Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лабораторная работа № 19
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКОВ ТОКА
КОМПЕНСАЦИОННЫМ МЕТОДОМ
Цель работы
1. Ознакомление с методом компенсации и его применением для измерения электродвижущих сил гальванических элементов.
2. Определение электродвижущих сил гальванических элементов и батарей элементов при последовательном, параллельном, и встречном соединениях.
Теоретическое введение
Электродвижущей силой источника тока (ЭДС), действующей в цепи, называется физическая величина, численно равная работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда по всей цепи:
.
Метод измерения, в котором неизвестная измеряемая величина компенсируется (уравновешивается) однородной с ней известной величиной так, что в результате они не оказывают действия на указатели измерительных приборов, называется компенсационным методом. Компенсационный метод применяется для измерений ЭДС, напряжений, токов, температуры и т. д.
Определение ЭДС испытуемого источника тока производится обычно путем ее сравнения с известной ЭДС так называемого нормального элемента, отличающегося высокой стабильностью.
Принципиальная схема для измерения ЭДС источника методом компенсации изображена на рис. 1.
Нормальный элемент GB3 подключается с помощью переключателя SA к реохорду аb (проволочному реостату) так, чтобы его отрицательный полюс был соединен с точкой а реохорда, то есть с отрицательным полюсом батареи GB4, а положительный - с подвижным контактом (точкой с) реохорда ав (испытуемые элементы GB1 и GB2 при этом отключены). По участкам цепи ас, свS2a и сdfa текут токи I1, I и I2. Применяя первый закон Кирхгофа к узлу с и второй закон Кирхгофа к контуру cdfa, получим:
I - I1 - I2 =0, (1)
I1 ∙ R1 - I2 ∙ R0 = En, (2)
где R0 - сопротивление участка cdfa цепи; R1 - сопротивление участка ac реостата длиной L1.
Выражая из (1) I1 = I - I2 и подставляя в уравнение (2), получим
R1 ∙ (I - I2) - I2 ∙ R0 = En. (3)
Перемещая подвижный контакт (ползунок реохорда), можно найти такое его положение, при котором ток I2 будет равен нулю (стрелка гальванометра РА устанавливается на нуле). Тогда соотношение (3) примет вид:
I ∙ R1 = En. (4)
- +
GB1
+ -
GB3
SA
f
Rд
A
S1
PA
d
I2
I1
I2
c
b
I
- +
- +
S2
a
GB4
+ -
GB1
+ -
GB2
- +
- +
GB1
GB2
- +
+ -
GB1
GB2
a
б
в
Рис.1 - Rд – резистор для ограничения тока через гальванометр и нормальный элемент в некомпенсированной схеме; РА – гальванометр; S1 и S2 – ключи; ab – реохорд; GB1 и GB2 – источники тока, ЭДС которых Ех и Ех´ определяются; GВ3 – источник тока с известной ЭДС Еn; GB4 – батарея элементов, электродвижущая сила которой Е больше ЭДС нормального элемента Еn и ЭДС измеряемых элементов Ех и Ех´.
Это значит, что ЭДС нормального элемента при отсутствии тока I2 компенсируется падением напряжения на участке ас реостата, по которому идет ток силой I = E/R, где R - сопротивление контура асbS2a; E – ЭДС элемента GB4.
Точно так же компенсируется ЭДС испытуемых элементов GB1 и GB2. Для этого переключателем SA вместо нормального элемента GB3 в цепь включается элемент GB1 либо GB2, либо элементы GB1 и GB2, соединенные параллельно или последовательно (по схемам а, б, в рис. 1). Передвигая подвижный контакт с, снова добиваются равенства нулю силы тока, идущего через гальванометр, сопротивление участка реостата ас длиной L2 будет иметь значение R2. В этом случае должно выполняться условие, аналогичное условию (4):
I ∙ R2 = Ex. (5)
Взяв отношение (5) и (4) получим: , следовательно
. (6)
Так как R2/R1= L2/L1, то соотношение (6) примет вид:
, (7)
где L2/L1 - отношение длин соответствующих участков реохорда.
Таким образом, зная ЭДС нормального элемента En и отношение L2/L1, можно определить ЭДС испытуемого элемента Ex.
Следует обратить внимание на то, что в этой схеме гальванометр регистрирует отсутствие тока, а не измеряет его, и поэтому точность компенсации не зависит от класса точности прибора, а зависит только от его чувствительности.
Порядок выполнения работы
1. Включите в цепь нормальный элемент En.
2. Перемещая ползун реостата, добейтесь отсутствия тока через гальванометр. Запишите длину участка реохорда L1, (от точки а до подвижного контакта с).
3. Затем включите в цепь испытуемый элемент GB1. Произведите измерение в том же порядке, как указано в пункте 2. Запишите длину L2 части реостата ас.
4. По формуле (7) определите величину ЭДС испытуемого элемента Еx.
5. Аналогично определите ЭДС элемента GB2 и ЭДС батареи элементов GB1 и GB2, включенных параллельно (рис.1а), последовательно (рис.1б) и встречно (рис.1в).
Обработка результатов измерений
Оцените погрешность измерений по формуле:
,
где ΔL - погрешность измерения положения ползунка реохорда.
Контрольные вопросы
Список рекомендуемой литературы