42144

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИИ

Лабораторная работа

Физика

Для существования стационарного тока в цепи необходим какой-нибудь источник энергии электродвижущей силы ЭДС который способен поддерживать электрическое поле. В источнике ЭДС перемещение носителей заряда производится с помощью запасенной энергии. Рассмотрим замкнутую цепь состоящую из источника ЭДС и нагрузки внешней цепи. Таким образом ЭДС это физическая величина численно равная работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда по замкнутой цепи.

Русский

2013-10-27

51 KB

21 чел.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА  № 3 – 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ                                         МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИИ

         Цель работы  изучить компенсационный метод измерения электродвижущей силы источника тока.

ПОСТАНОВКА  ЗАДАЧИ

Для существования стационарного тока в цепи необходим какой-нибудь источник энергии (электродвижущей силы  - ЭДС),  который способен поддерживать электрическое поле. В источнике ЭДС перемещение носителей заряда производится с помощью запасенной энергии. Например, в аккумуляторе используется энергия химической реакции.

Рассмотрим замкнутую цепь, состоящую из источника ЭДС и нагрузки (внешней цепи). Перемещение зарядов во внешней части электрической цепи происходит под действием электростатических сил. Перемещение заряда внутри источника происходит против электростатических сил под действием сторонних сил. Заряд, вернувшись в первоначальную точку и совершив полный цикл по замкнутой цепи, не изменяет своей потенциальной энергии.

Согласно закону сохранения энергии, а также закону Джоуля-Ленца, сторонние силы за время t совершают работу

                                                А = W = I2Rt + I2rt,              (1)

где I  ток в цепи, R, r  сопротивления внешнего и внутреннего участков цепи, соответственно.

Так как перенесенный за время t заряд q = It, то

                                                А = W = q I R + q I r.    (2)

Работа по перенесению единичного заряда по замкнутой цепи численно равна

                                               E = .               (3)

И мы пришли к закону Ома для полной цепи.

 Таким образом, ЭДС это физическая величина, численно равная работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда по замкнутой цепи.

Из уравнения (3) следует, что измеряемое напряжение во внешней цепи (падение напряжения) всегда меньше ЭДС:

U = I R = E  I r     (4)

Поэтому точное измерение ЭДС нельзя произвести обычным вольтметром, т. к. он требует наличия тока в цепи, а  измеренная им разность потенциалов будет равна U, то есть меньше, чем ЭДС. В тех случаях, когда внутреннее сопротивление вольтметра велико, ток в его цепи  мал. Тогда можно принять U  E.

В данной работе ЭДС измеряется компенсационным методом, при котором ток через источник ЭДС равен нулю. Определение неизвестной ЭДС производится путем сравнения ее с известной ЭДС эталонного источника с помощью компенсационной схемы.

.

ОПИСАНИЕ  ЛАБОРАТОРНОЙ  УСТАНОВКИ

Принципиальная схема установки для измерения ЭДС методом компенсации приведена на рис. 1.

 

                                                               

                                                                                                           

                                                                         

                                                                

                                                      

                                                     Рис. 1

         ЭДС блока питания E П больше ЭДС эталонного E Э и неизвестного E Х. Переключателем П и ключом К включим вначале источник ЭДС  E Э в цепь. Обозначим токи узла А: I1, I2, I. В соответствии с первым правилом Кирхгофа

I1 = I2 + I.      (5)

Обозначим сопротивление источника ЭДС E Э и гальванометра R0, а участка потенциометра АВ  RЭ.

Составим уравнение на основании второго правила Кирхгофа для контура, содержащего источник

                                                    R0I2  RЭI =  E Э                                  (6)

Так как  для точки  А:  I = I1  I2, то

R0I2  Rэ(I1  I2)=  E Э..    (7)

Перемещая контакт В потенциометра, можно добиться равенства нулю тока в цепи гальванометра, так как источник ЭДС E Э и блок питания соединены встречно (плюс к плюсу). При I2 = 0 выражение (7) принимает вид

                                             Rэ I1 = E Э.                          (8)

Таким образом, если падение напряжения на участке АВ равно ЭДС эталонного источника, подключенного встречно, то ЭДС скомпенсирована.

Теперь, вместо E Э включим неизвестный источник ЭДС E Х. Передвигая контакт В, снова добиваемся равенства нулю тока, идущего через гальванометр. Теперь положение контакта В будет иное, чем при источнике E Э, а сопротивление участка АВ будет иметь другое значение Rx. Очевидно, что в этом случае будет соблюдаться условие

Rх I1 = E Э.      (9)

Сила тока на участке АВ будет равна I1 и в первом, и во втором случае, так как ток в цепь гальванометра не поступает (I2 = 0), а ток в цепи блока питания определяется величиной его ЭДС и всем сопротивлением цепи.

Так как потенциометр изготовлен из однородного провода, то сопротивления отдельных его участков относятся как их длины

      и       

Поделив (9) на (8), получим

                                                    E Х = E Э .                       (10)

Выражение (10) является расчетной формулой для определения неизвестной ЭДС.

ПОРЯДОК  ВЫПОЛНЕНИЯ  РАБОТЫ

ВНИМАНИЕ!  При измерениях нельзя долго держать цепь под нагрузкой.

  1.  Соберите схему согласно рис. 1. После проверки преподавателем собранной схемы приступите к выполнению работы.

Движок потенциометра R поставьте в среднее положение шкалы.

Переключателем П включите источник ЭДС E Э.

