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

13844. Алгоритм и критерии выбора проектов девелопмента. Использование приемов оценки недвижимости при реализации проектов девелопмента 35 KB
  Алгоритм и критерии выбора проектов девелопмента. Использование приемов оценки недвижимости при реализации проектов девелопмента. Инициатором и организатором проектов развития недвижимости является как правило девелопер. При реализации какоголибо проекта девел...
13845. Арендные отношения в сфере недвижимости 50 KB
  Арендные отношения в сфере недвижимости. Арендная плата ее экономическая природа факторы состав и способы определения. Использование методов оценки стоимости недвижимости для определения уровня арендной платы. Аренда право возмездного владения и/или пользования ч...
13846. Внешние эффекты на рынке недвижимости. Способы управления внешними эффектами: теоретические основы и практические проблемы 30.5 KB
  Внешние эффекты на рынке недвижимости. Способы управления внешними эффектами: теоретические основы и практические проблемы. Внешние эффекты от использования недвижимости влияние способа использования недвижимости на интересы третьих лиц собственников и пользоват
13847. Государственные и муниципальные инвестиции и их роль в развитии экономики. Проблема оценки эффективности государственных инвестиций 32 KB
  Государственные и муниципальные инвестиции и их роль в развитии экономики. Проблема оценки эффективности государственных инвестиций. Участие государства в инвестиционном процессе реализуется по двум основным направлениям. С одной стороны государство выступает в ка
13848. Гос. кадастровый учет земель: состояние, перспективы развития, роль в процессе управления недвижимостью 32.5 KB
  Гос. кадастровый учет земель: состояние перспективы развития роль в процессе управления недвижимостью. Гос. кадастровый учет действия уполномоченного органа по внесению в гос. кадастр сведений о недвижимом имуществе. Сведения позволяют идентифицировать объект ка
13849. Есть ли будущее у мышления 20.84 KB
  Философия это наука помогающая сформировать целостную картину мира. Она занимается поиском ответов на вопросы о существовании Бога об отношении человека и мира о принципах бытия. Вообще термину философия нельзя дать однозначного определения одни определяют философ
13850. Философия и трагичность человеческого бытия 18.64 KB
  Философия и трагичность человеческого бытия не хорошо и не плохо нет ни дорог ни подвоха. безосновательна наверняка метафизическая тоска метафизическая тоска Музыкальный коллектив Atlantida projet Я забыл о своем хомяке на балконе и три дня не кормил его. Ко...
13851. Анализ романа Алекса Гарленда «Пляж» 27.1 KB
  Бартули Регина Анализ романа Алекса Гарленда Пляж Романантиутопия английского писателя А. Гарленда Пляж был написан в 1997 году. Данный роман описывает людей так называемого поколения х родившихся в разных странах с 1965 по 1982 гг. В годы после войны во Вьетна
13852. Эссе по книге Энтони Берджесса «Заводной Апельсин» (1962) 34.87 KB
  Зиганьшин М. А. Задание по курсу Политическая этика Эссе по книге Энтони Берджесса Заводной Апельсин 1962 Выше огненных созвездийБрат верши жестокий пирВсех убей кто слаб и сирВсем по morder вот возмездиеВ зад пинай voniutshi мир Роман Энтони Берджесса З...