Контрольные вопросы

1. Построить векторные диаграммы для цепей, схемы которых показаны на рисунках 7, а, б, в. Записать для каждой цепи закон Ома.

а) б) в)

Рис. 7.

2.Почему эффективное значение напряжения на концах последовательной цепи с R, L и C не равно сумме эффективных значений напряжений на отдельных участках?

3. Что покажет амперметр, если амплитудное значение переменного тока равно 1,41 А?

4. Можно ли утверждать, что активное и омическое сопротивления равны друг другу?

5. От чего зависит индуктивность катушки?

6. При каком сердечнике активное сопротивление катушки будет больше – при сплошном металлическом или набранном, из изолированных металлических пластин? Ответ объяснить.

7. Чем объясняется сдвиг по фазе между током и напряжением в цепях переменного тока?

Работа №10

Определение электродвижущей силы элемента методом компенсации

Приборы и принадлежности: источник питания ВС-4-12, гальванометр, исследуемый источник тока, магазины сопротивлений (2 шт.), резисторы R₁ = R₄ = 5000 Ом, нормальный элемент Вестона, ключ, двухполюсной переключатель, соединительные провода.

Теоретическое введение

По закону Ома для замкнутой цепи

(1)

т.е. падение напряжения на внешней цепи U равно электродвижущей силе  минус падение напряжения IR_б на внутреннем сопротивлении R_б батареи.

Отсюда следует, что при увеличении внешнего сопротивления, когда сила тока в цепи уменьшается, напряжение во внешней части цепи растёт, приближаясь по своему значению к ЭДС источника.

Для измерения ЭДС источника тока необходимо применить метод, при котором ток в цепи этого источника совсем отсутствует, например метод компенсации. Он основан на сравнении искомой величины ЭДС с известным падением напряжения на участке цепи.

Рассмотрим цепь, изображённую на рис. 1 ЭДС исследуемого элемента _Х должна быть меньше, чем падение напряжения на участке ABC. В этом случае на магазинах сопротивлений R₂, R₃ можно установить сопротивление при котором ток I_r, протекающий через гальванометр, будет равен нулю.

По второму правилу Кирхгофа, для контура A_XR₄CA

, (2)

где R_X – внутреннее сопротивление батареи,

R₄ – сопротивление установленное на магазине,

R_r – сопротивление гальванометра.

При условии I_r = 0

(3)

Это значит, что падение напряжения на участке AC, создаваемого ГС 4-12, компенсирует ЭДС исследуемого элемента _Х.

Рис. 1

Замечание: сопротивление магазинов устанавливают равное 5555 Ом, что позволяет плавно изменять ток, протекающий через гальванометр.

Заменив исследуемый элемент эталонным _н и изменяя сопротивления R₂ и R₃ добиваются отсутствия тока I_r, протекающего через гальванометр. Компенсация будет при той же силе тока I₁ = const, но другом сопротивлении

(4)

Разделив (3) на (4), получим

(5)

В качестве источника с известной ЭДС используется нормальный элемент Вестона, положительным полюсом которого является ртуть, а отрицательным – амальгама кадмия. Электролитом служит раствор сернокислого кадмия. Элемент Вестона имеет _н = 1,01836 В при температуре t = 20C. При эксплуатации элемент требует бережного обращения.

Используемы в работе метод компенсации имеет следующие особенности:

1. Ток, протекающий через элементы, ЭДС которых сравнивают, равен нулю.

2. Гальванометр в рабочей схеме работает как индикатор, т.е. его не надо градуировать.

3. ЭДС вспомогательного источника не входит в расчётную формулу, но необходимо помнить, чтобы значение его ЭДС было постоянным и больше сравниваемых ЭДС.