II. Краткая теория работы. Электродвижущая сила элемента, действующая в цепи, численно равна работе

Электродвижущая сила элемента, действующая в цепи, численно равна работе, необходимой для перемещения единичного положительного заряда по этой цепи.

Электродвижущая сила E элемента равна разности потенциалов на концах разомкнутого элемента. Следовательно, ЭДС можно измерить непосредственно лишь при отсутствии тока в цепи данного элемента.

Среди различных методов измерения электродвижущей силы элемента широко, распространенным в лабораторной практике является так называемый компенсационный метод.

Этот метод заключается в том, что неизвестная ЭДС компенсируется равной по величине и противоположной по знаку разности потенциалов, возникающей на некотором сопротивлении. Принципиальная схема компенсационного метода измерения ЭДС приведена на рис.9.

Вспомогательная батарея с ЭДС E поддерживает постоянный ток в сопротивлении АВ, которое играет роль делителя напряжения или потенциометра.

Компенсация возможна только в том случае, если вспомогательная батарея и исследуемый элемент включены одноименными полюса-ми навстречу друг другу, а E заведомо превосходит E_к.

В этом случае можно найти такое положение подвижного контакта С потенциометра, при котором напряжение на участке АС равнялось бы ЭДС исследуемого элемента, то есть

При этом, хотя цепь исследуемого элемента и замкнута, ток через него не проходит, что может быть зафиксировано гальванометром Г.

Обозначим сопротивления и силы токов для участков соответственно через

На основании законов Кирхгофа получаем: для узла A: для цепи : для цепи :

При условии компенсации, когда, ток через гальванометр Г равен нулю, то есть и решение системы уравнений (1) приводит к результату:

Обозначив полное сопротивление цепи AB A через R , получим (2)

Таким образом, ЭДС может быть вычислена, если известно полное сопротивление цепи R, ЭДС вспомогательной батареи ε и измерено . Однако ЭДС обычных гальванических элемен-тов, аккумуляторов, сухих элементов и их внутренние сопротивления не являются стабильными. Поэтому величины ε и R желательно исключить из расчета. Для этого проводят дополнительное компенсационное измерение, заменяя исследуемый элемент нормальным ртутно-кадмиевым элементом Вестояа с известной. ЭДС , обладающей большим постоянством.

Отсутствию тока в цепи нормального элемента будет соответствовать новое положение подвижного контакта потенциометра и, соответственно, новое сопротивление (вместо ) его участка АС.

При условии неизменности за время измерения общего сопротивления R цепи AB A:

(3)

Из соотношений (2) и (3) находим: .

Поиск по сайту: