Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь


Описание экспериментальной установки. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ



2016-09-15 385 Обсуждений (0)
Описание экспериментальной установки. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ 0.00 из 5.00 0 оценок




ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ

ИСТОЧНИКА ТОКА МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИИ

 

Цель работы: изучение компенсационного метода измерений и определение электродвижущей силы источника тока.

Оборудование:источник тока, резистор, нормальный элемент, исследуемый источник тока, реохорд, ключ, переключатель, гальванометр.

 

Краткие теоретические сведения

 

Ток в проводнике может существовать при наличии свободных зарядов и разности потенциалов на концах проводника или между любыми другими точками проводника. В замкнутой цепи постоянный ток существует при наличии, помимо кулоновских, так называемых сторонних сил.

Физическая природа сторонних сил различна. В гальванических элементах - это силы межмолекулярного взаимодействия. Разделение зарядов происходит в результате химических реакций. В фотоэлементах возникновение электродвижущей силы (ЭДС) происходит вследствие взаимодействия света с веществом. В генераторах - за счет электромагнитной индукции. ТермоЭДС возникает по причине различия температурных зависимостей положения уровней Ферми двух контактирующих металлов.

При наличии сторонних сил дифференциальная форма закона Ома имеет вид:

 

, (3.1)

 

где - плотность тока, σ - удельная электропроводность, - напряженность поля кулоновских сил, - напряженность поля сторонних сил.

Рассмотрим участок 1-2 замкнутой цепи L , на котором находится источник тока, например, гальванический элемент (рис. 3.1). Выделим на этом участке малый элемент dl такой, чтобы можно было считать площадь поперечного сечения элемента S неизменной, а поля и плотность тока однородными и направленными вдоль него. Умножим левую и правую части равенства (3.1) на dl и, учитывая, что , где I - сила тока, и , где ρ - удельное сопротивление, запишем его в скалярном виде:

Рис. 3.1.

 

 

Или

 

.

 

Интегрируя последнее выражение, получим

 

, (3.2)

 

где величина представляет сопротивление участка 1-2.

 

Первое слагаемое в правой части (3.2) равно убыли потенциала на участке 1-2

 

 

, (3.3)

 

второе слагаемое есть ЭДС - величина, численно равная работе сторонних сил по перемещению положительного единичного заряда

 

. (3.4)

 

Таким образом, закон Ома для неоднородного участка электрической цепи запишется в виде

 

. (3.5)

 

Если перемещать точку 2 вдоль проводника, то она в итоге совпадет с точкой 1. В этом случае и, следовательно, для замкнутой цепи закон Ома принимает вид

, (3.6)

 

где (r + R) - полное сопротивление замкнутой цепи, равное сумме внутреннего сопротивления источника тока r и внешнего сопротивления цепи R.

 

Компенсационный метод

 

На практике для определения ЭДС источника тока часто используют приближенный метод. Он состоит в том, что к клеммам источника тока присоединяют вольтметр с внутренним сопротивлением RV. Показание прибора приближенно совпадает со значением ЭДС. Действительно, падение напряжения во внешней цепи (показание вольтметра)

 

.

 

Так как во многих случаях , то . Недостатком этого метода является необходимость применять для измерения ЭДС вольтметр с большим внутренним сопротивлением.

Для более точного измерения ЭДС можно применить компенсационный метод, суть которого в данном случае заключается в компенсации измеряемой ЭДС известной разностью потенциалов.

Из (3.5) имеем, что при I=0, . Поэтому отсутствие тока в цепи гальванометра (рис. 3.2) свидетельствует о том, что ЭДС исследуемого элемента компенсирована разностью потенциалов (падением напряжения) на участке АС. Точность измерений по данному методу ограничивается в основном точностью значения эталонной ЭДС и точностью установки 0 на гальванометре.

 

Описание экспериментальной установки

 

Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из трех участков (рис. 3.2), один из которых содержит источник тока с измеряемой ЭДС Xили эталонной ЭДС H , гальванометр и подвижный контакт C. Второй участок AB представляет собой реохорд – струну (стальная проволока) с полным сопротивлением R. Третий содержит вспомогательный источник тока с ЭДС .

Рис. 3.2.

Рассмотрим работу электрической цепи при условии, что Xи Н. Для определенности будем считать, что в цепь включен сначала испытуемый элемент X. Существует такое положение подвижного контакта реохорда C1, при котором ток в гальванометре отсутствует. Это означает, что разность потенциалов между точками С и А на реохорде равна X:

 

. (3.7)

 

С другой стороны падение напряжение на участке СА . Ток I через реохорд в момент компенсации (IГ=0) рассчитывается по закону Ома:

, (3.8)

 

где r - внутреннее сопротивление источника тока , R – сопротивление реохорда, R1- сопротивление участка реохорда C1.

Из (3.7) и (3.8) находим, что

 

. (3.9)

 

С помощью переключателя К2 вместо X включим в цепь эталонный источник Н. Проведя рассуждения, аналогичные вышеизложенным, получим

, (3.10)

 

где R2- сопротивление участка C2.

Из (3.9) и (3.10) находим, что

 

. (3.11)

 

Так как струна реохорда однородна, то ее сопротивление

 

,

 

где  - удельное сопротивление струны, L - длина струны, S - площадь поперечного сечения струны. Следовательно, отношение сопротивлений равно отношению длин участков струны

 

, (3.12)

 

где L1- длина участка струны AC1, L2- длина участка AC2.

Подставляя (3.12) в (3.11), получим

. (3.13)

 

Формула (3.13) позволяет определить ЭДС исследуемого элемента.

 



2016-09-15 385 Обсуждений (0)
Описание экспериментальной установки. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ 0.00 из 5.00 0 оценок









Обсуждение в статье: Описание экспериментальной установки. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ

Обсуждений еще не было, будьте первым... ↓↓↓

Отправить сообщение

Популярное:
Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние...
Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ...



©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (385)

Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.007 сек.)