Задание 151856: Постоянный ток

Модель: элементы цепи сосредоточенные, провода идеальные; систему отсчёта связываем с неподвижной цепью. Механическое движение отсутствует, поэтому оси и проекции механических сил здесь не нужны. Положительные направления тока и напряжения выбираем согласованно; если полярность не задана, искомые заряд и напряжение понимаем по модулю.
Идеальный диод при прямом включении заменяем проводом с нулевым падением напряжения, при обратном — разрывом. Направление условного тока во внешней цепи идёт от положительного полюса источника к отрицательному.
1. В начальном состоянии K₁ замкнут, K₂ разомкнут. Доступная ветвь содержит D₁, включённый против направления тока. Он заперт, вторая ветвь разомкнута ключом. Через идеальный вольтметр ток тоже отсутствует. Поэтому общий ток I₀ = 0, напряжение выводов батареи U₀ = ℰ − I₀r = ℰ.
2. После размыкания K₁ и замыкания K₂ ток может пройти через открытый D₂ и резистор R₂, затем через последовательный R₁. Диод D₁ тока не пропускает. Закон Ома для полной цепи:
I = ℰR₁ + R₂ + r > 0.
Показание амперметра увеличивается от нуля до этого значения.
3. Вольтметр подключён к выводам гальванического элемента:
U = ℰ − Ir = ℰ(R₁ + R₂)R₁ + R₂ + r.
Из-за ненулевого внутреннего сопротивления батареи U < ℰ, то есть его показание уменьшается.
4. Проверка. Подстановка I в сумму внешнего и внутреннего падений даёт I(R₁ + R₂) + Ir = ℰ. Для идеального источника r = 0 напряжение не изменилось бы; здесь учитывается внутреннее сопротивление реального гальванического элемента, показанного на схеме.

Ответ: амперметр — увеличится от нуля; вольтметр — уменьшится.