Описание установки

Схема электрической цепи компенсационного метода дана на рис.2. Реохорда АВ имеет круглую форм а подвижный контакт С свободно движется по дуге окружности . На реохорде находится шкала проградуированная в условных единицах длины. В качестве эталона ЭДС используется гальванический элемент с известной ЭДС

РИС 2

Включение элементов и осуществляется, переключателем К. Для увеличения предела измерения гальванометра применяется добавочное сопротивление R

Порядок выполнения работы

1.Собрать цепь согласно схеме (рис2)

2.Соблюдая полярность подключить клеммы "-" и "+" к выпрямителю на ее - 4 В

3. Установить переключатель К в положение ЕN

4.При нажатой кнопке " Грубо" найти такое положение ползунка С. при котором стрела гальванометра устанавливается в нулевую положение

5. Нажать кнопку «Точно» и уточнить положение полтуна С., при котором стрелка устанавливается в нулевое положение.

6.По шкале реохорды определить значение

7.Перевести переключатель К в положение и повторить операции укатанные в пп. 4. 5. 6 (определить значение

8.По формуле вычислить неизвестную ЭДС.

9.Вычислить относительную погрешность ЭДС

10.Все величины занести в таблицу.

№	ЭДС известного элемента	Длина плеча АС (при включении )	Длина плеча АС (при включении )	ЭДС исследуемого элемента
1 2 3 4 5 Ср.

Контрольные вопросы

1. Что называется сторонними силами?

2.Почему при переключении источников от к значение тока па участке АВ остается постоянным?

3.Дать определение ЭДС и напряжения. Чем они отличаются?

4.Пояснить сущность метода компенсации?

Лабораторная работа 3

Градуировка термопары

Цель работы

Градуировка термопары и определение температуры плавления нафталина при помощи термопары.

Приборы и принадлежности

Термопара, термометр, милливольтметр, дна сосуда с водой, электрическая плита, пробирка с нафталином.

Теоретическое введение

Металлы представляют собой кристаллическую решетку, в узлах которой размещены положительно заряженные ионы. Ионы образуются за счет того, что при объединении атомов металла в кристаллическую решетку, часть валентных электронов отрываются от своих атомов, образуя при этом электронный газ» - совокупность свободных и хаотично движущихся электронов. Положительные ионы создают внутри кристаллической решетки электрическое поле с положительным потенциалом. Если средний потенциал принять равным то свободный электрон находящийся в таком поле, обладает отрицательной потенциальной энергией (е-заряд электрона).

_{Так как потенциал} электрического поля вне металла равен нулю, то потенциальная энергия электрона вне металла также равна нулю. То есть металл для электрона является потенциальной ямой, выход из которой требует затраты работы А. называемая работой выхода. При совершении работы, потенциальная энергия электрона изменяется от _{до 0, т.е.} .Отсюда потенциал электрического поля в металле равен каждого металла своя работа выхода электронов и. следовательно, различные потенциалы электрических полей. Поэтому при контакте двух металлов (рис.1) между ни возникает контактная разность потенциалов:

(1)

Соотношение (1) выполняется при условии равенства концентрации электронов и в металлах I и II .

Известно, что в замкнутой цепи, состоящей металлических проводников находящихся при одной и той же температуре, результирующая ЭДС равна нулю. При наличии разности температуры на контактах двух проводников в замкнутой цепи возникает электрический ток. Рассмотрим систему из двух различных металлов I и II , контакты которых 1и 2 (см рис2) имеют различные температуры и . Разность потенциалов , возникающая на контакте 1, будет отличатся от разности потенциалов на контакте 2. Предположим, что температура не влияет на работу выходов электронов и на концентрацию электронов. В этом случае в цепи возникает термоэлектродвижущая сила – термоЭДС, величину которой можно определить, измерив разность потенциалов между точками d и с (рис2). Если температура точек d и с одинаковы то термоЭДС завесить только от разности температур и свойств металлов. Система изображения на рис 2 называется термопарой или термоэлементом. Разность потенциалов между точками d и с равна сумме разностей потенциалов, возникающих на контактах 1 и 2.

(2)

где -концентрация электронов в первом металле 1 (см. рис. 2), -концентрация электронов во втором металле И. .« - коэффициент пропорциональности, е- заряд электрона, температура на нервом спае, - температура на втором спае, k-постоянная Больцмана.

Полученная разность потенциалов называется

термоэлектродвижущей силой. Из (2) видно, что при известных постоянной . для двух металлов и температуре 7, одного из спаев, можно измерить термоЭДС и определить температуру среды, в которой находится второй спаи:

(3)

Рис.2.

Величина а для металлов порядка десятков и, как правило,

слабо зависит от температуры. У полупроводников, а на 1-2 порядка больше и сильно зависит от температуры. Величина определяется по формуле:

, (4)

Из формулы (3) следует, что термоЭДС должна быть пропорциональна разности температур, В действительности это имеет место только для' ограниченного интервала температур.

Явление термоэлектричества используется для измерения температуры. На основе этого явления изготавливаются термопары. Термопара представляет собой две проволоки из разных металлов, концы. которых спаяны или сварены в точке контакта В данной работе используется достаточно ограниченный температурный интервал , пределах которого термоЭДС пропорциональна разности температур

(5)

где показания милливольтметра; температура одного из спаев термопары; температура второго спая термопары; - коэффициент пропорциональности. В случае прямо пропорциональной зависимости величина постоянная. Поддерживая температуру одного из спаев постоянной и равной и изменяя температуру второго спая можно проградуировать шкалу милливольтметра непосредственно в градусах Цельсия. Суть градуировки заключается в построении градуированного графика.

По оси абсцисс откладывается температура (обычно Kли по оси ординат показания милливольтметра Полученные точки соединяют прямой линией или плавной кривой. Градиуровочная кривая дает, возможность определить температуру различных сред. Зная значение ЭДС из графика (рис. 3) можно определить температуру среды

Для измерения температур

употребляются термопары константан-медь, константан-железо и многие другие. Для измерения очень высоких температур употребляются термопары Платина-сплав платины с родием, вольфрам - вольфрам радиевый сплав и др. При измерении термопарой температуры, один ее спай помешают в среду с постоянной температурой другой - в область, где измеряется температура .

Концы цепи d и с (рис.2) подсоединяются к милливольтметру. По формуле (5) можно определить измеряемую температуру.