Здравствуйте, alexandr!
Условие : ЭДС каждого источника равно U .
Вычислить отношения U1/U3 и U2/U4 показаний вольтметров.
Решение : Задача кажется трудной изза отсутствия на схеме в явном виде резисторов, распределяющих токи между ветвями электро-цепи. Источники идеальны, значит их внутренние сопротивления равны нулю, в их "Схемах замещения" нет резисторов.
Вольтметры НЕ идеальны, но одинаковы. Значит, их так называемые "Схемы замещения" состоят из резисторов с одинаковым значением R и гальванометров - измерительных головок с нулевым сопротивлением. Я выделил эти 4 Схемы замещения зелёными прямоугольничками.
Головки (кружочки с позициями V1 , V2, … V4) игнорируем в процессе решения, вычисляем токи ч-з резисторы вольтметров. Потому что токи пропорциональны показаниям.
Я добавил позиционные обозначения и стрелочки/направления токов/напряжений в Вашу эл-схему для облегчения моих пояснений и Вашего понимания. Рисунок прилагаю ниже.
На схеме видно, что Вольтметры V3 и V4 соединены параллельно. Значит, их показания равны напряжению U3 .
Источники E2 и E3 соединены последовательно. Их общее напряжение равно E2 + E3 = 2·U
Для 3х узлов схемы составим 3 - 1 = 2 уравнения по первому закону Кирхгофа (сумма втекающих в узел токов равне сумме вытекающих):
I5 = I1 + I2
I1 + I2 = I3 + I4
Всего для 8 неизвестных (5 токов и 3 напряжения) надо составить систему из 8 уравнений.
Решать эту систему Вы можете в ОнЛайн решателе или методами, описанными в учебной статье "
Как решить систему линейных уравнений?"
Ссылка .
Для облегчения решения можно применить разные приёмы, например: задать удобные числовые значения для уменьшения количества переменных в системе. Это позволительно в текущей задаче, поскольку в Условии запрошено вычислить не абсолютное значение, а безразмерные отношения величин. Зададим U = 100 , R = 10 .
Вы можете ещё упростить систему, заменив 2 параллельно-соединённых вольтметра V3 и V4 одним с половинным сопротивлением. Тогда одним уравнением станет меньше.
Можете заменить переменные U1 , U2 , U3 на их произведения I1·R , I2·R , I3·R - ещё 3 уравнения долой!
Я решаю уравнения в приложении
Маткад (ссылка) . Маткад работает быстро и избавляет меня от частых ошибок. Маткад-скриншот прилагаю. Я добавил в него подробные комментарии зелёным цветом.
Ответ : отношение показаний первого и третьего вольтметров U1:U3 = 1,4
Отношение показаний второго и четвёртого вольтметров U2:U4 = 0,6 .
Проверка методом Баланса мощностей сделана успешно.
Если Вам и такое решение кажется сложным, то Вы можете вообще не решать систему уравнений, а использовать свойство линейности своей схемы. Схема не содержит ни одного НЕлинейного элемента (типа лампочки, как в Вашей предыдущей Консультации
rfpro.ru/question/199269 ). Значит, можно разделить Решение задачи на 2 простых этапа: сначала решить тривиальную задачу с E1 = 0 (заменить Источник E1 перемычкой). Затем на 2м этапе обнулить E2 + E3 . А в конце сложить соответствующие напряжения/токи от разных источников.
На первом этапе напряжение источника E2E3 делится пополам м-ду 2мя группами вольтметров V1||V2 и V3||V4 . Значит, все 4 одинаковых вольтметра показывают одно и то же напряжение U = 100 В .
На 2м этапе 3 Вольтметра V3 || V4 || V2 соединены параллельно, их общее сопротивление R24 = R / 3 = 10/3 Ом.
Общее сопротивление в цепи источника E1 равно
Ro = R1 + R24 = R + R/3 = 10 + 10/3 = 40/3 Ом .
Ток ч-з вольтметр V1 равен I11 = U / Ro = 100 / (40/3) = 7,5 А
Показание вольтметра V11 = I11·R1 = 7,5·10 = 75 В .
Показания прочих вольтметров втрое меньше V41 = V11/3 = 25 В , поскольку ч-з них протекают втрое мЕньшие токи.
Осталось получить суммарные значения показаний от обеих групп источников:
U1 = U + U11 = 100 + 75 = 175 В,
U3 = U4 = U + U41 = 100 + 25 = 125 В,
U2 = U - U41 = 100 - 25 = 75 В (тут вычитание обусловлено противоположными направлениями токов).
U1:U3 = 175 / 125 = 1,4 ; U2:U4 = U2:U3 = 75 / 125 = 0,6 .
Как видите, Ответы обоих вариантов решений совпали. Значит, ошибки нет.
Вы не устали читать?