Для решения задачи необходимо определить токи и напряжения в различных узлах цепи, исходя из данных параметров. Вначале рассмотрим случай, когда реостат полностью введён в цепь, а затем проанализируем изменения при движении ползунка реостата вверх.
Исходные параметры:
- ЭДС источника ((\mathcal{E})) = 12 В
- Внутреннее сопротивление источника ((r)) = 2 Ом
- Сопротивление реостата ((R_{\text{реост}})) = 28 Ом
- (R_1) = 20 Ом
- (R_2) = 40 Ом
- (R_3 = R_4) = 30 Ом
Полностью введённый реостат
Эквивалентное сопротивление цепи:
- Соединим (R_3) и (R4) параллельно:
[
R{34} = \frac{R_3 R_4}{R_3 + R_4} = \frac{30 \cdot 30}{30 + 30} = 15 \text{ Ом}
]
- Соединим (R2) последовательно с (R{34}):
[
R_{234} = R2 + R{34} = 40 + 15 = 55 \text{ Ом}
]
- Соединим (R1) последовательно с (R{234}):
[
R_{1234} = R1 + R{234} = 20 + 55 = 75 \text{ Ом}
]
- Соединим (R{1234}) последовательно с реостатом и внутренним сопротивлением источника:
[
R{\text{общ}} = R{1234} + R{\text{реост}} + r = 75 + 28 + 2 = 105 \text{ Ом}
]
Определим общий ток в цепи:
[
I{\text{общ}} = \frac{\mathcal{E}}{R{\text{общ}}} = \frac{12 \text{ В}}{105 \text{ Ом}} = \frac{12}{105} \approx 0.114 \text{ А}
]
Найдём напряжение на каждом сопротивлении:
- Напряжение на внутреннем сопротивлении:
[
Vr = I{\text{общ}} \cdot r = 0.114 \cdot 2 \approx 0.228 \text{ В}
]
- Напряжение на реостате:
[
V{\text{реост}} = I{\text{общ}} \cdot R_{\text{реост}} = 0.114 \cdot 28 \approx 3.192 \text{ В}
]
- Напряжение на (R{1234}):
[
V{1234} = I{\text{общ}} \cdot R{1234} = 0.114 \cdot 75 \approx 8.55 \text{ В}
]
Разделим напряжение (V_{1234}) на составные части:
- Напряжение на (R1):
[
V{R1} = I_{\text{общ}} \cdot R_1 = 0.114 \cdot 20 \approx 2.28 \text{ В}
]
- Напряжение на (R{234}):
[
V{234} = I{\text{общ}} \cdot R{234} = 0.114 \cdot 55 \approx 6.27 \text{ В}
]
Определим ток через параллельное соединение (R_3) и (R_4):
[
I{34} = \frac{V{234}}{R_{34}} = \frac{6.27}{15} \approx 0.418 \text{ А}
]
Так как (R_3) и (R4) параллельны, ток делится пополам:
[
I{R3} = I{R4} = \frac{I{34}}{2} \approx 0.209 \text{ А}
]
Изменение показаний при движении ползунка реостата вверх
При движении ползунка вверх сопротивление реостата уменьшается, что уменьшает общее сопротивление цепи. Это увеличивает общий ток в цепи:
- Сопротивление реостата уменьшается, (R_{\text{реост}}) уменьшается.
- Общее сопротивление (R_{\text{общ}}) уменьшается.
- Общий ток (I{\text{общ}}) увеличивается, так как (I{\text{общ}} = \frac{\mathcal{E}}{R_{\text{общ}}}).
Соответственно, напряжения на всех последовательных элементах (включая внутреннее сопротивление, реостат и (R_1)) увеличиваются. Ток через параллельные элементы ((R_3) и (R_4)) также увеличится, так как увеличение общего тока в цепи приведёт к увеличению напряжения на параллельной ветви.
Таким образом, показания всех приборов увеличатся при движении ползунка реостата вверх.