Rzeczywiste ogniwo można modelować jako idealne źródło napięcia o SEM E połączone szeregowo z rezystancją wewnętrzną Rw. Woltomierz w pokazanych układach jest dołączony do zacisków źródła, więc wskazuje napięcie zaciskowe U.
Gdy do zacisków dołączymy rezystor obciążenia R, popłynie prąd obciążenia:
I = E/(R+Rw)
Na rezystancji wewnętrznej występuje spadek napięcia I·Rw, więc napięcie zaciskowe wynosi:
U = E − I·Rw
Po podstawieniu prądu dostajemy wygodną postać:
U = E·R/(R+Rw)
To kluczowy wniosek: przy stałym E i stałym Rw napięcie U jest funkcją rosnącą względem R. Im większe R, tym mniejszy prąd, mniejszy spadek na Rw i tym większe napięcie na zaciskach.
- Dla bardzo dużego R (prawie "obwód otwarty") prąd dąży do zera, a więc spadek na Rw zanika i U dąży do E.
- Dla bardzo małego R (zbliżenie do zwarcia) prąd jest duży, spadek na Rw jest duży i U dąży do 0.
Dlatego największe wskazanie woltomierza uzyska układ z największą rezystancją obciążenia, czyli wariant z rezystorem 10 Ω.
Pozostałe wartości (0,5 Ω, 3 Ω, 5 Ω) powodują większy prąd obciążenia, a więc większy spadek napięcia na rezystancji wewnętrznej. Częsty błąd polega na przeniesieniu intuicji o "maksimum mocy/napięcia na obciążeniu przy dopasowaniu" na sytuację, gdy pytanie dotyczy napięcia zaciskowego źródła mierzonego woltomierzem.
