Порядок виконання роботи. 1. Зібрати схему згідно з рис

1. Зібрати схему згідно з рис. 1.

2. Встановити на середину реохорда контакт Д і включити в мага­зині опір у декілька десятків Ом. Замкнути на короткий час коло. При цьому стрілка гальванометра відхилиться від нуля.

3. Поступово змінюючи величину опору в магазині, домогтись міні­мального відхилення стрілки гальванометра при нерухомому кон­такті Д.

4. Переміщенням контакту Д вивести стрілку гальванометра на нуль. В цьому положенні відрахувати по масштабній лінійці реохор­да довжини та .

5. Такі вимірювання провести для кожного з двох опорів та , а також при їх послідовному та паралельному з'єднанні. Обчис­лити виміряні опори за формулою (5).

6. Перевірити формули:

; .

7. Оцінити похибки вимірювань.

3.05 ВИМІРЮВАННЯ ЕЛЕКТРОРУШІЙНОЇ СИЛИ МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦІЇ

1. Теоретичні відомості.

Як відомо, електрорушійна сила джерела струму не може бути виміряна за допомогою звичайного вольтметра, підключеного до його клем, оскільки сам принцип дії вольтметра передбачає наявність струму в колі (рис. 1).

Тому виміряна вольтметром різ­ниця потенціалів на клемах дже­рела струму буде менша, ніж електрорушійна сила , на величину спаду напруги на внут­рішньому, опорі джерела:

, (1)

де — сила струму в колі, яке складають джерело струму і приєднаний до нього вольтметр.

E

Визначення електро­рушійної сили (ЕРС) джерела постійного струму звичайно проводиться шляхом її порівняння з еталоном ЕРС, у ролі якого використовується гальванічний елемент з відо­мою ЕРС, який називається нормальним елементом. Найбільш широке поширення як нормальний елемент набув ртутно-кадмієвий гальва­нічний елемент Вестона, ЕРС якого дуже мало змінюється з часом, слабо залежить від температури і при температурі 20°С дорівнює 1,0183 В.

Порівняння електрорушійних сил досліджуваного джерела струму і нормального елемента здійснюється на основі компенса­ційного методу, який ґрунтується на компенсації (зрівноваженні) вимірюваної ЕРС напругою, яка створюється на відомому опорі струмом від допоміжного джерела. Принципова компенсаційна схема зображена на рис. 2, де АВ – реохорд (дротина з великим питомим опором, натягнута вздовж масштабної лінійки); та — джерела постійного струму, з яких — досліджуване джерело струму; Г — гальванометр, Д — ковзаючий контакт, який можна переміщувати по реохорду. Джерела та підключені до точки А реохорда однойменними полюсами.

Суть методу компенсації полягає в тому, щоб домогтись, перемі­щуючи контакт Д по реохорду, рівності нулю сили струму через гальванометр. В такому випадку напруга (різниця потенціалів) на ділянці реохорда АД, яка створюється джерелом , дорівнює ЕРС гальванічного елемента (компенсує ЕРС елемента ). При відсут­ності струму на ділянці АГД різниця потенціалів на затискачах джере­ла дорівнює його ЕРС і чисельно рівна з протилежним знаком різниці потенціалів на ділянці реохорда АД, створеній джере­лом . Потенціал електричного поля на ділянці АД зменшується від точки А до точки Д, а на ділянці, що склада­ється з джерела і гальванометра Г, потенціал зменшується в протилежному напрямі. Це означає, що результуючий ефект дії протилежних за напрямком електричних полів, створених джерелами і , у вітці АГД дорівнює нулю.

На основі другого правила Кірхгофа можна показати, що при відсутності струму через гальванометр напруга на ділянці рео­хорда АД дорівнює ЕРС джерела струму . Дійсно, для контура АГДА (рис. 2) можна написати:

, (2)

де — внутрішній опір елемента, — опір ділянки АД рео­хорда, та — опори відповідно гальванометра і з’єднувальних провідників, та — струми на ділянках контура. Якщо струм через гальванометр, то, як видно з виразу (2),

. (3)

При заміні досліджуваного елемента нормальним елементом, ЕРС якого відома і дорівнює , аналогічно при

, (4)

де — опір ділянки АД, необхідний для того, щоб струм не проходив через гальванометр при наявності на ділянці АГД нормаль­ного елемента. При цьому струм через реохорд АВ залишається попереднім і рівним тому, що на ділянці АГД струм .

Поділивши (3) на (4), дістанемо:

. 5)

Оскільки опори та пропорційні відповідним довжинам та ділянки реохорда АД (), то остаточно маємо:

. (6)

На виразі (6) і базується метод порівняння ЕРС двох елемен­тів та .

2. Опис схеми вимірювань

Експериментальна схема для визначення ЕРС елемента зображена на рис. 2, де Д — рухомий контакт на реохорді АВ; Р — перемикач, за допомогою якого можна включати у коло елемент або ; — батарея акумуляторів. Як видно із співвідно­шення (6), величини ЕРС батареї не входить у остаточний вираз для визначення , Тому батарея повинна мати лише сталу ЕРС, яка перевищує електрорушійні сили обох порівнювальних елементів. Ключі К₁ та К₂ дозволяють замикати коло на корот­кий час для запобігання швидкого розряджання батареї акумулято­рів і поляризації елементів. Чутливий гальванометр Г має дзер­кальну шкалу з нулем посередині. Послідовно з гальванометром може бути включено опір для захисту гальванометра від сильних струмів.

Дата добавления: 2014-10-15