Порядок выполнения задания

1. Подключите вольтметр к источнику тока с ЭДС, равной (рис. 1). Запишите показания вольтметра, считайте .

2. Измерьте таким же образом ЭДС второго источника , а также ЭДС двух источников, соединенных последовательно и параллельно (рис.23.2) между собой.

3. Определите по шкале вольтметра его сопротивление , класс точности и предел измерения .

4. Результаты всех измерений занесите в таблицу 1 рабочей тетради.

Измерение эдс методом известных сопротивлений

Источник тока включается последовательно с амперметром и магазином сопротивлений, позволяющим вводить в цепь различные сопротивления (рис.23.3)

Рис.23.3

Закон Ома для данной цепи будет иметь вид:

, (4)

где- сопротивление амперметра; - сопротивление магазина; - сила тока в цепи.

Выразим из (4):

(5)

Из (5) видно, что зависимость между и представляет собой уравнение прямой, значение углового коэффициента которой равно . Поэтому, измерив ряд значений тока при различных сопротивлениях на магазине М и построив график зависимости от (рис.23.4), находят ЭДС источника тока, как угловой коэффициент прямой.

Рис.23.4

Для этого выбирают любые две точки 1 и 2 на графике и, взяв соответствующие им значения и , находят ЭДС по формуле

(6)

По графику рис.4 можно определить также внутреннее сопротивление источника тока . Из формулы (5) следует, что при - это точка пересечения графика с осью . Зная , находят

(7)

Примечание.

Для определения ЭДС по формуле (6) можно было бы провести измерение тока только при двух сопротивлениях и . Однако это снизит точность результатов. Построение же графика по многим точкам уменьшает ошибку метода.

Недостаток метода: достаточно громоздкий способ расчета.

Порядок выполнения задания.

1. Соберите цепь по схеме рис. 23.3. В качестве источника тока подключите источник . Подберите на магазине такое сопротивление, чтобы миллиамперметр показывал максимальный ток (но стрелка прибора не должна выходить за пределы шкалы). Измерьте этот ток.

2. Увеличивая сопротивление, произведите еще не менее четырех измерений тока.

3. Определите по шкале миллиамперметра предел измерения прибора , класс точности и сопротивление прибора.

4. Результаты измерений запишете таблицу2 рабочей тетради.

5. Рассчитайте ЭДС неизвестного источника и его внутреннее сопротивление по формулам (6) и (7).

6. Результаты расчетов занесите в таблицу 3 рабочей тетради.

Измерение эдс источника методом компенсации

Наиболее точным методом измерения ЭДС является компенсационный метод. Сущность этого метода заключается в том, что измеряемая ЭДС уравновешивается (компенсируется) падением напряжения, которое создается на известном сопротивлении током от постороннего источника. Рассмотрим электрическую схему этого метода (рис.23.5). ЭДС вспомогательного источника должна быть больше неизвестной ЭДС , т.е. . Оба источника тока соединены в точке одноименными полюсами. Передвигая движок реостата , можно добиться отсутствия тока на участке цепи , что фиксируется показанием гальванометра (стрелка устанавливается на ноль). По закону Ома для неоднородного участка цепи

, (8)

где – сила тока на этом участке; – ЭДС источника на участке цепи; - разность потенциалов на концах участка; – его полное сопротивление.

На нашем участке , тогда из (8) следует:

(9)

В этом случае ЭДС компенсируется разностью потенциалов на сопротивлении .

Для однородного участка из (8) вытекает:

(10)

Из (9) и (10) получим:

(11)

Заменив источник эталонным источником , ЭДС которого известна, добиваются отсутствия тока через источник с .

Тогда уравнение (11) можно записать для

, (12)

где – сопротивление участка , при котором произошла компенсация ЭДС эталонного источника.

Ток в выражениях (11) и (12) одинаков и выражается формулой

, (13)

так как при отсутствии тока через гальванометр весь ток от вспомогательного источника протекает по контуру , содержащему реостат, сопротивление которого не зависит от положения движка . Разделив (11) на (12), получим: , откуда (14)

Так как , где – удельное сопротивление материала проволоки, а и – соответственно ее длина и сечение, то отношение , потому что и одинаковые для и . Для реостата отношение длин проволоки можно заменить отношением – плеч реостата (плечо – участок реостата от точки до ползунка ), так как плотность и диаметр намотки проволоки постоянные. В этом случае формула (14) примет вид:

(15)

Достоинства метода: он достаточно точен, что объясняется высокой чувствительностью современных гальванометров, кроме того, он позволяет автоматизировать процесс измерения. Недостаток в том, что необходимо иметь источник тока, ЭДС которого хорошо известна и не меняется со временем.