3. Теория метода

Наиболее просто и быстро измерить ЭДС источника можно с помощью вольтметра, подключенного к его полюсам. Действительно, в этом случае по закону Ома ЭДС источника

, (6)

где I  сила тока в цепи, R_V  сопротивление вольтметра, r  внутреннее сопротивление источника. Если R_V  r, то

, (7)

т.е. показание вольтметра U приблизительно будет равно искомой ЭДС.

Более точно ЭДС можно измерить методом компенсации. Рассмотрим принципиальную электрическую схему (рис. 2). Вспомогательная батарея с ЭДС  и внутренним сопротивлением r замыкается на цепь двух магазинов сопротивлений: основного R_осн и вспомогательного R_всп. Исследуемый источник с ЭДС _х одним полюсом соединяется с одноименным полюсом (точка А) вспомогательной батареи, а другим  через гальванометр Г с точкой В между магазинами.

Если   _х, то падение напряжения U_АС на обоих магазинах больше чем ЭДС исследуемого источника _х. Поэтому можно подобрать сопротивления основного R_{х осн} и вспомогательного R_{х всп} магазинов так, чтобы падение напряжения U_АВ на сопротивлении основного магазина было бы равно значению _х. Тогда тока в участке А_хГВ не будет (стрелка гальванометра будет оставаться на нулевой отметке, расположенной посередине шкалы). В этом случае принято говорить о компенсации ЭДС _х.

При компенсации ток I_x, текущий через источник , в узле А разветвляться не будет и потечет только по участку АС (рис. 2). Применив второе правило Кирхгофа к контуру А_хГВ, получим условие компенсации:

. (8)

Силу тока I_x определим по закону Ома для контура АВС:

. (9)

Теперь заменим исследуемый источник эталонным (нормальным элементом Вестона), ЭДС которого ₀ известна с высокой степенью точности (при температуре t = 20^о С ₀ = 1,0186 В, ₀/₀ = 0,05 %). Поступая так, как и в первом случае, найдем условие компенсации:

, (10)

где I₀  сила тока, текущего через основной магазин при компенсации ₀, R_{0 осн}  соответствующее сопротивление основного магазина. По закону Ома сила тока

, (11)

где  R_{0 всп}  сопротивление вспомогательного магазина при компенсации ₀.

Сопротивления магазинов можно изменять так, чтобы их сумма всегда оставалась постоянной, т.е. чтобы выполнялось равенство

. (12)

Тогда в соответствии с (9) и (11) будут равны и силы токов:

. (13)

Поэтому, разделив почленно (8) и (10), получим

. (14)

Соотношение (14) и лежит в основе сравнения ЭДС методом компенсации. При этом существенно, что для определения _х.из соотношения (14) не надо ни внутренних сопротивлений источников, ни сопротивления гальванометра, ни ЭДС вспомогательной батареи . Необходимо только, чтобы величина  во время измерений оставалась постоянной и была бы больше каждой из _х.и ₀.

Используя магазины сопротивлений высокой точности (класс 0,05) и достаточно чувствительный гальванометр (постоянная по току  10^-8 А/дел.), ЭДС методом компенсации можно определить с погрешностью, не превышающей 0,1 %.