ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3-2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИИ Цель работы: определение ЭДС методом компенсации ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ Сущность метода заключается в сравнении между собой двух электродвижущих сил (рис. 1) R + E i i1 C A i2 G B Ex Рис. 1. Принципиальная схема для компенсационных измерений. Е - батарея, Ех - исследуемая батарея, АВ - реохорд, С - подвижной контакт, G нуль гальванометр. Ток, создаваемый элементом Е, в точке разветвляется на два тока i1 и i2. Ток зависит от сопротивления участка АС, от величины направления ЭДС Ех. Соответствующим побдором указанных величин можно сделать ток i2 равным нулю. Применяя первое уравнение Кирхгофа к узлу А, получим, (1) i = i1 + i 2 Составляя второе уравнение Кирхгофа для замкнутого контура АСЕх получим (2) Ex = - i2 RAGC + i1 RAC (3) i = i1 Ex = i1 RAC = i RAC (4) Следовательно, при отсутствии тока в цепи гальванометра электродвижущая сила Ех равняется разности потенциалов между точками А и С реохорда. Такое уравнение ЭДС Ех с разностью потенциалов на реохорде называется компенсацией. Если сдвинуть контакт С влево или вправо от положения при котором i2 ≠ 0, гальванометр G появится ток определенного направления. Для определения неизвестной ЭДС Ех передвижением контакта добивается исчезновения тока через гальванометр. На основании (4) имеем ix = iN E x = i RAC Ex = i ρ E N = RAC i = iN ρ lN S lx S ix = iN = Ex S ρ lx (5) EN S ρ lN где ρ - удельное сопротивление материала, lx - длина участка АС реохорда, S - сечение реохорда. Затем вместо Ех включается в той же полярности нормальный элемент ЕN c ЭДС и схема “уравновешивается” снова. Для этого случая E N = i RAC = i ρ lN S (6) Решив уравнения (5) и (6) совместно, получают расчетную формулу Ex = EN R lx lN (7) - A K +E C A Rb K1 B Ex G EN Рис. 2. М онтажная схема АСВ - реохорд - металлическая струна колиброванного сечения с большим удельным сопротивлением; С - скользящий контакт; Е - аккумулятор, который в данной работе должен иметь ЭДС заведомо превышающую ЭДС нормального и испытуемого элемента; Ех - испытуемый элемент; R - реостат (подбираемый так, чтобы его сопротивление мало отличалось от сопротивления реохорда); G - нульгальванометр; EN - нормальный элемент-эталон электродвижущей силы (элемент Вестона). Элемент Вестона состоит из стеклянного Н-образного сосуда, в нижние концы которого впаяны электроды. В одно из колен сосуда налита ртуть, в другое - амальгама кадмия. Электролитом служит насыщенный раствор сернокислого кадмия; чтобы раствор всегда оставался насыщенным, в него кладут несколько кристаллов указанной соли. Положительным полюсом служит ртуть, отрицательным - амальгама кадмия. ЭДС нормального элемента при температуре 200 С равна EN = 1,0183 B. Элемент Вестона поляризуется при сравнительно слабых токах и длительной работе. Поэтому его необходимо только на короткое время. С нормальным элементом надо обращаться осторожно, не перевертывать, не класть на бок. Нельзя касаться рукой обоих полюсов одновременно. Это вызывает замыкание элемента так как ток в цепи не должен превышать 10-3 А. Двухполюсной переключатель позволяет быстро включать в цепи либо нормальный, либо испытуемый элемент. Кнопочный ключ служит для кратковременных включений гальванометра в цепь. амперметр в данной работе играет вспомогательную роль. Он позволяет следить за силой тока. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 01. Проверить цепь, в которую входит источник питания; во вторую очередь проверить цепь, в которую входит испытуемый элемент Е2, нормальный элемент EN и гальванометр (рис. 2). 02. Включить ключ, движение стрелки амперметра должно указывать на наличие тока в цепи. Передвижением ползунка реостата R установить значение тока в пределах 0,4 А. С помощью двухполюсного переключателя включить в цепь испытуемую ЭДС Ех. Балластное сопротивление установить на максимум, после чего, кратковременно нажимая на кнопку К1, наблюдать в какую сторону отклоняется стрелка нуль-гальванометра при положении передвижного контакта С приблизительно на расстоянии 10 см от края реохорда. 03. Передвижной контакт отодвинуть к другому краю реохорда на расстояние не ближе 10 см. Если при кратковременном нажатии на кнопку К1 стрелка отклоняется в другую сторону от нуля, то опыт можно продолжить дальше. Если она отклоняется в ту же сторону, то надо силу тока в цепи амперметра изменить и повторить пробу, пока не будет достигнуто отклонение стрелки в обе стороны от нуля шкалы. 04. Путем ряда включений кнопки К1 и передвижения контакта С привести стрелку гальванометра к нулю и записать расстояние lx на реохорде. 05. Для определения точности измерения lx нужно найти отрезок возле точки lx0, на концах которого стрелка гальванометра отклоняется на ± 1 деление от нуля (в пределах погрешности измерения гнальванометра). Таким образом, lx = lx0 ± Δlx, где Δlx - определяется делением длины найденного отрезка на два. 06. Включить секцию балластного сопротивления Rb с наибольшим сопротивлением и проделать те же изменения из пункта 5. 07. Выключить следующую секцию реостата Rb и проделать те же измерения пункта 5. 08. Повторить все действия, включая вместо Ех нормальный элемент Вестона ЕN. 09. Определить неизвестную ЭДС по формуле 7. 10. Результаты опытов занести в таблицу. i Rb lx = lx0 ± Δlx ln = ln0 ± Δln 01 02 03 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 01. В чем заключается сущность метода компенсации ? 02. Вывести расчетную формулу для определения ЭДС. 03. Каково название балластного сопротивления ? Ex ± Ex