Лабороторная работа №3-7: измерение электродвижущих сил гальванических элементов методом компенсации

Передвигая контакт С, добьемся такого его положения D, чтобы ток через гальванометр отсутствовал. Тогда по второму
n

закону Кирхгофа для контура
Aε_n
ГDА получим:
I2 (rn + rг + R) − I1RAD = −ε ,

где rn - внутреннее сопротивление нормального элемента; RAD - сопротивление участка AD. Но так как I2 = 0 , то
I1RAD = ε . (8)
n

Ток через участок AB остается прежним, так как в цепи AГD тока нет. Разделив выражение (7) на (8), получим:
ε = ε ^RAC
x n _RAD

где


L1 и
x n _L2
L - длины участков AC и AD в произвольных единицах. Зная и, измерив АС и AD, по формуле (9) можно




2 _n

определить искомое ЭДС _x .
Следует обратить внимание на то, что в данной работе гальванометр регистрирует отсутствие тока, а не измеряет его, поэтому точность компенсации не зависит от класса точности прибора, а зависит только от его чувствительности.
В качестве эталона ЭДС используется ртутно-кадмиевый нормальный элемент Вестона. Ввиду постоянства ЭДС нормального элемента, её удобно сравнивать с другими неизвестными ЭДС.

Рис. 2 Внешний вид лабораторной установки


Упражнение 1. Определение электродвижущей силы гальванического элемента методом компенсации

Выполнение работы

Студент группа
Допуск Выполнение Защита


Цель работы: ознакомление с методами компенсации и применение этого метода для измерения электродвижущей силы гальванического элемента в электрической цепи.
Приборы и принадлежности: установка для определения ЭДС неизвестного элемента тока (рисунок установки можете не делать)
Упражнение 1. Определение электродвижущей силы гальванического элемента методом компенсации

1. 
   Таблица
   

Таблица 1

N опыта	L1 , мм	ΔL1	L2 , мм	ΔL2	ε n	Δε n	ε x	Δε x	Δε x ε x
1	47	0,05	33	0,05	2,0366	0,0005	2,9006	0,0005	0,1128
2	49		35				2,8512
3	46		34				2,7554

пункт 7) ∆Ɛn=0,0005

пункт 8)

Ɛ_х1=2,0366*47/33=2,8333 В

Ɛ_х2=2,0366*49/35=2,8512 В

Ɛ_х3=2,0366*46/34=2,7554 В

пункт 9)

<Ɛ_х>=(2,8333+2,8512+2,7554)/3=2,8133 В

пункт 10)

S_{< Ɛх >}=0,0738 В

пункт 11)

∆Ɛ_х=0,0738*4,3=0,3173 В

пункт 12)

∆Ɛ_х/<Ɛ_х>=0,3173/2,8133=0,1128

пункт 13)

Ɛ_х= 2,8133± 0,3173 В

ВЫВОД

ознакомились с методами компенсации и применили этот метод для измерения электродвижущей силы гальванического элемента в электрической цепи.

Контрольные вопросы

1. 
   Электрический ток, основные характеристики постоянного тока: сила тока и плотность тока.
   
2. 
   Дайте определение ЭДС, падения напряжения. Укажите единицы их измерения и раскройте их физический смысл.
   
3. 
   Сопротивление участка цепи, зависимость сопротивления металлического проводника от его геометрических размеров и температуры.
   
4. 
   Сформулируйте законы Ома для различных участков цепи.
   
5. 
   Сформулируйте законы Кирхгофа и правила их применения для расчёта цепей постоянного тока.
   

4. Работа и мощность электрического тока.

где I (и) - сила тока, [I ] =

A, Ампер;
I = ^q

t

q (ку) - заряд, прошедший через поперечное сечение проводника за время t , Кл. (за направление тока приняли направление движения положительных зарядов)

работы сторонних сил
^Aстор
по перемещению единичного положительного заряда q на данном

участке цепи, к величине этого заряда:


^Aстор
,
q

где (е) - ЭДС (электродвижущая сила) источника тока, В, Вольт

Напряжение на участке цепи

Напряжением U (у) на участке цепи называется величина, равная отношению суммарной работы кулоновских
^Aкул ^и

сторонних сил
^Aстор
по перемещению единичного положительного заряда q на данном участке цепи, к величине этого
^Aкул ^{+ A}стор

заряда:


где U (у) - напряжение на участке цепи, В, Вольт
U = ,

q

Закон Ома для участка электрической цепи

где I (и) - сила тока, [I ] =

A, Ампер;
I = ^U
R

U (у) - напряжение на участке цепи, В, Вольт;
R (эр) - сопротивление участка цепи, Ом, Ом

Закон Ома для замкнутой электрической цепи

ε
^{I =} R + r
где (е) - ЭДС (электродвижущая сила) источника тока, ^⎡ε ^⎤ = В , Вольт;
 

R(эр) - внешнее сопротивление цепи, Ом;
r (эр) - внутреннее сопротивление цепи (сопротивление источника тока), Ом.
(ток во внешней цепи течёт от положительного полюса источника тока к отрицательному полюсу (см. рис.))

Зависимость сопротивления проводника от его геометрических размеров

R = ρ ^l ,

S

где R(эр) - сопротивление участка цепи, Ом;
ρ (ро)- удельное сопротивление проводника, Ом ^. м; Ом – метр;
l (эль) - длина проводника, м;
S (эс) - площадь поперечного сечения проводника, м².