Лабораторна робота № 8. Визначення електрорушійної сили джерела струму методом компенсації.

Визначення електрорушійної сили джерела струму методом компенсації.

Перед виконанням цієї роботи, необхідно вивчити теоретичний матеріал, приведений в розділах 3.1 і 3.2.

Мета роботи: вивчення компенсаційного методу та визначення електрорушійної сили джерела струму.

Прилади: Джерела струму з відомою електрорушійною силою , ; джерела стуму з невідомою електрорушійною силою та ; гальванометр; змінний опір реохорд; магазин опорів , провідники, вимикачі.

Теоретичні відомості.

Згідно з формулою (3.12) електрорушійна сила джерела струму визначається як робота, виконана сторонніми силами при переміщенні одиничного додатного заряду.

Електрорушійна сила джерела струму дорівнює різниці потенціалів на розімкнутих затискачах джерела струму (коли струм у колі дорівнює нулю). Якщо для вимірювання ЕРС до джерела під'єднати вольтметр, то в отриманому замкненому колі потече струм і виміряна вольтметром напруга на затискачах джерела , відрізняється від ЕРС джерела на величину спаду напруги на внутрішньому опорі r.

ЕРС можна визначити точніше шляхом її порівняння з відомою, еталонною ЕРС так званого „нормального” елемента. Для такого порівняння використовується компенсаційна схема (див. Рис. 3.9).

Рис. 3.9

Батарея з ЕРС замикається на зовнішній опір . Нормальний елемент з і джерело струму, ЕРС якого необхідно визначити по черзі вмикають в схему так, що в точці А з'єднуються однойменні полюси та (або ). Використовуючи правила Кірхгофа (3.16) і (3.18), проаналізуємо умови, при яких сила струму на ділянці, що містить (або ) і гальванометр Г, дорівнює нулю. За першим правилом Кірхгофа у точці А

. (3.34)

Для контурів АВ А і АВ А за другим правилом Кірхгофа

;

, (3.35)

де , - внутрішні опори, відповідно і нормального елемента; - опір гальванометра.

Повертаючи ручку реохорда, тобто змінюючи одночасно опори і (довжини плечей реохорда), можемо досягти того, що струм . Тоді з (3.33) випливає, що і система рівнянь (3.34) матиме вигляд:

_,

де .

Звідси

; .

Оскільки ,

. (3.36)

Струм , коли протилежні за знаком, але рівні за величиною спади напруг, створені джерелами та на даній ділянці, зрівноважують (компенсують) один одного.

Якщо замість елемента з увімкнути в схему джерело з невідомою ЕРС , то умови можна досягти при іншому значенні опору . При цьому повний опір залишається незмінним. Здійснивши заміну в правій частині виразу (3.35), отримаємо.

. (3.37)

Прирівнявши праві частини виразів (3.36) та (3.37), дістанемо:

. (3.38)

Таким чином порівняння двох ЕРС зводиться до порівняння двох опорів та .

Описаний метод компенсації в застосуванні до визначення ЕРС має ряд переваг:

1) сила струму через джерела, ЕРС яких порівнюються, в момент вимірювання дорівнює нулю, тому спад напруги на внутрішньому опорі джерела відсутній;

2) при вимірюваннях непотрібно градуювати шкалу гальванометра, оскільки він фіксує лише відсутність струму;

3) ЕРС допоміжної батареї не використовується при обчисленні кінцевого результату за формулою (3.38). Проте необхідно, щоб під час проведення вимірювань вона залишалася постійною.

Порядок виконання роботи

1. Скласти схему згідно з рисунком 3.9, вмикаючи в коло нормальний елемент з В ідопоміжне джерело з = 24 В.

2. Поворотом ручки реохорда досягти такого значення , при якому струм, що протікає через гальванометр, відсутній ( пропорційний довжині плеча реохорда, тобто кількості поділок реохорда від „0” шкали до поділки, на яку вказує стрілка вказівника). Записати .

3. Замінити нормальний елемент джерелом з невідомою ЕРС .

4. Поворотом ручки реохорда знову досягти умови . Записати .

5. Визначити невідому ЕРС , використовуючи співвідношення (3.37), підставивши в нього В.

6. Увімкнути в коло джерело з невідомою ЕРС і записати значення , при якому . Обчислити за формулою (3.37) .

7. Змінивши значення опору , повторити попередні вимірювання й обчислення і .

8. Знайти середні значення та , і оцінити точність виконаних вимірювань, визначивши абсолютну та відносну похибки вимірювань.

9. Результати вимірювань і обчислень занести в таблицю.

Таблиця

№ п/п	R0	R1	R'	R''
Середні значення

Контрольні запитання

10. Пояснити метод компенсації і його переваги в порівнянні з іншими методами при вимірюванні ЕРС джерела струму.

11. Подати означення ЕРС джерела струму.

12. Сформулювати і пояснити правила Кіхгофа.

Розділ 4