4.2 Описание метода измерения и установки. Задание 1. Измерение э.Д.С. С помощью вольтметра

Если источник тока замкнуть на внешнее сопротивление R, то в цепи появится электрический ток. На внешнем участке цепи положительные заряды от + к  перемещаются под действием электрических сил. На внутреннем участке – под действием сторонних (например, химических) сил.

Из закона Ома для замкнутой цепи (4) следует, что величина Э.Д.С. в цепи

,

где IR и Ir – падения напряжения на внешнем и внутреннем участках цепи. Самым простым методом измерения Э.Д.С. является метод вольтметра. Вольтметр, подключенный к источнику, будет служить внешним сопротивлением и его показания будут отличаться от Э.Д.С. лишь на величину Ir. Отсюда следует, что точность измерения Э.Д.С. зависит от величины сопротивления R самого вольтметра – чем оно больше, тем ближе показания вольтметра к значению Э.Д.С. источника.

Задание 2. Компенсационный метод измерения э.Д.С.

Наиболее точный результат дает компенсационный метод. Пусть источники с Э.Д.С. Е₁ и Е₂ включены в цепь по схеме изображенной на рис.4.3. В этой схеме Е –аккумулятор, питающий цепь, величина Э.Д.С. которого удовлетворяет условиям E > E₁ и E > E₂; Е₁ – эталонный источник (элемент Вестона Е₁ =1,0183 В при 20С); Е₂ – исследуемый источник; G – гальванометр высокой чувствительности; АВ – реохорд (тонкая проволока, натянутая на метровую линейку с ползунком С); R_м- магазин сопротивлений, с помощью которого можно увеличивать сопротивление гальванометра и тем самым предохранить его от больших токов в начале эксперимента; П – двухполюсный переключатель; К₁ и К₂ однополюсные ключи.

Компенсационный метод заключается в том, что Э.Д.С. Е₁ и Е₂ компенсируются разностью потенциалов на участке АС реохорда АВ, создаваемой питающим источником Е. Иначе говоря, если Е₁ и Е₂ будут равны по величине разности потенциалов U_AC ,создаваемой источником, то в цепи гальванометра тока не будет, гальванометр покажет нуль. В первом случае , где R₁ – сопротивление участка реохорда АС₁; I – ток, создаваемый питающим источником Е в реохорде.

Компенсация, определяемой Э.Д.С., возможна в том случае, если падение напряжения на всем реохорде U_AB будет больше Е₁ , то есть должно выполняться условие Е >Е₁. Учитывая, что , получим:

. (7)

38

Переключив ключ П на исследуемый источник и добившись компенсации, aналогичным образом получим: и, соответственно,

(8)

Замечая, что величины I, , S в уравнениях (7) и (8) одинаковые, можно получить соотношение

. (9)

4.3 Порядок выполнения работы

1. Собрать цепь по схеме, изображенной на рис.3, строго соблюдая полярность подключения источников тока. Приступать к проведению измерений до проверки схемы преподавателем категорически запрещается.

2. На магазине сопротивлений набрать 10 000 Ом.

3. Замкнуть переключатель П на эталонный элемент Е₁.

4. Замкнуть ключ К₁.

5. На короткое время замыкая и размыкая ключ К₂ (кнопку), передвигать ползунок до тех пор, пока стрелка гальванометра установится на нуль.

6. Разомкнуть ключ К₂.

7. На магазине сопротивлений установить нуль, этим самым повышая чувствительность схемы, снова добиться отсутствия тока в цепи гальванометра.

8. Определить по линейке реохорда длину l₁=AC₁.

9. Переключить ключ П на исследуемый элемент Е₂ и повторить действия пунктов 2) – 7).

10. Определить по линейке длину l₂=AC₂ .

11. Опыт повторить три раза и результаты измерений записать в таблицу 1.

39

Таблица 1.

№ пп	Е1, В	l1, см	l1, см	l2, см	l2, см	E2, B	E2, B	
1.
2.
3.
Ср.