Метод вимірювання й опис установки

 

Компенсаційний метод полягає в тому, що е.р.с., яка підлягає виміру, врівноважується (компенсується) напругою, яку створює інше джерело. При цьому сила струму через досліджуване джерело дорівнює нулю.

 

 

Рис. 31.2

 

Розглянемо суть методу компенсації (рис.31.2). Джерело струму з е.р.с. , що свідомо перевищує е.р.с. досліджуваного елемента , замикається на реостат АВ. Досліджуваний гальванічний елемент з невідомою е.р.с.  приєднується одним полюсом до джерела струму з е.р.с.  в точці А, а іншим – через гальванометр G до ковзного контакту реостата D. Сила струму крізь джерело з невідомою е.р.с. може дорівнювати нулю тільки в тому випадку, якщо обидва джерела будуть ввімкнені однойменними полюсами назустріч один до одного. Падіння напруги на реостаті АВ завжди більше, ніж е.р.с. досліджуваного елемента, тому що  > . Тоді завжди можна підібрати таку ділянку реостата AD, щоб струм у ділянці, де ввімкнено гальванометр, дорівнював нулю. Звідси:

 

U_AD= IR_AD= ,                                      (3)

 

де I – струм крізь реостат АВ; 

  R_AD – опір ділянки реостата AD.

         За законом Ома для повного кола:

 

,                                                       (4)

 

де R_AB – опір реостата;

  r – внутрішній опір джерела .

 

Якщо замість досліджуваного джерела струму підключити джерело струму з відомою е.р.с.  і зміною положення повзунка (ковзного контакту D) знову домогтися, щоб струм крізь це джерело не проходив, то аналогічно рівнянню (3) одержимо:

 

= IR_AD1 ,                                  (5)

 

де R_AD1 – опір ділянки AD, але з іншим положенням точки D;

I – сила струму, обумовлена тим самим рівнянням (4), що й у випадку з досліджуваним джерелом, тому що сила струму в частині кола ACD в обох випадках дорівнює нулю.

Якщо поділити відповідно ліві й праві частини рівнянь (3) і (5), одержимо

 

.                                    (6)

 

Як джерело струму з відомою е.р.с., застосовується нормальний елемент Вестона, що є еталоном. Значення його е.р.с. при t= 20⁰C лежить у межах  = (1,0183 + 1,0187) B.

Таким чином, визначення е.р.с. гальванічного елементу зводиться до підбору опорів R_AD і R_АD1. Величини цих опорів пропорційні довжинам відповідних ділянок реостата l _X і l _N:

 

, ;                            (7)

 

.                                             (8)

 

Принципову схему експериментальної установки надано на рис. 31.3.

 

Рис. 31.3

 

На схемі позначено: e – джерело струму з е.р.с., що перевищує невідому е.р.с. e_Х; e_N – нормальний елемент Вестона; e_Х – елемент, е.р.с. якого потрібно визначити; G – гальванометр; АВ – реостат; К – ключ; Р – перемикач; R і R_i – резистори, що обмежують струми в колах.

 

Прилади і приладдя

Джерело струму з е.р.с. e, елемент Вестона з е.р.с.e_N, досліджуване джерело струму з е.р.с. e_Х, реостат зі шкалою, гальванометр G, додаткові резистори R_i.

Порядок виконання роботи

Ознайомитися зі схемою на лабораторному столі.

Замкнути ключ К і поставити перемикач Р у положення “x”.

Перемістити повзунок реостата D до положення, при якому гальванометр покаже 0.

Внести значення положення повзунка D на шкалі l_x у таблицю (№ досліду – 1).

Поставити перемикач Р в положення “N”.

Перемістити повзунок D реостата також до положення, при якому гальванометр покаже  0.

Внести друге значення положення повзунка D на шкалі l_N у таблицю (№ досліду – 1).

Повторити дії зазначені в п.2 – 7, ще два рази (№ дослідів 2,3). 

Обчислити середні значення <l_x> і <l_N> із трьох значень l_x і l_N і результати занести в таблицю.

Визначити відносні й абсолютні похибки вимірів Dl_x і Dl_N, (№ дослідів 1,2,3).

Обчислити значення e_х за формулой (8), використовуючи значення < l_x > і <l_N>, і результат занести в таблицю.

Обчислити відносну й абсолютну похибки визначення е.р.с. невідомого джерела струму e_Х для дослідів 1,2,3.

Повторити дії, зазначені в п. 2 – 12 з різними додатковими резисторами R_i. Дані внести в таблицю (№ дослідів 4 – 9).

Обчислити середнє значення < e_х > з усіх визначених значень e_Х.

 

 

№		Ri	l x	< lx>	lN	< lN >	ex	<ex>
1	-
2
3
4	R1
5
6
7	R2
8
9

Контрольні запитання

Що називається е.р.с. джерела струму?

Які помилки у визначенні е.р.с. мають місце при вимірі її вольтметром?

Пояснити суть методу компенсації за схемою.

Сформулювати закон Ома для однорідної і неоднорідної ділянок кола.

Одержати робочу формулу для обчислення е.р.с. досліджуваного елемента.

Пояснити якісний вплив додаткового опору R_i на зміну положення точки D на реостаті.

Лабораторна робота № 32