Warum sollte ein Voltmeter einen höheren Widerstand haben als jedes Schaltungselement, an das das Voltmeter angeschlossen ist?

Laut meinem Lehrbuch heißt es für ein Amperemeter:

Wesentlich ist, dass der Widerstand R A des Amperemeters sehr viel kleiner sein als andere Widerstände im Stromkreis. Andernfalls wird die bloße Anwesenheit des Messgeräts den zu messenden Strom verändern.

Was für mich absolut intuitiv Sinn macht. Man würde hoffen, dass sein Widerstand sehr gering ist, denn sonst wäre es so, als würde man versuchen, die Geschwindigkeit eines Autos zu messen, indem man kurz zuvor Spikes unter seine Reifen steckt.

Was es jedoch für Voltmeter sagt, ist für mich nicht intuitiv:

Wesentlich ist, dass der Widerstand R v eines Voltmeters sehr viel größer sein als der Widerstand eines beliebigen Schaltungselements, an das das Voltmeter angeschlossen ist. Andernfalls verändert das Messgerät die zu messende Potentialdifferenz.

Warum sollte ein kleiner Widerstand irgendetwas behindern? Warum ist die Begrenzung des Ladungsträgerstroms bei der Messung der Potentialdifferenz in der Schaltung erforderlich? Dies kommt von jemandem, der mit Schaltungen im Allgemeinen nicht vertraut ist, aber versucht, schrittweise zu lernen.

Wussten Sie, dass es einen Electrical Engineering Stackexchange gibt ? Wenn Sie dort suchen, sollten Sie feststellen, dass diese Frage schon oft gestellt wurde.
Betrachten Sie das Extrem: Was ist, wenn der Widerstand des Voltmeters wirklich niedrig ist ... fast wie ein Kurzschluss? Können Sie sich vorstellen, wie das Setzen eines Kurzschlusses an einer beliebigen Stelle in Ihrer Schaltung unerwünschte Nebenwirkungen haben könnte?

Antworten (4)

Ein Voltmeter sollte im Vergleich zu jedem Schaltungselement, an das es angeschlossen ist, einen viel größeren Widerstand haben, da ein Voltmeter mit niedrigem Innenwiderstand einen Strom aus der Schaltung ziehen würde, der die Spannung an dem Schaltungselement ändert, das Sie zu bestimmen versuchen. Ein sehr hoher Innenwiderstand und damit ein sehr kleiner Strom durch das Voltmeter sorgt dafür, dass die Ströme im Stromkreis und damit die zu messende Spannung vernachlässigbar gestört werden.

Oh, Sie sagen also, es ist vergleichbar mit jemandem, der versucht, die Anzahl der Welpen zu zählen, die auf einer bestimmten Straße von Ihrem Haus auf der Straße herumlaufen, wo Sie sie messen können, aber aufgrund ihrer Spritzigkeit werden die Welpen versuchen, in Sie hineinzulaufen nach Hause, um Sie zu begrüßen, was dazu führen würde, dass eine ungenaue Anzahl von Welpen auf der Straße gezählt wird, wenn sich einige in Ihr Haus zurückgezogen haben? Ihre Tür muss also geschlossen (hoher Widerstand) und nicht offen (niedriger Widerstand) bleiben, um sicherzustellen, dass Sie die richtige Nummer erhalten? Das war eine bizarre Analogie, aber was kam mir zuerst in den Sinn.
Ist mein Verständnis, warum ein Amperemeter einen niedrigen Widerstand benötigt, richtig?
@sangstar- Ja, Ihr Amperemeter, das in den Strompfad eines Stromkreises eingefügt wird, muss einen möglichst langsamen Innenwiderstand haben, um den Strom in der gemessenen Schleife nicht wesentlich zu ändern.
Und ist meine Analogie die richtige Idee für Voltmeter?

Überlegen Sie, wie ein Voltmeter und ein Amperemeter an den Stromkreis angeschlossen sind und wie der Widerstand des Messgeräts den Gesamtwiderstand des Stromkreises verändert.

Ein einfaches Modell für ein Voltmeter ist beispielsweise ein bekannter Widerstand R M in Reihe mit einem Amperemeter. Der Strommesswert kann dann nach dem Ohmschen Gesetz in Spannung neu kalibriert werden. Der Begriff Potentialdifferenz gibt einen Hinweis darauf, wie ein Voltmeter verwendet wird, um beispielsweise die Spannung über einem Widerstand zu messen R : Sie legen das Voltmeter über den Widerstand R . Messung des Stroms durch R M gibt die Spannung an beiden an R M Und R . Sie möchten, dass das Voltmeter den durch den ursprünglichen Stromkreis fließenden Strom beeinflusst, sodass Sie den Wert von benötigen R M parallel zu R so nah sein R wie möglich, das heißt R M ist viel größer als alle Widerstände in der Schaltung. Es gibt natürlich einen Kompromiss zu machen R M unendlich bedeutet, dass kein Strom durch das Amperemeter fließt.

Nehmen wir an, wir haben eine ideale 2-V-Versorgung und verbinden zwei identische Widerstandswiderstände R Ω in Reihe über diese Versorgung. Wir sollten 1 V über jedem Widerstand haben.

Jetzt nehmen wir unser Standard-DMM, das einen Eingangswiderstand von hat 10 M Ω und versuchen Sie, damit die Spannung an einem der Widerstände zu messen. Was ist unsere gemessene Spannung?

Nun, das Messgerät ist jetzt parallel zu unserem Widerstand, also müssen wir das berücksichtigen, wenn wir unsere Spannungsteilerberechnung durchführen, der Wert unseres Widerstands und Messgeräts parallel ist R × 10 7 R + 10 7 , also wird unsere Spannungsteilergleichung

v = 2 R × 10 7 R + 10 7 R × 10 7 R + 10 7 + R = 2 R × 10 7 R × 10 7 + R ( R + 10 7 ) = 2 10 7 10 7 + R + 10 7 = 1 1 + R 2 ∗ 10 7

Versuchen wir nun, einige Werte für r einzufügen.

R = 10 0 → v ≈ 0,99999995
R = 10 3 → v ≈ 0,99995000
R = 10 6 → v ≈ 0,95238095
R = 10 7 → v ≈ 0,66666667
R = 10 9 → v ≈ 0,01960784

Wir sehen, dass, wenn r viel kleiner als der Eingangswiderstand unseres Messgeräts ist, unser Messgerät nur einen winzigen Einfluss auf die Schaltung hat, wahrscheinlich zu klein, um gemessen zu werden, aber wenn die Widerstände in unserer Schaltung größer werden, hat unser Messgerät einen zunehmend größeren Einfluss auf den Stromkreis, bis er das Verhalten vollständig ändert.

Warum sollte ein Voltmeter einen höheren Widerstand haben als jedes Schaltungselement, an das das Voltmeter angeschlossen ist?
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