Определение эдс источника тока

КОМПЕНСАЦИОННЫМ МЕТОДОМ

Цель работы: ознакомиться с компенсационным методом измерения ЭДС.

Приборы и принадлежности: нормальный элемент с ЭДС eN, исследуемый источник eх, вспомогательная батарея e, потенциометр ПП-63, проводники, гальванометр Г (eN, eи Г часто вмонтированы в потенциометр), делитель напряжения, ключ.

Сведения из теории

Если на концах проводника сопротивлением R (рис. 5.1,а) имеется разность потенциалов j1 - j2, то по проводнику течет ток. Чтобы ток некоторое время был неизменным, разность потенциалов в течение этого времени надо поддерживать постоянной. Это значит, что положительные заряды, приходящие в точку 2, необходимо каким-то образом перемещать обратно в точку 1, где потенциалj1>j2. Силы электрического поля сделать этого не могут, так как они направлены в сторону меньшего потенциала. Следовательно, работу по перемещению положительных зарядов из точки 2 в точку 1 могут совершать только силы неэлектрического происхождения (например, механические силы, силы химической природы и т. д.). Эти силы называютсясторонними.

определение эдс источника тока - student2.ru

Рис. 5.1 Рис.5.2

Указанную работу практически выполняют источники тока, включаемые в цепь (рис. 5.1, б). Именно сторонние силы источника и перемещают положительные заряды от меньшего потенциала (клемма “–”) к большему (клемма “+”).

Важной характеристикой, связанной с работой сторонних сил источника тока, является величина, называемая электродвижущей силой. ЭДС источника численно равна работе, которую совершают сторонние силы при перемещении единицы положительного заряда с клеммы “–” на клемму “+” внутри источника. Нужно, однако, иметь в виду, что хотя заряды по внешней цепи перемещаются под влиянием электрического поля, само поле (разность потенциалов на внешнем участке) и создается за счет работы сторонних сил. Чем больше ЭДС источника, тем большую работу может совершить ток в цепи этого источника.

ЭДС источника измеряется в вольтах и совпадает с разностью потенциалов на клеммах источника при разомкнутой цепи. Действительно, запишем закон Ома для замкнутой цепи (см. рис.5.1, б)

определение эдс источника тока - student2.ru

и для участка цепи

определение эдс источника тока - student2.ru .

Сравнивая эти формулы, получим

определение эдс источника тока - student2.ru .

Отсюда следует, что, когда по цепи течет ток, разность потенциалов между полюсами источника меньше его ЭДС. При разомкнутой цепи (R ® ¥) e = j1 - j2 .

Одним из простых и надежных методов измерения ЭДС является так называемый компенсационныйметод. Электрическая цепь реализации этого метода изображена на рис. 5.2, где eх - источник с неизвестной ЭДС, eN - нормальный элемент (с известной ЭДС), e - вспомогательная батарея. Предполагается, что eN < e и eх < e. При замыкании ключа К1 через реостат R течет ток. Если при этом переключатель П замкнут на eN, то ток пойдет и через гальванометр Г.

Запишем первое правило Кирхгофа для узла b (см. рис. 5.2):

I + Ir - I1 = 0, (5.1)

и второе правило Кирхгофа для контура аeNba :

I rаb - Ir (r + rг) = eN, (5.2)

где r - внутреннее сопротивление источника eN; rг- сопротивление гальванометра.

Перемещая точку b, можно подобрать такое Rаb = R¢аb , при котором ток через гальванометр не идет: Ir = 0. В этом случае

I R¢а,b = eN . (5.3)

(ЭДС eN компенсируется падением напряжения на участке ab - частью ЭДС e ). Если переключатель П перебросить на eх, то, передвигая точку b, можно подобрать такое сопротивление Rаb = R¢¢аb, при котором Iг = 0. В этом случае

I R¢¢аb = e х. (5.4)

Разделив уравнение (5.3) на (5.4), получим определение эдс источника тока - student2.ru , откуда

определение эдс источника тока - student2.ru , (5.5)

т.е. для определения eх достаточно знать eN и отношение R¢¢ab/ R¢ab.

Наши рекомендации