Теоретическое введение. По закону Ома для замкнутой цепи

По закону Ома для замкнутой цепи

(1)

т.е. падение напряжения на внешней цепи U равно электродвижущей силе e минус падение напряжения IR_б на внутреннем сопротивлении R_б батареи.

Отсюда следует, что при увеличении внешнего сопротивления, когда сила тока в цепи уменьшается, напряжение во внешней части цепи растёт, приближаясь по своему значению к ЭДС источника.

Для измерения ЭДС источника тока необходимо применить метод, при котором ток в цепи этого источника совсем отсутствует, например метод компенсации. Он основан на сравнении искомой величины ЭДС с известным падением напряжения на участке цепи.

Рассмотрим цепь, изображённую на рис. 1 ЭДС исследуемого элемента e_Х должна быть меньше, чем падение напряжения на участке ABC. В этом случае на магазинах сопротивлений R₂, R₃ можно установить сопротивление при котором ток I_r, протекающий через гальванометр, будет равен нулю.

По второму правилу Кирхгофа, для контура Ae_XR₄CA

, (2)

где R_X – внутреннее сопротивление батареи,

R₄ – сопротивление установленное на магазине,

R_r – сопротивление гальванометра.

При условии I_r = 0

(3)

Это значит, что падение напряжения на участке AC, создаваемого ГС 4-12, компенсирует ЭДС исследуемого элемента e_Х.

Рис. 1

Замечание: сопротивление магазинов устанавливают равное 5555 Ом, что позволяет плавно изменять ток, протекающий через гальванометр.

Заменив исследуемый элемент эталонным e_н и изменяя сопротивления R₂ и R₃ добиваются отсутствия тока I_r, протекающего через гальванометр. Компенсация будет при той же силе тока I₁ = const, но другом сопротивлении

(4)

Разделив (3) на (4), получим

(5)

В качестве источника с известной ЭДС используется нормальный элемент Вестона, положительным полюсом которого является ртуть, а отрицательным – амальгама кадмия. Электролитом служит раствор сернокислого кадмия. Элемент Вестона имеет e_н = 1,01836 В при температуре t° = 20°C. При эксплуатации элемент требует бережного обращения.

Используемы в работе метод компенсации имеет следующие особенности:

1. Ток, протекающий через элементы, ЭДС которых сравнивают, равен нулю.

2. Гальванометр в рабочей схеме работает как индикатор, т.е. его не надо градуировать.

3. ЭДС вспомогательного источника не входит в расчётную формулу, но необходимо помнить, чтобы значение его ЭДС было постоянным и больше сравниваемых ЭДС.