Измерение электродвижущей силы источника тока

Условия существования разности потенциалов (напряжения) между полюсами источника тока. Понятие и методика определения электродвижущей силы (ЭДС) источника. Измерение и сравнение ЭДС двух батарей с помощью компенсационной схемы, проверка их исправности.

Рубрика Физика и энергетика
Вид лабораторная работа
Язык русский
Дата добавления 13.01.2013
Размер файла 346,3 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Ижевский государственный технический университет

имени М.Т. Калашникова»

Кафедра «физики и оптотехники»

Лабораторная работа

Тема: Измерение электродвижущей силы источника тока

Выполнил:

Студент группы С03-201-1

Митрофанов Р.Р.

Проверил:

Калугин А.И.

Ижевск 2012

Введение

Цель работы: научиться измерять ЭДС источника тока методом компенсации.

Приборы и принадлежности: выпрямитель ПУ-1М, стабилизированный источник питания, два исследуемых гальванических элемента, перекидной шестиполюсный переключатель, гальванометр, реостат, используемый в качестве сопротивления R.

Теоретическая часть

Между полюсами источника тока существует разность потенциалов (напряжение) как в отсутствие тока, когда цепь разомкнута, так и при наличии тока, когда источник замкнут на внешнее сопротивление. Для поддержания этой разности потенциалов внутри источника происходит разделение разноименных зарядов и перенос их на соответствующие полюса источника. Силы, разделяющие заряды, имеют неэлектрическую природу и называются сторонними силами. Природа этих сил может быть разнообразна (химическая, магнитная, механическая и т.д.). Разделению и переносу зарядов внутри источника тока препятствуют, во-первых, внутреннее электрическое поле, во-вторых, сопротивление среды источника. Работа сторонней электроразделительной силы слагается из работы А1, совершаемой против сил электрического поля внутри источника, и работы против механических сил сопротивления среды А2

где

поэтому (1)

Работа, совершаемая сторонней электроразделительной силой при перемещении между полюсами источника тока единичного положительного заряда, называется электродвижущей силой источника.

(2)

Если источник тока разомкнут, то А2 = 0. В этом случае сторонние силы не перемещают заряды внутри источника, а лишь поддерживают установившееся на полюсах разделение зарядов. Поэтому

(3)

т.е. электродвижущая сила равна разности потенциалов на полюсах разомкнутого источника тока. В замкнутой цепи ЭДС равна сумме падений напряжения на внутреннем и внешнем участках цепи

(4)

Методическая часть

Измерение ЭДС исследуемого элемента обычно производят сравнением с ЭДС эталонного источника, которая заранее известна с высокой точностью. Для сравнения ЭДС двух элементов используется компенсационная схема (рис.1).

Вспомогательный источник тока G, замыкается на сопротивление RAB (потенциометр R). Гальванометр Р измеряет силу тока, проходящего через GBX и GC. Включим в цепь сначала эталонный источник GC. Перемещая подвижный контакт потенциометра R, можно добиться равенства нулю тока через GC, (что видно по гальванометру). Отсутствие тока в замкнутом контуре, содержащем ЭДС, возможно только в том случае, если действие ЭДС компенсировано напряжением на некотором участке цепи. В данном случае ЭДС эталонного источника (GC) компенсируется напряжением на участке RAС1, то есть:

(5)

Заменив эталонный источник на исследуемый, также можно добиться компенсации, но при положении подвижного контакта в точке С2. При этом можно записать:

(6)

Так при компенсации разветвления тока в узле Д не происходит (I2=0), то величина тока I определяется только значением ЭДС вспомогательного элемента (еG) и сопротивлением Rab:

и остаётся постоянной при замене GC на GBX- Разделив выражение (5) на (6), получим:

(7)

Поскольку компенсирующее напряжение снимается с потенциометра R, то сравнение электродвижущих сил можно заменить сравнением известных величин сопротивлений в той схеме, в которую включены элементы. В лабораторной установке в качестве внешнего сопротивления R используется потенциометр, выполненный из проволоки с высоким удельным сопротивлением с, намотанной на каркас. Учитывая, что , а проволока имеет одинаковое сечение по всей длине, выражение (7) можно записать в виде:

(8)

где l1 и l2 длины участков RACI и RAC2 соответственно. Потенциометр снабжён равномерной шкалой с делениями, число которых пропорционально длине. В связи с этим формулу (8) можно переписать в виде:

(9)

где NX и NC - число делений на шкале потенциометра при включении GBX и GС соответственно. Зная еGc и измерив NX и NC, по формуле (9) можно определить ЭДС исследуемого элемента.

