2.Методы измерения эдс источника тока

При необходимости измерения ЭДС источника тока, на память приходит то, что она измеряется в вольтах, в связи с чем, возникает идея подключить вольтметр к полюсам источника тока и показания вольтметра считать искомой ЭДС. Однако вольтметр, подключенный к двум клеммам, всегда измеряет разность потенциалов между ними. При подключении вольтметра к полюсам источника тока через вольтметр и источник тока потечет ток I_в и эта разность, в соответствии с (4) и (5), будет равна:

(22)

Отсюда следует, что в этом случае ЭДС может быть равна (по модулю) разности потенциалов лишь с точностью до произведения I_вr. Для точного измерения ЭДС источника тока применяют специальные методы, среди которых можно выделить компенсационный метод и метод, основанный на использовании закона Ома для полной цепи.

Рис. 7. Схема лабораторной установки

Рассмотрим последний метод подробнее. Пусть к источнику тока подключено внешнее сопротивление R_m. В этом случае (см. рис. 7) по цепи потечет ток I_m, для измерения которого используется амперметр, обладающий сопротивлением r_А. Если внешнее сопротивление заменить на R_k, то ток станет равным I_k. В соответствии с законом Ома для полной цепи

(23)

(24)

Из (23) следует, что

(25)

а из (24) следует, что

(26)

Левые части уравнений (25) и (26) равны. Если приравнять друг к другу их правые части, то получим:

(27)

Умножив обе части этого уравнения на I_mI_k, получим:

(29)

Перенося EI_m влево, а R_mI_mI_k – вправо

(30)

получим основную расчетную формулу для данной лабораторной работы:

(31)

3.Порядок выполнения работы

Лабораторная работа состоит из трех этапов: составление черновика отчета по лабораторной работе, составление отчета, защита отчета.

Этап составления черновика выполняется в лаборатории и включает в себя:

3.1.Составление перечня приборов и их характеристик.

3.1.Сборку электрической схемы, изображенной на рис. 7.

3.1.Проведение измерений (снятие зависимости силы тока от внешнего сопротивления).

3.1.Расчет ЭДС.

Перечень приборов, используемых в лабораторной работе, может быть различным в разных лабораториях. Ниже приводится пример одного из возможных перечней.

1.Цифровой мультиметр M890D с пределами измерения тока от 0 до 200 мА. Класс точности – 0,25.

2.Набор одинаковых сопротивлений (далее указывается их тип, номинальное сопротивление и их количество). Например: четыре одинаковых сопротивления типа ПЭВ по 100 Ом каждое.

3.Исследуемый источник тока – 2 батареи типа R20 по 1,5 В.

Проведение измерений предполагает комбинирование соединений четырех вышеуказанных сопротивлений с тем, чтобы получить значения R, указанные в табл.1. В частности, 250 Ом можно получить, соединив сопротивления, как показано на рис 6в. В результате проведения измерений должен быть заполнен последний столбец табл. 1.

Таблица 1. Результаты измерения силы тока

Номер по порядку (m)	Номер по порядку (k)	R, Ом	I, мА
1	1	25
2	2	50
3	3	100
4	4	150
5	5	200
6	6	250
7	7	300
8	8	400

После заполнения последнего столбца табл. 1 строится график зависимости I(R), а затем заполняется табл. 2.

Таблица 2. Результаты расчета ЭДС

Номер по порядку(i)	m	k	Ei, В	<E>-Ei, В	(<E>-Ei)2, В2
1	Задается преподавателем
2
3
4
5

Заполнение табл. 2 производится следующим образом:

а) после того как преподавателем задано значение индекса m, это значение вписывается во второй столбец табл. 2;

б) в табл. 1 выбирается строка, номер которой равен заданному значению индекса m;

в) в этой же таблице выбираются строки, номера которых отличаются от индекса m не менее чем на два;

г) номера этих строк представляют собой значения индекса k, которые следует занести в третий столбец табл. 2.

После этого рассчитываются по формуле (31) значения ЭДС и заносятся в четвертый столбец табл. 2. При расчетах значения токов следует выражать в Амперах, а значения сопротивлений – в Омах. Дальнейшее заполнение таблицы требует вычисления среднего значения ЭДС, отклонения от среднего и “квадрата” этого отклонения. Эти вычисления выполняются студентом самостоятельно во внеаудиторное время.

Черновик заполняется каждым студентом индивидуально. В нем указываются фамилия студента, его группа и название работы. Черновик обязательно подписывается преподавателем или лаборантом.

Отчет по лабораторной работе выполняется студентом самостоятельно во внеаудиторное время и включает в себя название лабораторной работы, ее цель, ФИО студента и обозначение его группы, а также следующие разделы:

ОСНОВНАЯ РАСЧЕТНАЯ ФОРМУЛА;

ФОРМУЛЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ПОГРЕШНОСТЕЙ;

СХЕМА ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ;

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИБОРОВ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ;

РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ;

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ;

ЗАПИСЬ РЕЗУЛЬТАТА ИЗМЕРЕНИЙ;

ВЫВОДЫ.

Основной расчетной формулой является формула (31). Она переписывается в отчет и все величины, входящие в нее, расшифровываются с указанием их единиц измерения. Разделы 3÷5 переписываются из черновика.