Електрика

9. Обчислити опори   за формулою (5).

10. Відносну похибку (для одного з опорів) можна розрахувати за формулою (6); тоді абсолютна похибка  .

11. Користуючись величинами визначених опорів, перевірити закони послідовного і паралельного сполучення опорів. Зробити висновок.

Зразок таблиці результатів вимірювань і обчислень

ельно 1

 

Контрольні запитання:

 

1. Сформулювати закони Кірхгофа і записати їх для містка Уітстона.

2. Чому в містку постійного струму користуються нуль-гальванометром?

3. Яку перевагу має метод вимірювання опору містком Уітстона в порівнянні з методом амперметра і вольтметра?

4. Чому відношення опорів плечей реохорда можна замінити відношенням довжин відрізків дротини реохорда?

5. При яких умовах похибка вимірювання опору за допомогою містка Уітстона буде мінімальною?

 

 

Визначення електрорушійної сили джерела методом компенсації

Мета роботи: визначити е.р.с. джерела струму.

Лабораторне обладнання: реохорд, нормальний елемент, гальванометр, досліджуване джерело, джерело постійного струму, е.р.с. якого більша від е.р.с. нормального і досліджуваного елементів.

 

Загальні теоретичні відомості

 

Для того, щоб по провіднику проходив постійний електричний струм, необхідно підтримувати між його кінцями постійну різницю потенціалів. Це зможуть здійснити лише сили неелектричної природи. Такі сили називаються сторонніми  . Наприклад, в гальванічних елементах розділення зарядів відбувається внаслідок протікання хімічних процесів, в генераторах – під дією механічних сил, в термоелементах – під дією теплового руху.

Величина, рівна сторонній силі, яка діє на одиницю додатнього заряду, визначає напруженість поля сторонніх сил.

 

Елементарна робота сторонніх сил по переміщенню заряду q дорівнює

 

 ,

де   – кут між напрямком дії сили і напрямком руху додатнього заряду,   – проекція вектора напруженості сторонніх сил на напрямок переміщення.

Робота сторонніх сил, виконувана при переміщенні заряду q по замкненому контуру, дорівнює 

 

 . (1)

 

Інтеграл   називається циркуляцією вектора напруженості сторонніх сил. Робота, яка виконується сторонніми силами при переміщенні одиничного додатнього заряду по замкненому колу, називається електрорушійною силою  , що діє в даному колі. Таким чином,

 

 . (2)

 

Оскільки електрорушійна сила, як і різниця потенціалів, чисельно дорівнює роботі переміщення одиничного заряду, то одиницею її також є вольт.

Слід чітко розрізняти поняття е.р.с., різниці потенціалів і напруги. Під різницею потенціалів розуміють роботу кулонівських сил по переміщенню одиниці додатнього заряду з однієї точки в іншу точку кола. Під напругою розуміють роботу кулонівських і сторонніх сил по переміщенню одиниці додатнього заряду з однієї в іншу точку кола. Вище дано означення е.р.с. В тому випадку, коли сторонні сили діють на всьому шляху проходження електричного струму, е.р.с. називається розподіленою (наприклад, е.р.с. індукції або самоіндукції). Якщо ж дія сторонніх сил поширюється лише на окремі дялінки кола, то е.р.с. називається зосередженою (наприклад, е.р.с. гальванічного елемента).

В розімкненому електричному колі електростатичні сили зрівноважуються сторонніми, отже  . В цьому випадку різниця потенціалів між полюсами джерела чисельно дорівнює величині е.р.с., діючій в розімкненому контурі.

Оскільки різниця потенціалів дорівнює зміні потенціальної енергії одиниці заряду, то е.р.с. визначає, який найбільший запас електростатичної енергії може набути одиниця кількості електрики внаслідок роботи сторонніх сил. Всередині джерела е.р.с. (у внутрішній частині кола) сторонні сили переміщують заряди проти електростатичних сил, зовні джерела е.р.с. (у зовнішній частині кола) заряди переміщуються в напрямку дії електростатичних сил. Точки, які розділяють зовнішню і внутрішню ділянку кола, називаються полюсами джерела е.р.с. Полюс з більшим потенціалом називають позитивним, а з меншим – негативним. Е.р.с. є величиною скалярною.

Електрорушійна сила гальванічного елемента не залежить від розмірів електродів і кількості електроліту, а визначається лише їх хімічним складом і при даних умовах постійна. Кожний тип елементів має певну е.р.с.

Виведення робочої формули

 

Із закону Ома для повного кола випливає

 

 , (3)

 

тобто спад напруги на зовнішній ділянці кола дорівнює е.р.с. мінус спад напруги на внутрішньому опорі (джерела струму).

Точне вимірювання е.р.с. не можна провести звичайним вольтметром. Вольтметр для своєї роботи потребує наявності струму в колі. Тому виміряна ним різниця потенціалів буде менша, ніж е.р.с. В тих випадках, коли внутрішній опір вольтметра великий (наприклад, для лампового вольтметра), струм у його колі малий. Тоді  .

 

Е.р.с. елементів можна виміряти компенсаційним методом Поггендорфа-Боша. Розглянемо схему,зображену на рис.1. Тут   – джерело постійного струму,   – досліджуваний елемент,   – гальванометр,   – нормальний елемент,   – реохорд.

Для виведення робочої формули застосуємо закони Кірхгофа.

1. Алгебраїчна сума сил струмів, які сходяться у вузлі, дорівнює нулю (сили струмів, які входять у вузли, беруться зі знаком плюс, а які виходять – зі знаком мінус).

 

 . (4)

 

2. Алгебраїчна сума добутків сил струмів і опорів на всіх ділянках у довільному замкненому контурі дорівнює алгебраїчній сумі електрорушійних сил у цьому контурі

 

 . (5)

 

Правило знаків: