Вимірювання ерс джерела струму методом компенсації

Мета й завдання роботи – ознайомитись з методом вимірювання ЕРС джерел струму; навчитися вимірювати ЕРС акумуляторів і гальванічних елементів методом компенсації.

Основні теоретичні відомості

У процесі проходження електричного струму у колі, яке складається з провідників I роду, електрони під дією електричних сил переміщуються від негативного полюса джерела струму до позитивного. Щоб джерело працювало, всередині його електрони мають накопичуватися на негативному полюсі, а з позитивного – відходити (тобто рух зарядів усередині джерела протилежний їх рухові в зовнішньому колі). Отже, усередині джерела на заряди мають діяти сили некулонівського (неелектростатичного) походження – сторонні сили. Вони можуть бути зумовлені хімічними процесами, дією магнітних полів й іншими причинами, але обов‘язково неелектростатичного походження.

Кількісною характеристикою дії сторонніх сил є фізична величина, яка називається електрорушійною силою (ЕРС). Її фізичний зміст: ЕРС джерела – це фізична величина, що чисельно дорівнює роботі сторонніх сил при переміщенні одиничного позитивного заряду вздовж замкненого кола (контура):

ε = . (ЕП 9.1)

Для вимірювання ЕРС джерела струму треба створити такі умови, за яких за час вимірювання струм не проходив би через досліджуване джерело. Цю умову задовольняє так звана компенсаційна схема, застосована для вимірювання малих ЕРС. Принципова схема компенсаційного методу показана на рис. ЕП 9.1.

Досліджуване джерело ε_х з’єднується з точкою а і з ковзним контактом С резистора R . Як видно з рис. ЕП 9.1, до точки а підведені провідники від однойменних полюсів акумулятора ε і джерела струму ε_х. У коло джерела ε_х ввімкнутий гальванометр G. Застосуємо до нашої схеми правила Кірхгофа і визначимо вираз для знаходження ε_х. Вважатимемо, що струми проходять у напрямках, вказаних на рис. ЕП 9.1 стрілками. Тоді перше правило Кіргофа для вузла а можна записати так:

І = І₁ + І₂. (ЕП 9.2)

За другим правилом Кірхгофа для контурів εавс ε і εх ас εх

ε = ІR₁ + ІR₂; (ЕП 9.3)

ε_х = ІR₁ . (ЕП 9.4)

Пересуваючи ковзний контакт С уздовж резистора R , можна знайти для нього таке положення (тобто підібрати такі опори R₁ та R₂ ), при яких сила струму в а ε_х са дорівнюватиме нулеві (І₂ = 0). Тоді (ЕП 9.2), (ЕП 9.3) і (ЕП 9.4) відповідно матимуть такий вигляд

І = І₁ ; ( ЕП 9.5)

ε = І(R₁ + R₂) = ІR ; (ЕП 9.6)

ε_х = ІR ₁ . (ЕП 9.7)

Із (ЕП 9.5) та (ЕП 9.6) маємо:

або

ε_х = ε . (ЕП 9.8)

Формула (ЕП 9.7) дає можливість знайти ЕРС ε_х джерела, якщо, крім виміряного під час досліду в момент компенсації опору R₁ , відомі й величини ε і R.

Якщо замість джерела ε_х (див.рис. ЕП 9.1) увімкнемо в коло джерело ε_о, можна знайти таке положення ковзного контакту С на опорі R , при якому має місце компенсація, тобто струм через ε_о не проходитиме. У цьому разі аналогічно до (ЕП 9.8)

ε_о = ε. (ЕП 9.9)