Замыкайте ключ К и наблюдайте показания гальванометра. Перемещением движка скомпенсируйте ток в гальванометре до нуля.

По шкале потенциометра R определите длину Э.

Поставьте движок потенциометра в среднее положение.

Измерение ЭДС повторите 5 раз.

То же проделайте для измерения ЭДС E Х , сменив переключателем П источник ЭДС E Э на источник ЭДС E Х.

Результаты измерений запишите в таблицу.

Таблица

1

2

3

4

5

Э

Х

Выведите формулу для абсолютной и относительной ошибки измерений неизвестной ЭДС (см. «Введение в лабораторный практикум»).

Окончательный результат запишите в виде

E Х = < E Х > <  E Х >; = ; = .

КОНТРОЛЬНЫЕ  ВОПРОСЫ  И  ЗАДАНИЯ

  1.  В чем заключается сущность метода компенсации?

При каких условиях ток в гальванометре может быть сведен к нулю?

В чем сущность сторонних сил?

Выведите расчетную формулу для определения ЭДС методом компенсации.

Покажите, что, измеряя вольтметром ЭДС источника, мы допускаем большую ошибку.

Дайте определение ЭДС, потенциала, разности потенциалов, напряжения.

Сформулируйте закон Ома для полной цепи.

Сформулируйте первое и второе правило Кирхгофа.

Нарисуйте схему установки и объясните ее работу.

6


 +    -   
EЭ

К

G

   +    -  Ex

RЭ      В

I

  I2                  I1            E п                     

А


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

44124. Проектирование районной понизительной подстанции 356.24 KB
  На данной подстанции по ПУЭ устанавливается 2 трансформатора, это делается из-за того что на ней присутствуют потребители I и II категории. Перерыв в электроснабжение которых для I категории допускается лишь на время автоматического восстановления питания, а для II категории – на время
44125. Оценка стоимости недвижимости. Анализ ипотеки в Барнауле и Алтайском крае 1.09 MB
  Мне было дано провести анализ по оценки объекта недвижимости в городе Барнаулея взял как примержилой дом находящегося по адресу: г. Оценка стоимости недвижимости процесс определения рыночной стоимости объекта или отдельных прав в отношении оцениваемого объекта недвижимости. Оценка стоимости недвижимости включает: определение стоимости права собственности или иных прав например права аренды права пользования и т. в отношении различных объектов недвижимости.
44126. Создание электронного библиотечного каталога 1.79 MB
  На практике это означает выполнение автоматизированной обработки новых поступлений в библиотеку; освобождение сотрудников от ряда рутинных работ по подготовке картотек изданий списков заказов писем отчетной документации; создание базы данных о поступлениях; осуществление операций по созданию и копированию тематических архивов литературы. Благодаря автоматизации с минимальными временными затратами можно выполнять следующие функции: предметный поиск информации по запросам читателей; обслуживание баз данных информационных и периодических...
44127. Проект управління якістю продукції в ВАТ “Поліграфкнига” 961 KB
  В ринковій економіці велике значення приділяється проблемам якості. За методами забезпечення конкуренція поділяється на цінову (конкуренція за рахунок зниження ціни) та нецінову, при якій за ту ж саму ціну виробник пропонує товар з більш високими якісними параметрами та комплексом послуг. Тільки якість може привернути увагу споживача
44128. Адольф Гитлер: политико-психологический портрет 353.5 KB
  Личность Адольфа Гитлера поэтому представляет и будет представлять собой особой интерес. Так как за всю историю XX века, пожалуй, не найти личность, о которой было бы сложено столько различных предрассудков и стереотипов.
44129. Построение и проверка локальной логической модели данных 524.5 KB
  Например объект работник безусловно является сущностью потому что любой работник существует независимо от того знаем мы его имя адрес и номер телефона или нет. Сведения об атрибутах Тип сущности Атрибут Описание Тип данных длина Ограничения Допустность NULL Производный Отдел Отдел_№ Уникальный идентификатор отдела компании Целое Первичный ключ нет нет Отдел_Имя Наименование отдела Символьный до 50 символов нет нет Тел_№ Номер телефона отдела Символьный фиксированный 13 символов Альтернативный ключ нет нет Факс_№ Номер факса...
44130. Государственное регулирование бюджетного процесса на федеральном и региональном уровнях 419 KB
  Центральное место в финансовой системе любого государства занимает государственный бюджет - имеющий силу закона финансовый план государства (роспись доходов и расходов) на текущий (финансовый) год. Новый Бюджетный кодекс Российской Федерации (БК РФ) определяет бюджет как «форму образования и расходования фонда денежных средств, предназначенных для финансового обеспечения задач и функций государства и местного самоуправления»
44131. Системний аналіз предметної області – процесу зборки регулятора напруги 143 KB
  Огляд методів моделювання й опису процесів. Методи імітаційного моделювання. Постановка задачі моделювання виробничого процесу зборки регулятора напруги. Розробка математичної моделі виробничого процесу зборки регулятора напруги.
44132. Правовое регулирование дарения в российском гражданском праве 481 KB
  Новое время изменившиеся экономико-правовое и социально-политическое направления развития государства требуют новых исследований связанных с развитием института дарения. Повышает актуальность исследования и распространенная практика совершения мнимых и притворных сделок под видом дарения с целью уклонения от уплаты налогов нарушения преимущественного права покупки участника общей долевой собственности и пр. Объектом исследования моей дипломной работы являются общественные действия и процессы связанные с договором дарения.