Теоретическое введение. Электродвижущей силой источника тока (ЭДС), действующей в цепи, называется физическая величина, численно равная работе сторонних сил по перемещению единичного

Электродвижущей силой источника тока (ЭДС), действующей в цепи, называется физическая величина, численно равная работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда по всей цепи:

.

Метод измерения, в котором неизвестная измеряемая величина компенсируется (уравновешивается) однородной с ней известной величиной так, что в результате они не оказывают действия на указатели измерительных приборов, называется компенсационным методом. Компенсационный метод применяется для измерений ЭДС, напряжений, токов, температуры и т. д.

Определение ЭДС испытуемого источника тока производится обычно путем ее сравнения с известной ЭДС так называемого нормального элемента, отличающегося высокой стабильностью.

Принципиальная схема для измерения ЭДС источника методом компенсации изображена на рис. 1.

Нормальный элемент GB3 подключается с помощью переключателя SA к реохорду аb (проволочному реостату) так, чтобы его отрицательный полюс был соединен с точкой а реохорда, то есть с отрицательным полюсом батареи GB4, а положительный - с подвижным контактом (точкой с) реохорда ав (испытуемые элементы GB1 и GB2 при этом отключены). По участкам цепи ас, свS2a и сdfa текут токи I ₁, I и I ₂. Применяя первый закон Кирхгофа к узлу с и второй закон Кирхгофа к контуру cdfa, получим:

I - I ₁ - I ₂ =0, (1)

I ₁ ∙ R ₁ - I ₂ ∙ R ₀ = E _n, (2)

где R ₀ - сопротивление участка cdfa цепи; R ₁ - сопротивление участка ac реостата длиной L ₁.

Выражая из (1) I ₁ = I - I ₂ и подставляя в уравнение (2), получим

R ₁ ∙ (I - I ₂) - I ₂ ∙ R ₀ = E _n. (3)

Перемещая подвижный контакт (ползунок реохорда), можно найти такое его положение, при котором ток I ₂ будет равен нулю (стрелка гальванометра РА устанавливается на нуле). Тогда соотношение (3) примет вид:

I ∙ R ₁ = E _n. (4)

Это значит, что ЭДС нормального элемента при отсутствии тока I ₂ компенсируется падением напряжения на участке ас реостата, по которому идет ток силой I = E / R, где R - сопротивление контура асbS2a; E – ЭДС элемента GB4.

Точно так же компенсируется ЭДС испытуемых элементов GB1 и GB2. Для этого переключателем SA вместо нормального элемента GB3 в цепь включается элемент GB1 либо GB2, либо элементы GB1 и GB2, соединенные параллельно или последовательно (по схемам а, б, в рис. 1). Передвигая подвижный контакт с, снова добиваются равенства нулю силы тока, идущего через гальванометр, сопротивление участка реостата ас длиной L ₂ будет иметь значение R ₂. В этом случае должно выполняться условие, аналогичное условию (4):

I ∙ R ₂ = E _x. (5)

Взяв отношение (5) и (4) получим: , следовательно

. (6)

Так как R ₂/ R ₁= L ₂/ L ₁, то соотношение (6) примет вид:

, (7)

где L ₂/ L ₁ - отношение длин соответствующих участков реохорда.

Таким образом, зная ЭДС нормального элемента E _n и отношение L ₂/ L ₁, можно определить ЭДС испытуемого элемента E _x.

Следует обратить внимание на то, что в этой схеме гальванометр регистрирует отсутствие тока, а не измеряет его, и поэтому точность компенсации не зависит от класса точности прибора, а зависит только от его чувствительности.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: