МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

Кафедра «Физика-2»

Физика методические указания к лабораторным работам 17

Рекомендовано редакционно-издательским советом университета

в качестве методических указаний для студентов специальностей ИУИТ, ИСУТЭ, ИЭФ, ИТТОП, ИКБ, вечернего факультета

МОСКВА2008

Работа 17

ОПРЕДЕЛЕНИЕ Э.Д.С. НЕИЗВЕСТНОГО ИСТОЧНИКА МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИИ

Цель работы. Ознакомление с методом компенсации и его применение для определения электродвижущей силы неизвестного источника.

Приборы и принадлежности: стабилизированный источник питания постоянного тока, (имеется на каждом лабораторном стенде), нормальный элемент Вестона (или другой эталонный источник), исследуемый источник э.д.с. (гальванический элемент или другие источники э.д.с.), потенциометр (или реохорд), гальванометр, ключ включения источника питания, кнопка успокоения гальванометра, переключатель.

Введение

Для определения э.д.с. источника методом компенсации используются следующие физические величины: разность потенциалов ₁  ₂, э.д.с. E и напряжение U. Эти величины по определению, соответственно, равны:

₁₂,

E_1-2  , 

U_1-2  ₁  ₂  E_1-2,

где E_кул – напряженность электростатического поля; E_стор – напряженность поля сторонних сил; U_1-2 – напряжение на участке цепи 1– 2; ₁  ₂ – разность потенциалов на участке цени 1 – 2; E_1-2 – э.д.с., действующая на участке цепи 1 – 2.

Разность потенциалов численно равна работе, совершаемой силами электростатического поля по перемещению единичного положительного заряда. Электродвижущая сила численно равна работе, совершаемой сторонними силами по перемещению единичного положительного заряда. Напряжение на данном участке цепи численно равно работе, совершаемой сторонними и электростатическими силами при перемещении единичного положительного заряда на этом участке.

Напряжение на участке цепи равно разности потенциалов только в том случае, если на этом участке нет э.д.с. Такой участок цепи называют однородным или пассивным участком. Если на участке цепи содержится э.д.с., то такой участок цепи называют неоднородным или активным участком.

Закон Ома для замкнутой цепи:

I  , или IR  Ir  E, (2)

где E – э.д.с. источника тока; R – внешнее сопротивление цепи: r –внутреннее сопротивление источника тока; I – сила тока.

Из формулы (2) следует, что использовать вольтметр для измерения э.д.с. источника, подключив его непосредственно к клеммам источника нельзя, так как сам вольтметр при этом образует внешний участок цепи с сопротивлением R, и его показания будут отличаться от э.д.с. на величину Ir. Очевидно, чем выше сопротивление вольтметра по сравнению с сопротивлением источника, тем меньше отличие между показаниями вольтметра IR и E – э.д.с. источника, и это различие принципиально нельзя свести к нулю.

Метод непосредственного измерения э.д.с. вольтметром обладает еще одним недостатком: многие гальванические элементы из-за явления поляризации электродов при наличии тока в цепи изменяют величину своей э.д.с.

Метод компенсации является одним из самых точных методов определения электродвижущей силы, так как в этом случае ток, текущий через источник с неизвестной э.д.с. E_х компенсируется током от какого-либо внешнего источника э.д.с. E и при этом разность потенциалов на зажимах неизвестного источника будет равна его э.д.с.