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

22 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

47966. Цивільне процесуалне право 1000.5 KB
  Цивільне процесуальне право як галузь права це сукупність правових норм що регулюють діяльність суду загальної юрисдикції осіб які беруть участь у справі та інших учасників цивільного процесу щодо здійснення правосуддя у цивільноправових спорах щодо справ наказного окремого провадження а також такі що виникають у звязку із цією діяльністю суспільні відносини щодо розгляду та вирішення зазначених категорій справ1. Цивільний процес це сукупність процесуальних дій суду інших осіб які беруть участь у справі а також інших...
47967. Українська мова (за професійним спрямуванням) 544.5 KB
  Усі слова що вживаються в якійсь мові становлять її лексику від грецьк. Слова можуть називати предмети явища ознаки дії і стан тощо. Співвіднесеність слова з певним поняттям явищем дійсності називається лексичним значенням слова. Наприклад слово росинка є назвою поняття âкрапля водиâ слово пресумний означає âдуже сумнийâ лексичне значення слова розяснювати словник визначає як âробити щонебудь ясним зрозумілим; пояснюватиâ.
47969. Лекції з анатомії, фізіології дитини з основами генетики 544 KB
  Далі прибавки росту в довжину щороку зменшуються і в дошкільному віці становлять 7 8см а в дітей молодшого шкільного віку ще менше в середньому 4 5см за рік. Неодмінною умовою яка може забезпечити всебічний як фізичний так і психічний розвиток дитячого організму є правильна постановка фізичного виховання навчальних занять ігор та трудової діяльності дітей з урахуванням їх вікових анатомофізіологічних особливостей. Завдання педагогів використати у справі виховання і навчання дітей усі можливості які надають розвитку людського...
47970. МЕНЕДЖМЕНТ ПЕРСОНАЛУ 719.5 KB
  Курс Менеджмент персоналу є складовою частиною циклу професійноорієнтованих дисциплін підготовки магістра спеціальності. Предметом курсу є системно організований процес відтворення й ефективного використання персоналу організації. Метою вивчення дисципліни âМенеджмент персоналуâ є формування системи знань з теорії та практики керування персоналом різноманітних організацій функціонуютьу сфері економіки України.
47971. Політична економія 451 KB
  Розширення самостійності підприємств роздержавлення власності поява її різноманітних форм дозволяє перетворити більшість учасників суспільного виробництва в реальних господарів. Предметом політичної економії є сукупність економічних відносин які виникають в процесі виробництва обміну розподілу і споживання благ. Вона аналізує ціни окремих товарів витрати на їх виготовлення оптимальне співвідношення ресурсів...
47972. 1С: Бухгалтерія 7.7 218.83 KB
  Операції і проведення.1 Операції і проведення.6 Параметри операції. Якщо кінцевий користувач має доступ до констант то це вікно може бути викликано будь яким пунктом меню кнопкою панелі інструментів або через системне меню âОпераціїâ.
47973. Аграрна політика. Курс лекцій 2.2 MB
  Соціальноекономічний стан аграрного виробництва. Сучасний стан і тенденції розвитку аграрного виробництва Державна політика щодо сільськогосподарського виробництва у період існування Радянського Союзу Економіці належить виняткова роль у забезпеченні життя суспільства як сфери виробництва і відтворення матеріальних благ.
47974. Концепція проекту. Визначення і сутність інвестиційного проекту діяльності 277.5 KB
  Концепція проекту План лекції: Визначення і сутність інвестиційного проекту діяльності. Структура інвестиційного проекту.Життєвий цикл проекту та його кроки 4.Визначення і сутність інвестиційного проекту діяльності Проект є організаційною формою реалізації процесу інвестування.