Решение: Показания приборов в цепи
На рисунке приведена электрическая цепь, состоящая из гальванического элемента, реостата, трансформатора, амперметра и вольтметра. В начальный момент времени ползунок реостата установлен в крайнее верхнее положение и неподвижен. Опираясь на законы электродинамики, объясните, как будут изменяться показания приборов в процессе перемещения ползунка реостата вниз. ЭДС самоиндукции пренебречь по сравнению с $\varepsilon$.
Решение по шагам
6 шаговПри перемещении ползунка реостата вниз длина включённого участка проволоки увеличивается, поэтому сопротивление внешней цепи возрастает.
Сила тока в первичной цепи определяется законом Ома для полной цепи. При увеличении сопротивления реостата сила тока уменьшается:
$$I = \dfrac{\varepsilon}{R + r}$$Следовательно, показание амперметра уменьшается.
При постоянном токе гальванического элемента магнитный поток через вторичную обмотку постоянен, поэтому ЭДС индукции во вторичной обмотке отсутствует и вольтметр показывает ноль.
Во время перемещения ползунка сила тока в первичной обмотке изменяется, поэтому изменяется и магнитный поток через вторичную обмотку. В ней возникает ЭДС индукции:
$$\mathcal{E}_2 = -N_2\dfrac{d\Phi}{dt}$$Вольтметр покажет ненулевое напряжение в течение движения ползунка. Его конкретное изменение при движении нельзя однозначно указать без данных о скорости перемещения, поскольку показание зависит от скорости изменения магнитного потока. После остановки ползунка ток и магнитный поток снова становятся постоянными, поэтому показание вольтметра уменьшается до нуля.
Показание амперметра уменьшается. Вольтметр показывает ненулевое напряжение только во время движения ползунка; после его остановки показание возвращается к нулю. Величина показания вольтметра во время движения зависит от скорости перемещения ползунка.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Считать, что трансформатор создаёт постоянное напряжение во вторичной обмотке при постоянном токе в первичной.
Утверждать, что показание вольтметра обязательно монотонно возрастает или убывает, хотя скорость перемещения ползунка не задана.
Забыть, что после остановки ползунка магнитный поток перестаёт изменяться и ЭДС индукции становится равной нулю.