Почему вольтметр на зажимах цепи показывает U < E
Потому что по закону Ома для полной цепи I=E/(R+r) E=I*R+I*r E=U+i*r очевидно E>U на величину I*r ( на внутреннем сопротивлении происходит падение напряжения)(