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

1606. Морфофункциональная характеристика вымени 21.04 KB
  Молочная железа, вымя коровы - железистый орган, состоящий из четырех четвертей, каждая из них внизу оканчивается соском. У некоторых коров имеются по две, реже по четыре дополнительные четверти, обычно слаборазвитые, не имеющие железистой ткани и соскового канала.
1607. Морфофункциональные особенности половых органов кобыл 20.32 KB
  Половый органы состоят из вульва, клитор, преддверье влагалища, влагалище, матка. У кобыл матка двурогая: от ее относительно большого тела отходят, направляясь вверх к позвоночнику, два рога.
1608. Морфофункциональные особенности половых органов свиней 18.62 KB
  Половые органы хряка представлены парными органами: семенниками (яичками) с придатками, семяпроводами и семенными канатиками, придаточными половыми железами, и непарными органами: мошонкой, мочеполовым каналом, половым членом и препуцием...
1609. Морфофункциональные особенности строения половых органов быка 20.86 KB
  Половые органы состоят из двух половых желез – семенников с придатками и спермиопроводов, которые включают в себя внутренние половые протоки. Придаток семенника представляет собой трубку, которая идет по всей длине семенника.
1610. Наружные методы исследования на беременность животных разных видов 19.32 KB
  Наружное исследование слагается из рефлексологического метода, осмотра, пальпации и аускультации. При осмотре устанавливается асимметрия правой и левой брюшных стенок со второй половины беременности.
1611. Нейрогуморальная регуляция беременности 21.39 KB
  Необходимым условием для возникновения и течения половых циклов является наличие двух групп гормонов: гонадотропных и гонадальных (овариальных).
1612. Неполноценные половые циклы (анэстральный, арэактивный, алибидный, ановуляторный) 19.53 KB
  Половые циклы бывают полноценными, если во время стадии возбуждения проявляются все ее феномены: течка, общая реакция, охота и овуляция, и неполноценными, когда выпадает один или несколько феноменов.
1613. Непосредственные и предрасполагающие причины маститов 19.45 KB
  Мастит – воспаление молочной железы, развивающееся как следствие воздействия механических, термических, химических и биологических факторов. Для возникновения мастита наиболее опасным является холостое доение.
1614. Особенности овуляции у животных 21.71 KB
  Процесс вскрытия созревшего фолликула и выделения из него яйцеклетки называется овуляцией. Под действием фермента коллагеназы, разрыхляющей в этой области оболочку под влиянием высокого внутрифолликулярного давления.