Задание 5B4415: 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.
1. По фотографии два резистора последовательны, амперметр измеряет общий ток, вольтметр подключён к клеммам батарейки. Ключ параллелен одному резистору, обозначим его R₁ = 3 Ом, второй R₂ = 2 Ом. Принципиальная схема показана ниже. У реальной батарейки есть внутреннее сопротивление r. Через идеальный вольтметр ток не идёт; сопротивления амперметра, проводов и ключа нулевые.
2. До замыкания нагрузка R₁ + R₂. Закон Ома для полной цепи:
I₁ = ℰr + R₁ + R₂,
U₁ = ℰ − I₁r.
После замыкания напряжение R₁ равно нулю: идеальный ключ шунтирует его. Остаётся нагрузка R₂:
I₂ = ℰr + R₂,
U₂ = ℰ − I₂r.
3. Подстановка положительных R₁ и R₂ в знаменатели показывает: r + R₂ < r + R₁ + R₂, поэтому I₂ > I₁. Внутреннее падение Ir возрастает; при r > 0 напряжение клемм уменьшается:
U₂ − U₁ = −r(I₂ − I₁) < 0.
4. Проверка. Через зашунтированный R₁ ток не идёт, весь ток проходит через ключ и R₂. Батарейка отдаёт больший ток при меньшем напряжении клемм. Если дополнительно принять источник идеальным, r = 0, вольтметр показывал бы постоянную ℰ. Такого допущения в условии нет, поэтому сохраняем внутреннее сопротивление изображённой реальной батарейки.

Ответ: амперметр: увеличится; вольтметр: уменьшится при r > 0.