• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

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 Е, на величину спаду напруги на внут­рішньому, опорі джерела:

(1)

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

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 (елементи), з яких – досліджуване джерело струму; Г – гальванометр, Д – ковзаючий контакт, який можна переміщувати по реохорду. Елементи 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 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 (див. лаб. Роботу №2.05) 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, Е.Р.С. 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

Експериментально схема для визначення е.р.с. елемента зображена а 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 кінцевий 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.

1. Порядок виконання роботи

1. Зібрати коло згідно з рис. 3 і встановити рухомий кон­такт на середину реохорда.

2. Включити в коло за допомогою перемикача нормальний елемент .

3. Замкнути спочатку ключ К₁, а потім – К₂ і, перемі­щуючи контакт Д, домогтись щоб струм через гальванометр став рівним нулю. Виміряти довжину ділянки АД реохорда. Дослід повторити декілька разів.

4. Включити в коло досліджуваний елемент і провести анало­гічний дослід, вимірюючи довжину .

5. Обчислити середнє значення та оцінити похибку вимі­рювання.

3. Додаткове завдання

1. Ознайомитись з описом та інструкцією по експлуатації потенціометра постійного струму, призначеного для виміру ЕРС компенсаційним методом (прилади, принцип дії яких ґрунтується на компенсаційному методі вимірювання, називаються потенціометра­ми).

2. Провести за допомогою потенціометра виміри ЕРС різних джерел постійного струму.

Переглядів: 11437