3. Определение электродвижущей силы гальванического элемента методом компенсации

ПРИНАДЛЕЖНОСТИ К РАБОТЕ:

1. Аккумулятор (2 В)

2. Нормальный элемент Вестона _н = 1,54 В

3. Исследуемый элемент _х

4. Реохорд

5. Нуль-гальванометр

6. Ограничительное сопротивление (на 400-600 Ом)

7. Двухполюсный переключатель, двойной ключ и соединительные провода.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучить метод компенсации и измерить ЭДС гальванического элемента.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И РАСЧЕТНАЯ ФОРМУЛА

Электродвижущая сила гальванического элемента ( _х) в данной работе определяется методом компенсации путем сравнения с электродвижущей силой кадмиевого нормального элемента Вестона ( _н).

Рис. 2. Рабочая схема

Схема соединения приборов дана на рис. 2, где - аккумулятор; - реохорд с движком ; _н и _х - нормальный и исследуемый элементы; - ограничительное сопротивление в цепи гальванометра , - двухполюсный переключатель; и - ключи, замыкающие цепь аккумулятора и цепь гальванометра.

Обозначим длины участков реохорда, на которых компенсируется ЭДС элементов _х и _н, соответственно через и , тогда расчетная формула для вычисления ЭДС исследуемого элемента примет следующий вид:

_{х н} . (8а)

Метод компенсации практически можно осуществить при следующих условиях:

1. ЭДС основного источника ( ) должна быть больше ЭДС как эталонного, так и исследуемого элементов и, при измерениях величина тока должна оставаться постоянной.

2. К одной и той же клемме реохорда (например, к клемме на рис. 2) должны присоединяться одновременно полюса как аккумулятора, так и элементов _н или _х (только при таком соединении можно получить компенсацию ЭДС сравниваемых источников).

3. Чувствительность нуль-гальванометра должна быть достаточно высокой (порядка 10^-5 - 10^-6 А/делен.)

4. Цепь аккумулятора должна замыкаться раньше цепи гальванометра, иначе в момент включения элемента из-за отсутствия компенсирующего напряжения на реохорде, стрелка гальванометра резко отклонится от «0».

Кроме того, цепь следует замыкать на малые промежутки времени, достаточные только для фиксирования наличия или отсутствия тока в гальванометре (при длительном протекании тока проводники нагреваются и сопротивления их увеличиваются, а ЭДС элементов могут несколько измениться).

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Собрать схему.

2. Проверить правильность собранной схемы с руководителем занятий.

3. Расположить движок « » примерно на середине реохорда и включить в цепь элемент _х. Замкнуть цепь аккумулятора , а также элемента _х, заметив, в какую сторону отклонилась стрелка гальванометра. Выключить обе цепи.

4. Передвинуть движок « » по реохорду и, снова замкнув ключ, заметить направление отклонения стрелки гальванометра. Если при этом стрелка гальванометра отклонилась в сторону, противоположную первому отклонению, то искомое положение движка, при котором отсчитывают , заключено между найденными двумя положениями.

   Если же стрелка гальванометра отклонилась в ту же сторону, что и в первом случае, то перемещая движок в направлении к следует найти такое положение, при котором стрелка гальванометра будет отклоняться в другую сторону. Таким образом, установив пределы, между которыми заключено искомое значение , надо дальнейшими передвижениями движка « » сужать до тех пор, пока стрелка гальванометра при замыкании цепи совсем не будет отклоняться. Затем разомкнуть ключ и измерить .

5. Включить элемент _н в цепь гальванометра. Обычно ЭДС элементов, применяемых в лаборатории, несколько больше, чем ЭДС нормального элемента, поэтому для нахождения значения на реохорде следует уменьшать значение до момента полной компенсации ЭДС элемента _н.

6. Повторить измерения с каждым элементом несколько раз. Результаты измерений занести в табл. 1.

7. Повторить задания 3-6 для других элементов _х и составить для них аналогичные таблицы.

8. Записать окончательные результаты в виде

, (9)

где - среднеквадратичное отклонение, вычисляемое по формуле:

, (10)

где |D _i|=| _{x cp}- _i| - абсолютная погрешность измерений искомой величины.

ОТЧЕТ ПО РАБОТЕ

В отчете должно быть отражено следующее:

1. Определение ЭДС источника тока.

2. Краткое описание метода компенсации.

3. Вывод расчетной формулы и формулы погрешности.

4. Рабочая схема.

5. Таблица записи наблюдений.

6. Вычисление значения ЭДС.

7. вычисление погрешностей и запись результата в окончательном виде.

Таблица 1

№ эл.	№ оп.				, В	, В	D	(D )2
	1.
	2.
	3.

Литература

1. С.Г. Калашников. Электричество. М.: «Наука», 1977 г.

2. И.Е. Иродов. Основные законы электромагнетизма. М.: «Высшая школа», 1983 г.