Описание лабораторной установки

Принципиальная схема установки для измерения ЭДС методом компенсации приведена на рис.2.

Батарея Е_K создает компенсационную ЭДС, величина которой больше ЭДС эталонного Е_Э и неизвестного Е_Х источников, замыкается на внешнее сопротивление (реостат) R. Эталонный и неизвестный источники с помощью переключателя П и ключа К₂присоединяется к цепи таким образом, чтобы плюс батареи Е_к соединяется с плюсом неизвестного или эталонного источника, а минус - через подвижный контакт В с минусом этой батареи. Гальванометр G измеряет результирующий ток, проходящий через эталонный или неизвестный источники.

Переключателем П и ключом К₂ включим вначале эталонный источник в цепь.

I₁

Рис.2. Схема установки

Обозначим токи узла А: I₁, I₂, I.

В соответствии с первым законом Кирхгофа

I₁ = I₂ + I (4)

Обозначим сопротивление эталонного источника и гальванометра R₀, а участка АВ - R_Э.

Составим уравнение на основании второго правила Кирхгофа для контура, содержащего источник Е_Э

R₀I₂ - R_ЭI = - Е_Э_.(5)

Так как I = I₁ - I₂, то

R₀I₂ - R_Э (I₁ -I₂) = - Е_Э_.(6)

Перемещая контакт В, можно добиться равенства нулю тока в цепи гальванометра, так как эталонный источник и батарея Б соединены встречно.

При I₂ = 0 выражение (6) принимает вид

R_ЭI₁ = Е_Э. (7)

Таким образом, когда падение напряжения на участке АВ равно ЭДС эталонного источника, его ЭДС скомпенсирована.

Включим вместо эталонного неизвестный источник тока. Передвигая контакт В, снова добиваемся равенства нулю тока, идущего через гальванометр. Теперь положение контакта В будет иное, чем при эталонном источнике, а сопротивление участка АВ будет иметь другое значение R_Х.

Очевидно, что в этом случае будет соблюдаться условие

R_ХI₁ = Е_Х. (8)

Сила тока на участке АВ будет равна I₁ и в первом и во втором случае, так как в цепь гальванометра ток не будет ответвляться (I₂ = 0). Ток в цепи компенсационной батареи определяется величиной ее ЭДС и всем сопротивлением цепи.

Для однородного проводника в форме цилиндрической катушки сопротивления отдельных участков катушки относятся как их длины:

. (9)

Поделив (8) на (7) с учетом (9), получим

. (10)

Выражение (10) является расчетной формулой данной работы.

Порядок выполнения работы

1.Ознакомиться с монтажом схемы рис.2.

2.Движок реостата R поставить в среднее положение шкалы.

3.Переключателем П включить эталонный источник Е_Э.

4.Замкнуть ключ К₁, затем периодически замыкая ключ К₂, наблюдать показания гальванометра. Перемещением движка добиться отсутствия тока в гальванометре. Затем отключить источники тока.

5.По шкале реостата R определить длину L_Э. Результаты измерений записать в таблицу.

6.Определение L_Э следует повторить 5 раз

7.Повторить пункты 4 - 6, сменив переключателем П эталонный источник на неизвестный источник Е_Х.

Таблица результатов измерений