Определение ЭДС (Å) источника с помощью вольтметра всегда даёт заниженный результат из-за падения напряжения на самом вольтметре. Лишь приближённо можно считать U» Å. Для точного измерения ЭДС используется компенсационный метод.
Рассмотрим цепь, изображенную на рис. 4.1. Здесь Å - батарея; Å X - исследуемый источник; G - гальванометр; АВ- кольцевой реохорд; R - реостат, Ån – нормальный элемент.
Если ЭДС исследуемого элемента меньше, чем батареи, и они включены навстречу друг другу, то на реохорде всегда можно найти такую точку С, когда в ветви AGC результирующий ток I равен нулю.
По второму закону Кирхгофа для контура AGCA
I2(rx+Rg)-I1RAC=-Åx (4.1)
где rX - внутреннее сопротивление батареи; RAC – сопротивление участка АС; RG – сопротивление гальванометра.
Когда ток через гальванометр I2 =0, то
I1RAC=Åx. (4.2)
В этом случае падение напряжения на участке АС, создаваемое батареей, равно ЭДС испытываемого элемента (компенсация). Заменим исследуемый элемент нормальным, ЭДС которого Ån известна.
|
|
|
Рис. 4.1
Передвигая контакт С вращением ручки кольцевого реохорда, добьемся такого положения движка (положение D), чтобы ток через гальванометр отсутствовал. Тогда выражение (4.2) можно переписать в виде
I1RAD=Ån. (4.3)
Ток через участок АВ остается прежним, т.к. в ветви, в которую включён гальванометр, тока нет. Разделив (4.2) на (4.3), получим:Åx=ÅnRAC/RAD. Ввиду того, что проволока на участке АВ калиброванная, можно записать:
где l1 и l2 – длины участков АС и АД в произвольных единицах. Поэтому
Åx=Ån . (4.4)
Зная Ån и измерив АС = l1 и АД = l2, по формуле (4.4) вычисляем искомую ЭДС - ÅX.
В качестве эталона ЭДС часто используется ртутно-кадмиевый нормальный элемент Вестона, имеющий при 20 0С Ån=1,0183 В.
Ввиду постоянства ЭДС нормального элемента ее удобно сравнивать с другими неизвестными ЭДС. Поэтому такой элемент применяется исключительно в компенсационных схемах. В целях обеспечения постоянства ЭДС нормального элемента нельзя брать токи свыше 10-5-10-6А.