Источника тока методом компенсации

Источники тока служат для поддержания электрического тока в цепи. Их основной характеристикой является электродвижущая сила. Электродвижущая сила (ЭДС) источника тока e (В) численно равна работе, совершаемой сторонними силами (силами неэлектрического происхождения) по перемещению заряда +1 Кл по электрической цепи.

U = e – I r,

где U — напряжение на полюсах источника тока; I — сила тока в цепи; r — внутреннее сопротивление источника тока.

Из этого выражения видно, что измеренное вольтметром напряжение меньше реального значения ЭДС. Если сопротивление вольтметра велико, то падение напряжения внутри источника тока мало, и тогда измеренное напряжение близко к значению ЭДС. Напряжение будет точно совпадать со значением ЭДС только в случае, когда сила тока в электрической цепи равна нулю. Это условие положено в основу измерения ЭДС методом компенсации.

При измерении ЭДС данным методом два источника тока подсоединяются друг к другу одноименными полюсами (рис. 1). При этом токи первого и второго источников направлены навстречу друг другу. При равенстве токов стрелка гальванометра не будет отклоняться.

	Рис. 1

В лабораторной установке (рис. 2) измеряется ЭДС источника тока, внутреннее сопротивление которого, искусственно увеличено добавочным сопротивлением r. К нему подключен другой источник тока, напряжение на выходе которого регулируется потенциометром R. При равенстве нулю тока, проходящего через гальванометр G, вольтметр V показывает напряжение, равное значению ЭДС.

	e
	Рис. 2

Порядок выполнения работы

Задание 1. Измерение ЭДС вольтметром

1. Получить допуск у преподавателя.

2. Подключить вольтметр V к источнику тока. Перевести ключ K ₁ в положение 2. Ключ K ₂ разомкнуть.

3. Определить значение ЭДС при r << R. Для этого, перемещая движок реостата r, установить минимальное внутреннее сопротивление источника тока. Показание вольтметра при этом будет максимальным. Записать значение ЭДС в таблицу.

4. Определить значение ЭДС источника тока при r ~ R. Для этого, перемещая движок реостата r, установить максимальное значение внутреннего сопротивления источника тока. Записать значение ЭДС в таблицу.

5. Представить результаты измерений в виде: e = e ± De; de = …% (см. введение).

e = ±; de =

Задание 2. Измерение ЭДС методом компенсации

1. Установить движок реостата R в среднее положение. Замкнуть ключ K ₂. Перевести ключ K ₁ в положение 1.

2. Перемещая движок реостата R, добиться нулевого показания гальванометра G. Занести показания вольтметра в таблицу.

3. Установить минимальное значение сопротивления r. Занести показания вольтметра в таблицу.

4. Рассчитать абсолютную и относительную погрешности измерения ЭДС (см. введение).

5. Представить результаты измерений в виде: e = e ± De; de = …%

e = ±; de =

Сравните результаты измерений ЭДС вольтметром и методом компенсации. Объясните их различие.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение ЭДС источника тока. Единицы измерения в СИ.

2. Сформулируйте закон Ома для полной цепи.

3. В чем заключается метод измерения ЭДС вольтметром?

4. В чем заключается компенсационный метод измерения ЭДС?

5. Почему измерения ЭДС методом компенсации является более точным, чем при подключении вольтметра?

Лабораторная работа 7