![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Определение ЭДС методом компенсации
Сущность метода компенсации ЭДС состоит в следующем. Рассмотрим принципиальную электрическую схему, представленную на рис. 32.1. Источник тока с ЭДС E подключается к реохорду AB, а исследуемый элемент с ЭДС Ex присоединяют к началу реохорда A и через чувствительный гальванометр Г к подвижному контакту реохорда С. При этом необходимо выполнить два условия: 1) ЭДС элемента E должна быть больше ЭДС элемента Eх, 2) к точке А реохорда элементы подключаются одинаковыми полюсами. Так как Е > Еx, то на реохорде АВ всегда будет такая точка, разность потенциалов между которой и точкой А будет равна электродвижущей силе исследуемого элемента. Перемещая контакт С вдоль реохорда, ищут такое его положение, при котором в контуре AFГС с элементом Еx тока не будет. При этом происходит компенсация падения напряжения на участке АС реохорда и подключенной к этому участку электродвижущей силы Еx. Отсутствие тока в гальванометре становится возможным только при соединении источников ЭДС в схеме одноименными полюсами. В этом случае ток I2, который ответвился бы в контур AFГС при отсутствии в нем элемента Еx, и ток I1, индуцированный элементом Еx, текут в противоположных направлениях. Ток I2 – от “плюса” (точка А) через точки F и Г к “минусу” (точка С), т.е. против часовой стрелки. Ток I1 – от “плюса” к “минусу” элемента Еx, т.е. по часовой стрелке). При компенсации токи I1 и I2 становятся равными по величине, и суммарный ток через гальванометр не идет. При условии, что ЭДС Еx скомпенсирована, ток I в контуре AODB не разветвляется и равен:
где RAODB – полное сопротивление контура AODB. Обозначим rx сопротивление участка цепи между точками А и С. Тогда разность потенциалов VA - VC между точками А и С:
Следовательно, электродвижущая сила Еx исследуемого элемента равна:
Если заменить исследуемый элемент нормальным элементом Вестона, электродвижущая сила Еn которого известна, и вновь добиться отсутствия тока в контуре AFГС, можно получить:
Разделив выражение (32.3) на выражение (32.4), имеем:
Таким образом, сравнение электродвижущих сил двух элементов может быть практически сведено к сравнению двух сопротивлений, использованных при компенсационных измерениях. Метод компенсации для определения ЭДС обладает рядом важных преимуществ. Во-первых, сила тока через элементы, ЭДС которых сравниваются между собой, близка к нулю. Точность измерений ограничивается ценой деления гальванометра, которая соответствует 10-6 – 10-7 А у различных типов стрелочных гальванометров. Поэтому падения напряжения внутри элемента, снижающего значение измеренной на полюсах элемента разности потенциалов, практически нет. Не существенным является и падение напряжения в проводах, соединяющих элемент с измерительной схемой. Во-вторых, при компенсационном методе гальванометр работает как нулевой прибор и градуировка его шкалы в результат измерений не входит. Наконец, величина ЭДС вспомогательной батареи Е также не входит в окончательный результат. Необходимо лишь, чтобы величина ее ЭДС во время измерений была постоянной. Рабочая схема для измерения ЭДС источника напряжения методом компенсации показана на рис. 32.2.
В контур APQNC включены сопротивление R 0, источник Ex, величину ЭДС которого следует измерить, ключ K 2 и гальванометр Г. Контакт C может свободно перемещаться по струне реохорда. Ключ K 2 при замыкании может находиться либо в положении 1, тогда в цепь включается элемент E n , либо в положении 2, тогда в цепь включается исследуемый источник E x. Большое сопротивление R 0 необходимо включать в схему по следующей причине. Если в цепь включается нормальный элемент Вестона, то этот источник напряжения сохраняет неизменной свою ЭДС с точностью до шестого знака (при постоянной температуре) только в том случае, когда через источник течет ток, не превышающий 10-4 А. В противном случае нормальный элемент поляризуется и его ЭДС уменьшается. Кроме того, большое сопротивление R 0 служит для защиты чувствительного гальванометра Г от слишком больших токов при включении его в момент сильной раскомпенсации схемы. Рассмотрим процесс измерения ЭДС по схеме рис. 32.2. Ключ K 2 включен в положение 1. При этом в схему включается нормальный элемент. Перемещая контакт C вдоль струны реохорда, добиваются отсутствия тока в гальванометре. Гальванометр имеет свой ключ К г . Включать этот ключ надо на очень непродолжительное время, чтобы убедиться, что компенсация в схеме еще не достигнута. При достижении компенсации ЭДС нормального элемента будет в точности равна падению напряжения на участке струны реохорда AC, сопротивление которого мы обозначим r n. Переключим теперь ключ K 2 в положение 2. Этим самым мы включаем в цепь измеряемый источник напряжения E x. Передвигая контакт C на реохорде, необходимо добиться компенсации ЭДС E x на новом сопротивлении r x. Если струна реохорда однородна, то
Таким образом, измерение ЭДС сводится к измерению длин
|