| Цель: | изучить компенсационный метод измерения ЭДС источника тока. | ||
| Оборудование: два источника постоянного тока, два реостата, вольтметр, гальванометр. |
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.
| ||||
| 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.
| ЭДС источника тока, В | |||
| Измерение вольтметром | Измерение методом компенсации | ||
| r << R | r ~ R | r << R | r ~ R |
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
