42502

Определение ЭДС источника с помощью известного сопротивления

Лабораторная работа

Физика

Оборудование: аккумуляторная батарея ЭДС которой определяется миллиамперметр магазин сопротивлений ключ. Это достигается с помощью ЭДС источника. При разомкнутой цепи разность потенциалов между полюсами источника равна ЭДС.

Русский

2013-10-30

60 KB

1 чел.

Лабораторная работа № 9

определение ЭДС источника с помощью

известного сопротивления

Цель работы: углубление знаний о законе Ома для замкнутой цепи, овладение одним из методов измерения ЭДС.

Оборудование: аккумуляторная батарея, ЭДС которой определяется, миллиамперметр, магазин сопротивлений, ключ.

9.1. Краткие теоретические сведения и обоснование метода

Для получения неизменного электрического тока в проводнике на его концах следует непрерывно поддерживать разность потенциалов. Это достигается с помощью ЭДС источника.

Рассмотрим наиболее распространённый источник – сухой гальванический элемент Лекланше. Он состоит из двух неодинаковых электродов (цинка и угля − проводников I рода), погружённых в электролит (пастообразную смесь крахмала и нашатыря − проводника II рода). Электрическая энергия в гальваническом элементе получается за счёт энергии химических реакций. Схематически это можно представить так. При погружении металла в электролит полярные молекулы растворителя облегчают переход положительных ионов металла с электрода в электролит. При этом металлический электрод (цинк) заряжается отрицательно, а электролит − положительно.

Потенциал, который приобретает металл относительно электролита, называется электрохимическим. Скачок этого потенциала существует в тонком пограничном слое между электродом и электролитом. Чтобы измерить или использовать этот электрохимический потенциал, в электролит (для образования замкнутой цепи) погружают второй электрод (например, уголь). На втором электроде тоже возникает какой-то скачок потенциала. Алгебраическая сумма этих скачков электрохимических потенциалов 1 и 2 (рис. 9.1) и представляет собой электродвижущую силу (в данном случае сухого гальванического элемента).

При разомкнутой цепи разность потенциалов между полюсами источника равна ЭДС. Однако попытки измерить эту разность, а, следовательно, и ЭДС с помощью обычных вольтметров (электромагнитной или магнитоэлектрической систем) наталкиваются на трудности. Вольтметры названных систем «потребляют ток». Это меняет распределение потенциала в цепи, как это изображено на рис. 9.2. Видно, что в этом случае напряжение между полюсами источника (а именно его и показывает обычный вольтметр) уже не равно 1 + 2, а меньше на величину напряжения (Ir) внутри источника. Поэтому для измерения ЭДС разработаны ряд методов, одним из которых является метод известных сопротивлений внешней цепи (нагрузки).

Определение ЭДС с помощью известного сопротивления сводится к измерению силы тока в цепи испытуемого источника.

Пусть дана цепь, показанная на рис. 9.3, где x − ЭДС источника тока с внутренним сопротивлением r; − миллиамперметр с сопротивлением R0; R − известное сопротивление (магазин сопротивлений).

Установим известное сопротивление равным R1. Для этой цепи мы можем записать закон Ома:

                                   (9.1)

Изменив R1 на R2, получим второе уравнение

                                   (9.2)

Решив систему двух уравнений относительно , получим

                                   (9.3)

Если R0 задано, то, пользуясь (9.1) и (9.2), можно определить внутреннее сопротивление r элемента.

9.2. Порядок выполнения работы

  1.  Собрать цепь по схеме рис. 9.3.
  2.  Установить ручки магазина сопротивлений так, чтобы сопротивление равнялось 10 … 20 Ом. Замкнуть цепь и записать силу тока по миллиамперметру.
  3.  Изменить сопротивление 6 − 8 раз. Комбинируя сопротивления с соответствующими токами, по (9.3) вычислить ЭДС элемента.
  4.  Из (9.2) и (9.1) определить внутреннее сопротивление элемента, пользуясь полученными измерениями.
  5.  Рассчитать погрешности измерений.

Контрольные вопросы и задания

  1.  Устройство гальванических элементов и аккумуляторов.
  2.  Какие химические и физические процессы в них происходят?
  3.  Что понимают под ЭДС?
  4.  Для чего используются деполяризаторы, и что они собой представляют?

[2, § 67 − 69; 3, § 54, 55, 57, 58; 13, § 28, 51]

53