МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Утверждено на заседании

кафедры физики 24.12.2003 г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторной работе № 41

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭДС ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИИ

Ростов-на-Дону

2004

УДК 537.311.072

Методические указания к лабораторной работе № 41 « Определение ЭДС гальванического элемента методом компенсации».- Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2004. – 6 с.

Изложена теория метода компенсации электрических напряжений, приведены порядок выполнения лабораторной работы, требования к оформлению результатов и перечень контрольных вопросов.

Предназначены для выполнения лабораторной работы по программе курса общей физики для студентов всех специальностей РГСУ.

Составитель: канд.ф.-м.н, доц. Ю.И. Гольцов

Рецензент: д-р ф.м.н., проф. В.И. Снежков

Редактор Т.М. Климчук

Темплан 2004 г., поз. 169

ЛР № 020818 от 13.01.99. Подписано в печать 03.03.04.

Формат 60х84 1/16. Бумага писчая. Ризограф. Уч.-изд.л 0,5. Тираж 50 экз. Заказ

Редакционно-издательский центр

Ростовского государственного строительного университета.

334022, Ростов-на-Дону, 22, ул. Социалистическая, 162

© Ростовский государственный

строительный университет, 2004

3

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: источник постоянного напряжения ИПС-1, эталонный элемент (щелочной аккумулятор), исследуемый элемент, магазин сопротивлений, реохорд, гальванометр, одинарный и двойной ключи, соединительные провода.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Ознакомление с методом компенсации напряжений и измерение ЭДС гальванического элемента.

1. КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Одним из наиболее распространенных методов измерения ЭДС источника тока является метод компенсации. Сущность этого метода заключается в следующем. Исследуемый источник (например, гальванический элемент), ЭДС которого _х необходимо измерить, включают последовательно с гальванометром Г и подсоединяют к реохорду ( проволочному проводнику АВ с подвижным контактом С) таким образом, как указано на принципиальной схеме измерений (рис. 1).

Рис.1

К концам реохорда (точки А и В) подключают источник напряжения величиной U (U  _х) одноименными полюсами и затем, перемещая подвижный контакт реохорда С, находят его положение, при котором стрелка гальванометра установится на нулевой отметке. Это может быть достигнуто лишь тогда, когда падение напряжения, создаваемое источником напряжения на участке АС реохорда, компенсирует ЭДС _х:

IR₁ = _х, (1)

где R₁ – электрическое сопротивление участка АС реохорда, I – ток в цепи источника. Действительно, такая компенсация падения напряжения на исследуемом элементе его ЭДС возможна только при отсутствии падения напряжения внутри исследуемого элемента, т.е. когда I_г= 0.

Если вместо исследуемого элемента в цепь включить эталонный элемент с

4

известной ЭДС (_эт) и вновь добиться отсутствия тока в цепи гальванометра, то

в этом случае:

IR₂ = _эт, (2)

где IR₂– падение напряжения, создаваемое источником на участке реохорда

АС, при котором произошла компенсация эталонной ЭДС.

Как в первом, так и во втором случае сила тока I в реохорде одинаковая, так как зависит от напряжения U, подаваемого от источника и полного сопротивления реохорда между точками А и В, поэтому из сравнения (1) и (2) следует:

_х/_эт = R₁/R₂. (3)

Учитывая, что R = l/S, а проводник реохорда можно считать однородным, то окончательно получим

_х/_эт =l₁/l₂, (4)

где l₁ и l₂ –длины участков АС и АС реохорда соответственно. Как следует из формулы (4), величина _х не зависит от напряжения, подаваемого от источника, однако при проведении измерений необходимо следить за тем, чтобы оно не менялось при переключении элементов _х и _эт.

2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Соберите электрическую схему (рис. 2). После проверки ее преподавателем установите по вольтметру источника ИПС-1 величину напряжения в пределах 1,5 – 2 В.

5

2. Установите на магазине R_м сопротивление в пределах 1 –10 Ом (по указанию преподавателя) и запишите его значение в таблицу.

3. Замкните ключ К₁ и с помощью двойного ключа К₂ подсоедините к схеме исследуемый элемент с ЭДС _х. Передвигая движок С реохорда, добейтесь отсутствия тока в цепи гальванометра. Запишите в таблицу измеренное по линейке реохорда расстояние l₁.

4. Переключая ключ К₂, подсоедините к схеме эталонный элемент _эт и повторите действия, описанные в п.3. Полученное значение l₂ запишите в таблицу.

5. Рассчитайте по формуле (4) значение _х и запишите в таблицу. Величина _эт обозначена на корпусе щелочного аккумулятора.

6. Установите по указанию преподавателя на магазине R_м поочередно еще другие четыре значения сопротивлений и, каждый раз повторяя действия, описанные в п.п.3, 4, 5, сделайте соответствующие записи в таблице.

№	Rм ,Ом	l1 ,мм	l 2 ,мм	х ,В	х , В
1
2
3
4
5

7. Определите _х  и проведите расчет погрешностей _х и _х по формулам для прямых измерений и запишите конечный результат работы в виде:

_х = _х   _х = …

_х = … %

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие силы, действующие на носители тока в проводнике, называют сторонними и какова их роль в электрической цепи?

2. Поясните физический смысл понятий «электродвижущая сила», «электрическое напряжение», «разность потенциалов».

3. Объясните сущность метода компенсации напряжений и укажите его преимущества перед другими методами измерения ЭДС источника тока.

4. Каковы правила знаков для силы тока и ЭДС при записи уравнения закона Ома для неоднородного участка цепи?

6

5. Каково физическое содержание правил Кирхгофа?

6. Для вопросов и задач, приведенных далее, выберите правильный вариант ответа:

1. Если в цепи, состоящей из источника тока с ЭДС  , внутренним сопротивлением r и внешнего резистора сопротивлением R, внутреннее и внешнее сопротивление увеличить в 2 раза, то падение напряжения на внешнем резисторе

а) увеличится в 4 раза; б) увеличится в 2 раза; в) не изменится;

г) уменьшится в 2 раза; д) уменьшится в 4 раза.

2. При замыкании источника тока на внешний резистор сопротивлением 4 Ом в цепи протекает ток силой 0,3 А, а при замыкании на резистор сопротивлением 7 Ом сила тока в цепи становится равной 0,2 А. Какова будет сила тока короткого замыкания источника:

а) 1,2 А; б) 0,5 А; в) 0,9 А; г) 1,6 А; д) 2,1 А?

6.3 Разность потенциалов между точками а и в в схеме (1) равна:

а) 0; б) /2; в) R/(R+r); г) ; д) 2.

Разность потенциалов между точками а и в в схеме (2) равна:

а) 0; б) 3/2; в) 4/5; г) 5/3; д) 7/3; е) 7/5.

ЛИТЕРАТУРА

1. Трофимова Т.И. Курс физики. –М: Высшая школа, 2000.

2. Лабораторный практикум по физике / Под ред. А.С.Ахматова.-М.: Высшая школа, 1980.

(1) (2) (1) (2) (1) (2)