ДЛЯ ЧЕГО НЕОБХОДИМО ЗНАНИЕ ПАРАМЕТРОВ

Саратовский государственный технический университет

Измерение ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ

ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА

Методические указания

к учебно-исследовательской лабораторной работе

по курсу общей физики

Одобрено

Редакционно-издательским советом

Саратовского Государственного

технического университета

Саратов, 2001 г.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Цель работы: определить электродвижущую силу гальванического элемента методом сравнения в компенсационной схеме включения источников (метод Поггендорфа).

ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА И РОЛЬ ИСТОЧНИКА Э.Д.С.

В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ

При приложении электрического поля к проводнику, в последнем возникает ток заряженных частиц[1], в частности электронов. Если поле не меняется со временем, то и ток остается постоянным.

В соответствии с законом Ома , для поддержания постоянной величины тока I, необходимо, чтобы разность потенциалов (j₁-j₂) на концах проводника сохранялась на определенном уровне. Как показывает опыт, для достижения этой цели недостаточно наличия в проводнике только электростатического поля.

На рисунке показано, как ток в проводнике возникает из-за того, что на его электроны действуют электростатические силы со стороны заряженного тела (например, расчески). Стрелками показано направление движения свободных электронов. Этот ток будет кратковременным потому, что собравшиеся на правом конце проводника электроны начнут вскоре отталкивать прибывающие слева электроны. Перераспределение электронов в проводнике приведет к образованию их собственного электрического поля, которое полностью скомпенсирует внешнее поле. Не поможет даже замыкание проводника в кольцо (возможный путь замыкания показан штриховой линией) - по обеим ветвям проводника электроны все равно будут двигаться только в одну сторону.

На следующих рисунках электростатическое поле создано заряженными обкладками конденсатора. Здесь, как и в предыдущем случае, ток протекает лишь в течение времени разряда. Этот ток также не постоянен: он максимальный вначале и убывает по мере разряда конденсатора. Если второй рисунок лишь иллюстрирует процесс, то на третьем рисунке показан уже фрагмент радиотехнической схемы, в которой реализуется кратковременный импульс тока (в качестве ключа может использоваться, например, транзистор) в схемах радиоприемников, реле, компьютеров и др.

Таким образом, если в цепи на электроны действуют только электростатическое поле, реализация постоянного во времени электрического тока невозможна. Главная причина этого явления - потенциальность электростатических сил, то есть невозможность совершения ими работы по замкнутому контуру [2].

Для создания постоянного тока в цепи необходимо вмешательство дополнительных сил, неэлектростатической природы.Эти силы должны играть роль "насоса", переносящего носители зарядов (например, электроны в проводнике) с одного края схемы к исходным точкам. Такие силы действуют против электростатических сил отталкивания. Любые силы неэлектростатического происхождения, способные осуществлять перенос носителей заряда, называют сторонними (по отношению к электростатическим силам). Устройства, использующие работу сил самой различной природы для создания электрического тока называют источниками электрической энергии.

Величина работы, которую в данном источнике совершают сторонние силы при перемещении заряда на участке между электродами, в пересчете на единицу положительного заряда называется электродвижущей силой источника (э.д.с.). Размерность величины э.д.с. Дж/Кл=В. Термин "электродвижущая сила" возник исторически и не соответствует современному определению силы[3].

Используются самые разнообразные источники электрической энергии: существуют источники, в которых используется фотоэффект или радиоактивный распад - и здесь э.д.с. создается внутриатомными или ядерными - тоже неэлектростатическими силами. В быту мы используем электрический ток, вырабатываемый на электростанции генератором[4]. Здесь механическая работа сил давления нагретого пара или падающей воды преобразуется в э.д.с. при участии магнитного поля - силы вязкости и магнитные силы имеют непотенциальный характер. Широко распространены для получения постоянного тока гальванические источники. Об устройстве и принципе действия такого источника см. Приложение. Именно гальванический источник будет использован в данной лабораторной работе.

ДЛЯ ЧЕГО НЕОБХОДИМО ЗНАНИЕ ПАРАМЕТРОВ