Задачи › Амперметры, вольтметры, мосты

Два вольтметра и батарейка

  1. Два вольтметра и батарейка

    МОШ 1997/98, 10 кл.
    5/10

    Мы хотим измерить ЭДС батарейки для наручных часов. У нас есть два посредственных, но исправных вольтметра разных моделей. Подключив первый вольтметр к батарейке, мы получили значение напряжения \(U_1 = 0{,}9\) В. Подключив второй вольтметр — \(U_2 = 0{,}6\) В. Недоумевая, мы подключили к батарейке оба вольтметра одновременно (параллельно друг другу). Они показали одно и то же напряжение \(U_0 = 0{,}45\) В. Объясните происходящее и найдите ЭДС батарейки \(\mathcal{E}_0\).

    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Ответ

    \(\mathcal{E}_0 = \dfrac{1}{\dfrac{1}{U_1} + \dfrac{1}{U_2} - \dfrac{1}{U_0}} = 1{,}8\) В.

    Решение

    Всё дело в том, что у батарейки имеется конечное внутреннее сопротивление \(r\), и вольтметры также неидеальны. Обозначим внутренние сопротивления вольтметров через \(R_1\) и \(R_2\) и запишем закон Ома для каждой из схем измерения ЭДС (на рисунке 3.61 изображены схемы, в которых реальные вольтметры заменены идеальными приборами с параллельно подключёнными к ним сопротивлениями).

    Рисунок
    Рисунок

    Для первой цепи \(\mathcal{E}_0 = I(r + R_1)\), откуда, учитывая, что вольтметр показывает напряжение \(U_1 = IR_1\), получаем: \[U_1 = \dfrac{\mathcal{E}_0R_1}{r + R_1} = \dfrac{\mathcal{E}_0}{1 + \dfrac{r}{R_1}}.\] Для второй и третьей цепи аналогично имеем: \[U_2 = \dfrac{\mathcal{E}_0}{1 + \dfrac{r}{R_2}},\qquad U_0 = \dfrac{\mathcal{E}_0}{1 + \dfrac{r}{R_1} + \dfrac{r}{R_2}}.\] Решая совместно три полученных уравнения, находим ЭДС батарейки: \[\mathcal{E}_0 = \dfrac{1}{\dfrac{1}{U_1} + \dfrac{1}{U_2} - \dfrac{1}{U_0}} = 1{,}8\text{ В}.\]

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи