Теоретичні відомості та опис установки. Щоб визначити ЕРС двох елементів і невеликої різниці потенціалів, часто застосовують метод компенсації

 

Щоб визначити ЕРС двох елементів і невеликої різниці потенціалів, часто застосовують метод компенсації, що грунтується на вмиканні двох елементів різних ЕРС і полюсами назустріч один одному (рис. 14.1) і добиваються зникнення струму, що протікає через досліджуваний елемент (ЕРС повинна бути меншою, ніж ). Замість елемента ставлять батарею акумуляторів.

На рис. 14.1: G – чутливий гальванометр з нулем посередині; AB – реохорд з рухомим контактом D. Відсутність струму в колі гальванометра свідчить про те, що ЕРС елемента зрівноважується різницею потенціалів між точками A і D реохорда, тобто

(14.1)

де – струм у проводі реохорда, створений акумулятором .

 

Рис. 14.1.

 

Якщо замість досліджуваного елемента помістити інше джерело струму з точно відомим значенням ЕРС (у роботі використовується елемент Вестона, ) і знову переміщенням повзунка реохорда в деяку точку D₁ добитися відсутності струму в колі гальванометра, то, за аналогією з (14.1), дістанемо:

(14.2)

Струм у реохорді залишається незмінним, оскільки він створюється тим самим акумулятором .

Поділивши члени рівнянь (14.1) на (14.2), дістанемо співвідношення:

(14.3)

праву частину якого можна перетворити таким чином:

де – питомий опір проводу реохорда; , – довжини відповідно ділянок AD і AD₁; – площа перерізу дроту реохорда.

Із співвідношення (14.3) знаходимо ЕРС досліджуваного елемента:

(14.4)

де , .

Як видно з (14.4), вимірювання ЕРС методом компенсації фактично зводиться до вимірювання довжини ділянок реохорда і (ЕРС стандартного елемента звичайно відома з високою точністю). Тому цей метод порівняно з іншими методами вимірювання ЕРС дає змогу визначити ЕРС елемента з малою похибкою.

 

Порядок виконання роботи

 

1. Скласти схему (рис. 14.2): К₁ – комутатор, зо допомогою якого можна вмикати в коло потрібний елемент – невідомий або відомий ; G – гальванометр; К₂ – подвійний ключ, який спочатку замикає основне коло – коло батареї акумуляторів, а потім коло гальванометра G (це необхідно для захисту гальванометра від імпульсних струмів, які виникають у перший момент у колі батареї , оскільки в початковий момент компенсуючий струм відсутній); AB – дротина реохорда; D – рухомий контакт на реохорді.

 

Рис. 14.2.

 

2. Замкнути комутатор на клеми 3 і 5, під’єднуючи елемент з невідомою ЕРС. Натискуючи на ключ К₂, оцінити відхилення гальванометра і при малому його відхиленні зменшити опір.

3. Замкнути короткочасно ключ К₂ і пересунути контакт D так, щоб у колі гальванометра G струму не стало, тобто стрілка гальванометра при натисканні на ключ залишалася нерухомою. Виміряти відстань . Повторити операцію три – п’ять разів.

4. Перемкнути комутатор на клеми 4 і 6 і заміряти для елемента з відомою ЕРС. Вимірювання проводити так само, як і для елемента .

5. Обчислити значення за формулою (14.4), використовуючи середні значення і .

6. Визначити відносну, а потім абсолютну похибку .

7. Виміряти ЕРС паралельного і послідовного з’єднання батарей.

8. Перевірити відповідність теоретичних розрахунків результатам вимірювання послідовного та паралельного з’єднання батарей. Результати вимірювань записати в табл. 14.1.

 

№
Ср.

 

Контрольні запитання

 

1а. Сформулюйте правила Кірхгофа.

2а. Чому для підтримання сталої різниці потенціалів необхідні сили неелектричної природи?

1б. Назвіть умови існування електричного струму.

2б. Що таке ЕРС?

3б. При якому зовнішньому опорі корисна потужність набуває максимального значення? Чому дорівнює ККД такого кола? Яким повинен бути зовнішній опір, щоб схема працювала найефективніше?

[2, с. 102 – 104; 4, с. 206 – 209]

 

Варіант
Задача	10.23	10.24	10.25	10.26	10.27	10.28	10.29	10.30	10.31	10.32

 

Лабораторна робота №15

ВИМІРЮВАННЯ ОПОРУ МЕТОДОМ МОСТА

ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

 

Мета роботи – освоїти мостовий метод визначення опору провідників.

Прилади і матеріали: реохорд, набір резисторів, магазин резисторів, гальванометр, джерело струму.