Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Метод измерений и описание аппаратуры



Введение

Для определения ЭДС источника методом компенсации используются следующие физические величины: разность по­тенциалов j1 - j2, ЭДС e и напряжение U. Эти величины по определению, соответственно, равны

  (1)

где Eкул - напряженность электростатического поля; Eстор - напряженность поля сторонних сил; U1-2- напря­жение на участке цепи 1-2; j1 - j2 - разность потенциа­лов на участке цени 1-2; e1-2 - ЭДС, действующая на участке цепи 1-2.

Разность потенциалов численно равна работе, совершае­мой силами электростатического поля по перемещению еди­ничного положительного заряда. Электродвижущая сила численно равна работе, совершаемой сторонними силами по перемещению единичного положительного заряда. Напряже­ние на данном участке цепи численно равно работе, совершае­мой сторонними и электростатическими силами при переме­щении единичного положительного заряда на зтом участке.

Напряжение на участке цепи равно разности потенциалов только в том случае, еслн на зтом участке нет ЭДС. Такой участок цепи называют однородным или пассивным участком. Если на участке цепи содержится ЭДС, то такой участок цепи называют неоднородным или активным участком.

Закон Ома для замкнутой цепи:

или (2)

где e - ЭДС источника тока; R - внешнее сопротивление цепи: r -внутреннее сопротивление источника тока; I - си­ла тока.

Из формулы (2) видно, что использовать вольтметр для измерения ЭДС источника, подключив его непосредственно к клеммам источника нельзя, так как сам вольтметр при этом образует внешний участок цепи с сопротивлением R, и его показания будут отличаться от ЭДС на величину Ir. Оче­видно, чем выше сопротивление вольтметра по сравнению с сопротивлением источника, тем меньше отличие между пока­занном вольтметра IR и e ЭДС источника и это различие принципиально нельзя свести к нулю.

Метод непосредственного измерения ЭДС вольтметром обладает еще одним недостатком: многие гальванические элементы из-за явления поляризации электродов при нали­чии тока в цепи изменяют величину своей ЭДС.

Метод компенсации является одним из самых точных методов определения электродвижущей силы, так как в этом случае ток, текущий через источник с неизвестной ЭДС eх компенсируется током от какого-либо внешнего источника ЭДС e и при этом разность потенциалов на зажимах не­известного источника будет равна его ЭДС.

Метод измерений и описание аппаратуры



Принципиальная схема установки, служащей для измере­ний, изображена на рис. 1. В цепи реохорда АВ создается по­стоянный ток источником питания с электродвижущей силой e, которая должна быть заведомо больше электродвижущей силы eх исследуемого источника.

Исследуемый источник ЭДС eх присоединяется через гальванометр G к движку D и концу А реохорда АВ таким образом, чтобы источник питания и исследуемый источник были включены навстречу друг другу. Только в этом случае возможна компенсация плеч AD и DB. Меняя

Подвижной контакт D реохорда АВ позволяет менять сопротивление его положение движка реохорда, добиваются такой величины со­противления


Rх плеча AD, при которой ток через исследуе­мый элемент eх будет равен нулю, на что укажет стрелка гальванометра G. Отсутствие тока в цепи гальванометра возможно только тогда, когда ЭДС исследуемого элемента eх уравновешивается или компенсируется падением потен­циала между точками A и Д, создаваемым током от элемен­та e:

eх = IRx . (3)

Так как сопротивление Rх пропорционально длине плеча lх,то можно записать

IRx =I a lx= eх , (4)

где a - коэффициент пропорциональности.

Если ток в цепи гальванометра отсутствует (см. рис. 1),то

eх = I(R1+r + R) ,eх =IRx ,  

где R - сопротивление реохорда АВ; R1 - сопротивление под­водящих проводов контура Аe BA, r—внутреннее сопротив­ление источника питания.

