Измерение ЭДС методом компенсации - файл n1.doc

Измерение ЭДС методом компенсации
скачать (73 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc73kb.07.11.2012 04:33скачать

n1.doc

Лабораторная работа №64

ИЗМЕРЕНИЕ ЭДС МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИИ

Цель работы: Научиться измерять эдс методом компенсации

Теория: Электродвижущей силой (эдс) источника тока называется физическая величина, равная работе, совершаемой при перемещении положительного единичного заряда по электрической цепи сторонними не электростатическими силами, например, химического, механического или магнитного про­исхождения. В результате действия эдс напряжение, на каком либо участке цепи численно равно работе, совершаемой результирующим полем кулоновских и сторонних сил при перемещении вдоль участка цепи единичного положительного заряда. Напряжение на концах участка цепи совпадает с разностью потенциалов только в том случае, если на участке не приложены эдс. Эдс, как и потенциал, измеряется в вольтах.

Идея метода заключается в том, чтобы эталонным источником эдс Е (см. рис. 1), подключен­ным через реохорд - делитель напряжения АСВ к исследуемому источнику ?, скомпенсировать его эдс. Затем измерить соответствующее сопротивление (или длину) плеча реохорда (АС) и вычислить иско­мую ? по рабочей формуле. При компенсации эдс ток в контуре исследуемого источника исчезает. Об этом судят по показаниям гальванометра G.



Рис. 1

Обоснуем предлагаемый метод измерения с помощью правил Кирхгофа. Сначала на схеме сле­дует обозначить все токи, текущие по отдельным ветвям цепи, сопротивления, полярности источников и выделить узлы, т.е. точки, в которых сходятся не менее трех проводников с током. Точка С - подвиж­ный контакт реохорда, RE, R?, и RG, внутренние сопротивления источников и гальванометра. r - полное сопротивление реохорда, r1 - сопротивление плеча АС реохорда. На рис. 1 узлами являются точки А и С. Обычно токи, направленные к узлу, считаются положительными, а токи, выходящие из узла отрицательными. Так, в узле А имеем: I1 и I2 > 0, а I< 0. Первое правило Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма сил токов, сходящихся в узле, равна нулю: ?iIi =0 . Применяя его к выделенным узлам, получим:

I1+ I2-I = 0. (1)

Согласно второму правилу, в любом замкнутом контуре алгебраическая сумма произведений сил токов Ii и значений сопротивлений Rj, по которым текут эти токи, равна алгебраической сумме эдс ?j в контуре, то есть ?jIjRj=?j?j. Для правильного выбора знаков силы тока и эдс необходимо задаться направлением обхода в каждом контуре, например, по часовой стрелке. Токи, направления которых совпадают с направлением обхода контура, считаются положительными (I2 и I в контуре ACG?A) Отрицательными будут токи, текущие против направления обхода (I1 и I в контуре АEBСА). Эдс считаются положительными, если они повышают потенциал в направлении обхода (? в контуре ACG?A), и отрицательными, если они понижают его (E в контуре АEBСА). С учетом выше изложенного для конту­ров АEВСА и ACG? А соответственно получается:

-E = I1(RE+(r-r1))-Ir1 (2)

и

?= I2(R? + RG) + Ir1. (3)

Нас интересует случай компенсации, когда ток через гальванометр не течет, то есть I2= 0. Тогда можно записать:

?=(E/(RE+r))r1 . (4)

Таким образом, ? можно вычислить, измерив сопротивление плеча реохорда r1 при известных параметрах источника E и реохорда.

Теперь подключим в цепь вместо источника ? другой источник ?n и скомпенсируем его. Тогда:

?n =(E/(RE+r))r’1. (5)

Взяв отношение (4) к (5), получим:

?/?n=r1/r’1. (6)

Так как реохорд АВ изготавливается из однородной проволоки постоянного сечения S, то сопротивления r1 и r’1, пропорциональны длинам соответствующих частей реохорда l1 и l’1:

r1=(?/S)l1 и r’1=(?/S)l’1, (7)

где ?- удельное сопротивление проволоки.

Окончательно имеем:

? =?n(l1/l’1). (8)

Следовательно, метод компенсации позволяет вычислить искомую эдс более простым спосо­бом, измеряя длину плеча реохорда без нахождения сопротивлений элементов цепи.

В качестве эталонного источника обычно используются «нормальные элементы», эдс которых мало меняется со временем. Наибольшее распространение получил кадмиевый нормальный элемент Вестона. Его эдс почти не зависит от температуры (при повышении температуры элемента на 1°С эдс уменьшается менее, чем на 10-4 В). При температуре 20°С она равна 1,0183 В. Однако он не рассчитан на продолжительное использование в цепи. Поэтому в цепь включают более мощный вспомогательный источник, который периодически калибруют с помощью нормального элемента. Погрешность компен­сационного метода определяется чувствительностью гальванометра, погрешностями нормального эле­мента и измерения плеч реохорда.

Описание установки.

Схема электрической цепи, предназначенной для определения эдс источников постоянного то­ка, изображена на рис. 2, где Е - вспомогательный источник тока, АВ - реохорд, С - движок реохорда, ?n - нормальный элемент Вестона, ? - источник тока с неизвестным значением эдс, G - гальванометр с нулевым показанием в центре шкалы), К1 - ключ , П - переключатель (коммутатор) источников ?n и ?, К2 - кнопка кратковременного включения цепи гальванометра (замыкатель) Переменное сопротивле­ние Rm ограничивает ток через гальванометр при первичной грубой настройке реохорда. Его выводят на минимум на финальной стадии тонкой регулировки движка реохорда.
Е



Рис. 2

Задание. Измерение эдс гальванического элемента.

  1. Собрать цепь по схеме рис. 2, строго соблюдая полярность подключения источников эдс. Движок С установить в средней части реохорда и переключателем П подключить нормальный элемент ?n в цепь гальванометра.

  2. Установить максимальное сопротивление Rm. Замкнуть ключ К1.

  3. Кратковременно замыкая кнопку К2, найти такое положение движка реохорда, при котором стрелка гальванометра перестанет отклоняться от нулевой отметки. Измерения должны проводиться достаточно быстро для получения правильного результата. Уменьшить сопротивление Rm до минимума и установить движок более точно. Найти по шкале реохорда длину плеча АС=l’1.

  4. Установить максимальное сопротивление Rm. Переключателем П подключить к гальванометру источник тока ?. Так же, как это было сделано для нормального элемента, скомпенсировать ? и измерить соответствующее значение длины плеча реохорда АС=l1.

  5. Вычислить эдс элемента по формуле (8).

Практика:

Таб. №1



l1/см

l’1/см

1

19,9

28,6

2

20

28,7

3

19,8

28,8

4

19,7

28,9

5

19,6

29

6

19,5

28,8

Найдем средние значения l1=19,75 см, l’1= 28,8 см.

? = ?n(l1/l’1)= (0,55±0,02) B

Вывод: Измерил эдс источника постоянного тока методом компенсации ? = (0,55±0,2) с относительной погрешностью 4,5%.

Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации