Проверка правила для напряжения при последовательном соединении проводников

Сегодня мы с вами должны будем опытным путём проверить одну из закономерностей последовательного соединения проводников: правило сложения напряжений.

Для выполнения этой работы мы воспользуемся оборудованием из третьего комплекта в составе: источник тока, двухпредельный вольтметр и амперметр, ключ, соединительные провода и резисторы, обозначенные R₁ и R₂. Ещё в оборудовании вам может попасться реостат. Если так, то его тоже надо будет использовать, хотя он и не будет влиять на итоговый результат. Но об этом ниже.

Прежде, чем приступить к работе давайте с вами вспомним, что последовательное соединение — это такое соединение, при котором проводники (потребители) имеют по одной общей точке.

Опытным путём было установлено, что при последовательном соединении сила тока во всех проводниках одинакова.

А вот полное напряжение в цепи, или напряжение на полюсах источника тока, равно сумме напряжений на отдельных участках цепи:

Именно последнюю зависимость нам с вами и предстоит сегодня проверить.

Итак, приступим. Первое, что мы с вами сделаем, — это нарисуем схему, так как прежде чем собирать цепь мы должны заранее себе представить, что мы будем собирать. Сначала мы нарисуем два резистора, соединённых последовательно друг с другом. Отметим точки-узлы к которым будем подключать вольтметр. Теперь между точками А и В параллельно первому резистору мы присоединяем вольтметр, который обозначим через V₁. А между точками В и С — вольтметр V₂. И нарисуем ещё один вольтметр, который мы обозначим буквой V, подключённым между точками А и С. Так мы с вами показываем проверяющим, как мы будем измерять напряжение на концах каждого из резисторов и на двух резисторах одновременно.

Далее мы с вами нарисуем ключ и источник тока. Теперь смотрите: если в условии задания речь о реостате не идёт, то мы просто замыкаем нашу цепь; если же в условии реостат есть, то мы должны на схеме показать и его, и затем обязательно включить его в цепь. Мы предположим, что реостат у нас есть, так как убрать элемент из цепи всегда легче, чем его потом добавить.

Итак, теперь соберём экспериментальную установку. Для этого подключаем последовательно друг к другу: источник тока, ключ (в разомкнутом состоянии), два резистора, и реостат. При этом смотрите, реостат мы подключил и больше его не трогаем — оставляем как есть, чтобы в дальнейшем он не смог повлиять на результаты эксперимента. Параллельно резистору, обозначенному «Эр» один» подключим вольтметр с пределом измерения 6 В.

Теперь запишем формулу, которой будем пользоваться при выполнении данной работы. Как мы уже вспоминали, полное напряжение в цепи, или напряжение на полюсах источника тока, равно сумме напряжений на отдельных участках цепи:

Прежде чем приступить непосредственно к работе ещё раз внимательно проверьте вашу электрическую цепь. Особое внимание обратите на соблюдение полярности подключения вольтметра. Если всё в порядке, то включаем источник питания и замыкаем ключ.

Смотрим на вольтметр: он показывает, что напряжение на концах резистора R₁ примерно равно 1,4 В. Размыкаем цепь и записываем значение напряжения с учётом погрешности измерения:

Теперь мы должны подключить наш вольтметр параллельно второму резистору.

Замыкаем ключ и видим, что напряжения на концах второго проводника оказывается равным примерно 1,8 В. Размыкаем цепь и записываем это значение напряжения с учётом погрешности:

И наконец, подключим вольтметр одновременно к двум резисторам.

После замыкания ключа вольтметр нам показывает напряжение 3,4 В. Размыкаем цепь, отключаем источник питания и записываем последнее значение напряжения в бланк ответов:

Теперь мы с вами должны найти сумму напряжений и сравнить её с напряжением на концах обоих резисторов. Но если мы с вами их просто сложим (1,4 В + 1,8 В = 3,2 В < 3,4 В), то окажется, что закономерность напряжений последовательного соединения как бы нарушится.

Вот для таких случаев нам и дана погрешность измерений. Поэтому мы должны сложить не только значения напряжений, но и погрешности: 

Таким образом получается, что с учётом погрешности измерений сумма напряжений на концах обоих резисторов находится в интервале от 2,8 В до 3,6 В. Значение общего напряжения в цепи (3,4 В) попадает в этот интервал значений.

Значит вывод мы можем написать так: при последовательном соединении резисторов общее падение напряжения в цепи равно сумме падений напряжений на отдельных участках цепи.