Тогда

(5)

Если вместо источника с ЭДС eх включить в цепь ис­точник с известным значением ЭДС, например, нормальный элемент Вестона с ЭДС eN, по аналогии с уравнением (5) можно написать

(6)

где RN - сопротивление плеча реохорда AD в случае включения в цепь элемента Вестона (или другого эталонного ис­точника).

Нормальный элемент Веетона предпочтительно использу­ется в компенсационных схемах такого типа, так как его ЭДС постоянна н при температуре 20° С равна 1,0183 В.



Разделив равенство (4) на (5), получим

(7)

Так как сопротивления Rx и RN пропорциональны соот­ветствующим длинам плеч реохорда lx и lN (см. (4)), то окончательно получим

(8)

Следовательно, экспериментально определив длины плеч реохорда в двух случаях: в случае включения в компенсаци­онную схему источника с неизвестной ЭДС ex и в случае включения источника с известной ЭДС eN можно по форму­ле (8) рассчитать ЭДС неизвестного источника ex .

В компенсационном методе роль измерительного прибора, гальванометра G, сводится не к измерению тока, а к установ­лению его отсутствия на участке цепи с источником неизвест­ной ЭДС. Поэтому в компенсационных схемах применяются очень чувствительные гальванометры (так называемые ноль-гальванометры).

Приборы и принадлежности: источник питания (выпрямитель стабилизированный ВС-26), нормальный эле­мент Вестона (или другой эталонный источник), исследуемый источник ЭДС (гальванический элемент или другие источни­ки ЭДС), потенциометр (или реохорд), гальванометр, ключ включения источника питания, ключ успокоения гальваномет­ра, переключатель.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с принци­пом работы компенсационной схемы и ее конкретным вопло­щением в данной лаборатор­ной работе, т. е. с монтаж­ной компенсационной схемой, представленной на рис. 2. Здесь К1 - ключ включения источника питания, К2 - ключ успокоения гальваномет­ра, К3 - переключатель для ввода в цепь попеременно эталонного и исследуемого ис­точников ЭДС. В лаборатор­ной установке реохорд АВ мо­жет быть метром АВ с движком D. При этом выводы расчетной

фор­мулы остаются справедливыми. Остальные обозначения соот­ветствуют обозначениям схемы, представленной на рис. 1.

2. Ознакомиться с эксплуатационными особенностями схе­мы (см. последующие пункты).

 

3. Замкнуть переключатель К3 e К1

(двойной ключ) на иссле­дуемый

элемент ex.

4. Замкнуть ключ К2.

1. Замкнуть ключ K1. A D

Замыкание ключей необходимо B

про­изводить только в вышеука- ex

занном порядке. В противном

случае, даже при правильном G

подборе положения движка рео- K2

хорда стрелка гальванометра бу-

дет резко отклоняться в момент K3

включения измеряемого источни-

ка вследствие отсутствия компен-

сирующего тока от источника пи- eN

тания e в рео­хорде АВ. Рис.2.

Цепь должна замыкаться только на короткое время во избежание неэкономного расходования источника напряже­ния.

6. Добившись полного отсутствия тока в цепи гальвано­метра G передвижением подвижного контакта реохорда, произвести измерение lx. Аналогичным образом измерить lN, замкнув элемент eN ключом K3. Измерения проделать 4—5 раз. Найти средние значения lx и lN. Полученные данные занести в табл.

Источники ЭДС Длина плеча реохорда l, мм. ЭДС неизвеситного источника, В
Среднее начение,
Эталонный            
Исследуемый            

7. Рассчитать значение eх по формуле, используя средние значения и . Результаты занести в таблицу.

8. Считая, что в работе преобладают приборные погреш­ности, определить предельную относительную погрешность измерений по формуле

(9)

где Dlx, DlN, DeNпогрешности измерений lx, lN и eN.

Задание по УИРС.

Определить ЭДС двух неизвестных источников тока, со­единенных последовательно и параллельно.


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2019 год. Все права принадлежат их авторам!