Ход выполнения работы

ток электродвижущая сила батарея

Измерения проводим по схеме представленной на рис.2:

Рис.2

Включаем вилку от источника в сеть (~220В). Переключатель S замыкаем на стабилизированный источник питания GC. Передвигаем ручку потенциометра так, чтобы положение стрелки гальванометра было на нуле. По шкале потенциометра определяем число делений NC. Ставим переключатель S в положение GBX.. Передвигая ручку потенциометра R, снова добиваемся отсутствия тока через гальванометр. Определяем число делений потенциометра NX.

Опыт повторяем десять раз и значения заносим в таблицу. Определяем среднее значение NX и NC. Вычисляем ЭДС гальванического элемента по формуле (9), взяв средние значения NX и NC, где - ЭДС исследуемого источника тока, - ЭДС стабилизированного источника питания при комнатной температуре В. Вычисляем погрешность по формуле:

.

Аналогично определяем ЭДС второго элемента.

Результаты измерений

Для первого источника тока:

№ п./п.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Nci

144

146

142

146

147

145

146

145

147

147

Nxi

217

216

218

217

218

217

218

219

217

219

Для второго источника тока:

№ п./п.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Nci

147

146

146

145

146

147

147

145

147

146

Nxi

222

221

221

223

221

222

222

223

222

222

Вычисления

Где f - цена деления линейки.

Для первого источника тока:

В

Для второго источника тока:

В

Вывод

Я научился измерять ЭДС методом компенсаций и получил результаты с небольшими погрешностями для первого источника тока: GBx1=1,52±0,02 В; и для второго: GBx2=1,55±0,02 В. Так как номинал батарей задан 1,5±0,05 В, и вычисленные мною значения входят в этот интервал, следовательно, реальное значение ЭДС этих батарей соответствуют заданному номиналу, и они являются исправными.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Понятие и сущность классической теории о коммутации. Особенности влияния электродвижущей силы. Экспериментальная проверка настройки коммутации. Определение и уменьшение реактивной электродвижущей силы. Исследование коммутации датчиком тока разрыва.

    презентация [784,7 K], добавлен 21.10.2013

  • Генератор и аккумуляторная батарея: определение внутреннего сопротивления источника электрической энергии, анализ соотношение между электродвижущей силой и напряжением на его зажимах. Схема источника тока в генераторном режиме и в режиме потребителя.

    лабораторная работа [21,2 K], добавлен 12.01.2010

  • Метод контурных токов и узловых потенциалов. Составление баланса электрических мощностей. Построение потенциальной диаграммы для контура, который включает источники электродвижущей силы. Нахождение тока в ветви с помощью метода эквивалентного генератора.

    контрольная работа [730,5 K], добавлен 27.03.2013

  • Какое устройство используют для накопления заряда. Понятие электрического тока. Условия возникновения электродвижущей силы. Сила тока и его мощность. Закон Ома для участка сети. Электронапряженность и электропроницаемость. Проводники и диэлектрики.

    тест [14,2 K], добавлен 14.03.2011

  • Общая характеристика переменного тока, закон Ома и теорема Фурье. Сопротивление в цепи переменного тока. Резонанс напряжений, методы его определения. Векторная диаграмма напряжений при резонансе. Изменение разности фаз между током и электродвижущей силой.

    презентация [691,1 K], добавлен 25.07.2015

  • Устройство фотометрической головки. Световой поток и мощность источника света. Определение силы света, яркости. Принцип фотометрии. Сравнение освещенности двух поверхностей, создаваемой исследуемыми источниками света.

    лабораторная работа [53,2 K], добавлен 07.03.2007

  • Прямые и косвенные измерения напряжения и силы тока. Применение закона Ома. Зависимость результатов прямого и косвенного измерений от значения угла поворота регулятора. Определение абсолютной погрешности косвенного измерения величины постоянного тока.

    лабораторная работа [191,6 K], добавлен 25.01.2015

  • Наука электротехника, её принципы и основные понятия. Основные электрические величины и их расчёт. Понятие электрической цепи, её элементы и их виды. Режимы работы активных элементов. Конструктивные особенности источника напряжения и источника тока.

    лекция [115,7 K], добавлен 08.04.2012

  • Оптимальные условия возбуждения эксиламп барьерного разряда. Рабочие среды и спектры их излучения. Принцип работы резонансного источника питания гармонического напряжения. Описание экспериментальной установки. Измерение мощности излучения эксилампы.

    дипломная работа [3,7 M], добавлен 08.10.2015

  • История изобретения источника постоянного электрического тока итальянским физиком А. Вольтой. Устройство гальванического элемента. Классификация источников тока. Строение батарей и электрических аккумуляторов, их основные типы и особенности применения.

    презентация [1,3 M], добавлен 09.12.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.