Решение

Республиканская олимпиада 2005 9 класс № 5

Задание 5. «Мультиметр Мюнхгаузена»

5.1

5.1 «Амперметр – амперметр» Для измерения силы тока амперметр следует подключать в цепь последовательно. Минимальное и максимальное сопротивления цепи (т.е. суммарное сопротивление резистора и амперметра) должны соответствовать максимальному и минимальному значениям силы тока

ОмкОм

Соответственно пределы изменения сопротивления цепи в этом случае .

До включения амперметра сила тока на участке цепи, подлежащая измерению, была , где — напряжение источника, — сопротивление участка цепи. После включения в цепь амперметра сопротивлением сила тока несколько уменьшится до значения

Изменение силы тока по отношению к начальному значению тока в цепи и есть абсолютная погрешность измерения силы тока

Для расчета по формуле (5) из возможного диапазона сопротивлений выберем , поскольку в этом случае погрешность максимальна

Для «модификации» амперметра с целью измерения токов, превышающих , следует пустить часть тока «в обход» амперметра, т.е. присоединить параллельно ему резистор (шунт) с известным электрическим сопротивлением Ш.

Тогда суммарную тока в цепи найдем как
Ш
где Ш — сила тока через шунт.

С силу параллельного включения падение напряжения на амперметре и шунте ШШШ должны быть одинаковы. Из этого условия с учетом (1) получаем
ШШШ

В рассматриваемом случае
ШОм

5.2

5.2 «Амперметр – вольтметр» В случае использования источника тока, дающего фиксированное значение силы тока независимо от сопротивления цепи, традиционное (последовательное) включение амперметра не даст желаемого результата — он будет показывать всегда одно и то же значение силы тока — . Это можно понять, если учесть, что внутренне сопротивление источника тока равно бесконечности . Следовательно для измерения напряжения на резисторе ничего не остается, как очень аккуратно подключить амперметр параллельно резистору, хотя это и строжайше запрещено.

При таком подключении измеряемое напряжение на резисторе совпадает с напряжением на амперметре

С учетом правила деления тока на резисторах

выражение (8) можем переписать в виде

Подставляя в (9) для последовательно значения и , найдем диапазон изменения сопротивления резистора для случая источника тока

Соответственно
Ом
Ом

5.3

5.3 «Амперметр – омметр» Для измерения сопротивления неизвестного резистора соединим последовательно батарейку, резистор и амперметр. Показания амперметра в этом случае (в соответствии с законом Ома)

Из (14) выразим неизвестное сопротивление

Для вычисления диапазона измеряемых сопротивлений в данном случае традиционно используем нижний и верхний пределы шкалы амперметра.

Ом

Ом

Следует заметить, что в данном случае категорически запрещено подключение амперметра параллельно резистору, т.к. ток через него составит А, что выведет прибор из строя.

{width=100%}