Вольтметр. Измерение напряжения

Для характеристики электрического тока в цепи у нас есть уже две физические величины: сила тока ($I$) и напряжение ($U$).

Для измерения силы тока мы используем амперметр. Значит, существует прибор и для измерения электрического напряжения. 

Как называют прибор для измерения напряжения? Он называется вольтметром.
На данном уроке мы рассмотрим его применение, правила подключения в электрическую цепь и другие его характеристики.

Вольтметр

Вольтметр — это прибор для измерения напряжения на полюсах источника тока или на каком-либо другом участке цепи.

Вольтметры по внешнему виду очень похожи на амперметры. Как их различать тогда? Если на шкале амперметра стоит буква $A$, то на шкале вольтметра будет обязательно стоять буква $V$.

Вольтметры бывают разных видов. Это зависит от их назначения. Вы чаще всего будете встречать или демонстрационный вольтметр (рисунок 1, а) или лабораторный (рисунок 1, б).

Как можно догадаться из названий приборов, демонстрационный вольтметр используется для демонстрации опытов, а лабораторный вы будете использовать при выполнении лабораторных работ.

На шкале каждого вольтметра есть высшее (максимальное) значение напряжения, которое он способен измерить. Превышение этого предела может привести к выходу прибора из строя.

{"questions":[{"content":"Для изменения напряжения на каком-либо участке электрической цепи используют прибор, называемый[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["вольтметром","амперметром","гальванометром"],"explanations":["","Амперметр служит для измерения силы тока.","Гальванометр служит для определения наличия или отсутствия электрического тока в сети."],"answer":[0]}}}]}

Вольтметр в электрической цепи

Вольтметр подключают в электрическую цепь на определенный ее участок, на котором необходимо измерить напряжение. 

Обратите внимание на то, что если амперметр, последовательно подключенный в электрическую цепь, будет показывать одинаковое значение силы тока на всех участках цепи, то с вольтметром у нас совершенно другая история. Он предназначен для измерения напряжения на определенном участке цепи.

Для обозначения на схемах электрических цепей у вольтметра имеется свой условный знак (рисунок 2). Выглядит он, как кружок с буквой $V$ посередине.

{"questions":[{"content":"На схеме электрической цепи вольтметр обозначают[[choice-6]]","widgets":{"choice-6":{"type":"choice","options":["кружком с буквой $V$","кружком с буквой $A$","кружком со стрелкой","кружком с буквой $В$"],"explanations":["","Этот условный знак обозначает амперметр.","Этот условный знак обозначает гальванометр.","Такого условного знака нет."],"answer":[0]}}}]}

Правила подключения вольтметра в электрическую цепь

• Зажимы вольтметра нужно подсоединять к тем точкам цепи, между которыми надо измерить напряжение. Такое подключение называется параллельным (рисунок 3).

Подробнее об особенностях параллельного подключения приборов вы узнаете в следующих уроках.

• У одного из зажимов вольтметра стоит знак “+”. Провод, подключенный к этому зажиму, необходимо соединять с проводом, идущим от положительного полюса источника тока (рисунок 4). Если подключить прибор неправильно, то стрелка вольтметра просто начнет отклоняться в другую сторону.

{"questions":[{"content":"Вольтметр подключается в электрическую цепь[[choice-13]]","widgets":{"choice-13":{"type":"choice","options":["параллельно","последовательно","любым способом"],"answer":[0]}}}]}

Измерение напряжения вольтметром в электроприборе

Используя вышеприведенные правила, давайте попробуем на практическом опыте измерить напряжение. 

Допустим, его необходимо измерить на электрической лампе. Соберем электрическую цепь, состоящую из ключа, электрической лампы, источника тока. Подключим последовательно в эту цепь амперметр. Вольтметр подсоединяем параллельно к зажимам лампы (рисунок 5).

Схема такой электрической цепи будет выглядеть следующим образом (рисунок 6).

Обратите внимание, что амперметром здесь мы измеряем силу тока в электрической лампе. Вольтметром мы измеряем ее напряжение. 

Амперметр подключается последовательно, а вольтметр — параллельно.

А какой должна быть сила тока, проходящего через вольтметр, по сравнению с силой тока в цепи? Отличается ли она от силы тока во всей цепи?

Да, отличается. Вольтметр устроен таким образом, что сила тока, проходящего через него, крайне мала по сравнению с силой тока в самой электрической цепи. Это позволяет исключить изменение напряжения между теми точками, к которым подсоединен вольтметр. Это же и способствует получению более точных значений напряжения.

{"questions":[{"content":"Если необходимо измерить напряжение определенного электроприбора, включенного в цепь, то вольтметр следует подключить[[choice-16]]","widgets":{"choice-16":{"type":"choice","options":["последовательно перед электроприбором","последовательно после электроприбора","параллельно к зажимам электроприбора","параллельно на любом участке цепи"],"answer":[2]}}}]}

Измерение напряжения вольтметром на полюсах источника тока

Как с помощью вольтметра измерить напряжение на полюсах источника тока?

Чтобы узнать напряжение на полюсах источника тока, мы можем подключить вольтметр непосредственно к нему (рисунок 7). Не забывайте соблюдать полярность при подключении! Амперметр же включать в подобную цепь нельзя.

{"questions":[{"content":"При измерении напряжения на полюсах источника тока важно[[choice-21]]","widgets":{"choice-21":{"type":"choice","options":["соблюдать полярность подключения вольтметра к источнику тока","подключить в цепь потребитель электроэнергии","Подключить в цепь замыкающее устройство"],"answer":[0]}}}]}

Это интересно: вольтамперметр

Упражнения

Определим цену деления такого вольтметра. Возьмем значения 0 и 3. От 0 до 3 у нас всего два деления. Получается, что $\frac{3 \space В — 0 \space В}{2} = 1.5 \space В$.
Цена деления этого вольтметра равна $1.5 \space В$.

На рисунке 8 изображены показания этого вольтметра при:
$U_1 = 4.5 \space В$ (рисунок 8, а);
$U_2 = 7.5 \space В$ (рисунок 8, б);
$U_3 = 10.5 \space В$ (рисунок 8, в).

Шкала вольтметра на рисунке 5 идентична шкале вольтметра на рисунке 1, а. Ее цену деления мы уже определили в предыдущем упражнении. Цена деления этого вольтметра равна $1.5 \space В$.

На рисунке 5 вольтметр показывает значение напряжения, равное $1.5 \space В$.

Схема такой цепи изображена на рисунке 9. Обратите внимание, что амперметр подключен в цепь последовательно, а вольтметр — параллельно.