулась. Именно поэтому «сила тока изменилась», как сказано в условии.