home

№311 Компенсационный метод измерения электрических величин

?
Лабораторная работа № 311

При перемещении заряда от источника тока по замкнутой цепи и
возвращении его в исходное положение система, состоящая из источника тока и
внешней цепи, не меняет своего состояния. Пусть работа источника по
перемещению электрического заряда идет только на выделение тепла, количество
которого определяется законом Джоуля-Ленца
2
2
(2)
A  I Rt  I r t ,
где I – сила тока в цепи, R – сопротивление внешней части цепи, r –
внутреннее сопротивление источника тока, t – время.
Выражение (2) можно преобразовать следующим образом:
A  I t [ I ( R  r )]  q [ I ( R  r )] , или
A
 I ( R  r ).
q
Учитывая, что A/q = E, получается выражение, называемое законом Ома для
полной цепи,
E = I (R + r),
(3)
или
E = I R + I r = Uвнеш + Uвнут .
(4)
Таким образом, ЭДС равна сумме напряжений на сопротивлениях внешнего Uвнеш
и внутреннего Uвнут участков цепи.
Несмотря на то, что ЭДС измеряется в тех же единицах, что и напряжение –
вольтах, ее нельзя точно измерить вольтметрами, действие которых основано на
прохождении тока через их измерительный механизм. Любой такой вольтметр,
подключенный к полюсам источника тока, показывает напряжение Uвнеш
меньшее, чем ЭДС источника Е на величину падения напряжения на внутреннем
сопротивлении источника
(5)
U внеш  E  I r .
В некоторых случаях слагаемым Ir можно пренебречь (если сопротивление
вольтметра много больше внутреннего, RV  r ), и тогда Uвнеш Е, т.е.
показания вольтметра можно принять за ЭДС источника тока.
Таким образом, можно сказать, что ЭДС источника – это разность
потенциалов на его полюсах при разомкнутой внешней цепи Uвнеш= Е при I=0. В
компенсационном методе измерения условие “разомкнутой” цепи создается
особой схемой включения исследуемого источника и способом измерения – ток
в цепи этого источника делают равным нулю.
Рассмотрим электрическую цепь, изображенную на рис.1. Здесь ЕX –
исследуемый источник тока, ЕN – нормальный элемент, Е – источник рабочего
тока для питания реохорда, ЭДС которого существенно больше ЭДС и
исследуемого источника, и нормального элемента, АВ – реохорд (неизолированный высокоомный провод со скользящим контактным движком D и
масштабной линейкой), Rрег – реостат регулировки рабочего тока, G –
гальванометр.

41