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

82160. Психокоррекция личностной тревожности у подростков с легкой степенью умственной отсталости 1.6 MB
  Внимание к проблемам детей с интеллектуальной недостаточностью, вызвано тем, что их количество не уменьшается. Об этом свидетельствуют статистические данные по всем странам мира. Это обстоятельство делает первостепенным вопрос о создании условий для максимальной коррекции нарушений в развитии детей данной категории.
82161. СПЕЦИФІЧНІ РИСИ ПОРТРЕТНОГО ФОТОНАРИСУ В ГАЗЕТНІЙ ТА ЖУРНАЛЬНІЙ ПЕРІОДИЦІ ЗМІ НА ПРИКЛАДІ ГАЗЕТИ «МИГ» ТА ЖУРНАЛУ «ЛИЧНОСТИ» 90.23 KB
  Сюжетна завершеність фотонарису свідчить про те що в ньому знаходить завершення образу героя або публіцистична ідея але зовсім не вичерпується тема. Автори показують свого героя на прогулянці із внучкою у заводському цеху у Кремлі відзначають що Сорокін не тільки майстер своєї справи але й турботливий вихователь...
82162. Анализ общей и специальной физической подготовки спортсменов в айкидо и карате 2.37 MB
  Проведя анализ общих и специальных физических упражнений в каратэ и айкидо на основе личного опыта и из разнообразных источников, я пришел к выводу, что многие тренеры (сэнсэй2) пренебрегают разминкой и в большинстве случаев не имеют четкой методической последовательности при проведении разминки.
82163. Разработка отладчика для программ на языке haXe и целевой платформы Adobe Flash 9 2 MB
  По указанным причинам, стало удобно и выгодно создавать web-приложения, направленные на предоставление пользователю функций, которые могут не зависеть от операционной системы. В качестве примера можно привести редактирование текстовых документов, обработку фотографий, показ презентаций...
82164. Государственная социальная политика и социальное развитие Кубы в 1970-х – 2000-х годах 997 KB
  В нашей стране Куба всегда вызывала большой интерес так как с этой страной ее на протяжении многих десятилетий связывали крепкие дружественные связи. Приступая к построению нового общества Республика Куба располагала весьма ограниченными материальными возможностями для одновременного решения...
82165. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ СОКРАТИЧЕСКОГО ДИАЛОГА НА ГЕНЕЗ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ ДЕТЕЙ СТАРШЕГО ДОШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА О ДРУЖБЕ 268 KB
  В нашем беспокойном веке, который очень схож со временем Сократа по своему пристрастию к слову и властью его над людьми, а также полифоничностью самой эпохи, необходимо искать разумные способы употребления слова, уходить от монологического понимания риторики и искать диалогического общения...
82166. Совершенствование организации быстрого питания в условиях развивающегося рынка на примере трактира «Сани» 1022.5 KB
  В состав компании «Даско» помимо шести ресторанов различного формата ( от предприятия на фуд-корте торгового центра до элитного заведения, любимого представителями финансовых верхов республики и культурной богемой) входит дистрибьюторская компания, занимающаяся оптовыми поставками алкогольной продукции
82167. Нейросетевые технологии распознавания пиксельных изображений 578.33 KB
  Автоматическое (машинное) распознавание, описание, классификация и группирование образов – важные задачи в большом количестве инженерных и научных областей, таких как биология, физиология, медицина, маркетинг, компьютерное зрение, искусственный интеллект. Введем понятие образа.
82168. Отчет по работе участковой медицинской сестры МУЗ «Сарапульской детской городской больницы» 448 KB
  На территории обслуживания СДГБ проживает 11347 детей. Находиться 19 дошкольных учреждений; 14 школ в том числе: санаторная школа интернат для детей с бронхолегочными заболеваниями школа для слабослышащих детей специализированный детский сад для детей с заболеваниями глаз а так же Сарапульский детский...