2. Опис схеми вимірювання

Практична схема вимірювань містка Уітстона відрізняється від принципової схеми, зображеної на рис. 1, тим, що в ній ві­домим опором є магазин опорів. У схемі використовується стрілочний гальванометр магнітоелектричної системи, в якому нульова поділка знаходиться посередині шкали і стрілка може відхилятися в обидві сторони. Оскільки опори ділянок реохорда АД і ДС пропорціональні їх довжинам згідно з формулою , то відношення можна замінити на і співвідношення (1) приймає вигляд:

. (5)

3. Порядок виконання роботи

1. Зібрати схему згідно з рис. 1.

2. Встановити на середину реохорда контакт Д і включити в мага­зині опір у декілька десятків Ом. Замкнути на короткий час коло. При цьому стрілка гальванометра відхилиться від нуля.

3. Поступово змінюючи величину опору в магазині, домогтись міні­мального відхилення стрілки гальванометра при нерухомому кон­такті Д.

4. Переміщенням контакту Д вивести стрілку гальванометра на нуль. В цьому положенні відрахувати по масштабній лінійці реохор­да довжини та .

5. Такі вимірювання провести для кожного з двох опорів та , а також при їх послідовному та паралельному з'єднанні. Обчис­лити виміряні опори за формулою (5).

6. Перевірити формули:

7. Оцінити похибки вимірювань.

3.05 Вимірювання електрорушійної сили методом компенсації

1. Теоретичні відомості.

Я к відомо, електрорушійна сила джерела струму не може бути виміряна за допомогою звичайного вольтметра, підключеного до його клем, оскільки сам принцип дії вольтметра передбачає наявність струму в колі (рис. 1).

Тому виміряна вольтметром різ­ниця потенціалів на клемах джерела струму буде менша, ніж електрорушійна сила Е, на величину спаду напруги на внут­рішньому, опорі джерела:

(1)

д

Рис. 1.

е – сила струму в колі, яке складають джерело струму і приєднаний до нього вольтметр.

Визначення електрорушійної сили (ЕРС) джерела постійного струму звичайно проводиться шляхом її порівняння з еталоном ЕРС, у ролі якого використовується гальванічний елемент з відо­мою ЕРС, який називається нормальним елементом. Найбільш широке поширення як нормальний елемент набув ртутно-кадмієвий гальва­нічний елемент Вестона, ЕРС якого дуже мало змінюється з часом, слабо залежить від температури і при температурі 20°С дорівнює 1,0183 В.

Порівняння електрорушійних сил досліджуваного джерела струму і нормального елемента здійснюється на основі компенса­ційного методу, який ґрунтується на компенсації (зрівноваженні) вимірюваної ЕРС напругою, яка створюється на відомому опорі струмом від допоміжного джерела. Принципова компенсаційна схема зображена на рис. 2, де АВ – реохорд (дротина з великим питомим опором, натягнута вздовж масштабної лінійки); та – джерела постійного струму (елементи), з яких – досліджуване джерело струму; Г – гальванометр, Д – ковзаючий контакт, який можна переміщувати по реохорду. Елементи та підключені до точки А реохорда однойменними полюсами.

Суть методу компенсації полягає в тому, щоб домогтись, перемі­щуючи контакт Д по реохорду, рівності нулю сили струму через гальванометр. В такому випадку напруга (різниця потенціалів) на ділянці реохорда АД, яка створюється джерелом , дорів­нює ЕРС елемента (компенсує ЕРС елемента ). При відсут­ності струму на ділянці АГД різниця потенціалів на затискачах джерела дорівнює його ЕРС і чисельно рівна з протилежним знаком різниці потенціалів на ділянці реохорда АД, створеній джерелом . Потенціал електричного поля на ділянці АД зменшується від точки А до точки Д, а на ділянці, що склада­ється з джерела і гальванометра Г, потенціал зменшується в протилежному напрямі. Це означає, що результуючий ефект дії протилежних за напрямком електричних полів, створених джерелами і ,у вітці АГД дорівнює нулю.

На основі другого правила Кірхгофа (див. лаб. Роботу №2.05) можна показати, що при відсутності струму через гальванометр напруга на ділянці рео­хорда АД дорівнює ЕРС джерела струму . Дійсно, для контура АГДА (рис.2) можна написати:

, (2)

де – внутрішній опір елемента, – опір ділянки АД рео­хорда, та – опори відповідно гальванометра і з’єднувальних провідників, та – струми на ділянках контура. Якщо струм через гальванометр , то, як видно з виразу (2),

(3)

При заміні досліджуваного елемента нормальним, елементом, Е.Р.С. якого відома і дорівнює , аналогічно при

(4)

де – опір ділянки АД, необхідний для того, щоб струм не проходив через гальванометр при наявності на ділянці АГД нормаль­ного елемента. При цьому струм через реохорд АВ залишається попереднім і рівним , тому, що на ділянці АГД струм .

Поділивши (3) на (4), дістанемо:

(5)

Оскільки опори та пропорційні відповідним довжинам та ділянки реохорда АД ( ), то остаточно маємо:

. (6)

На виразі (6) і базується метод порівняння ЕРС двох елемен­тів та .