И вывод расчетной формулы

Подключим вольтметр к клеммам источника тока. Тогда по закону Ома для замкнутой цепи сила тока

  ,

где – сопротивление вольтметра;

  r – внутреннее сопротивление источника тока.

Тогда

,

отсюда напряжение ,которое показывает вольтметр,

  ,

т.е. вольтметр покажет значение напряжения меньше ЭДС    на величину Ir падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника тока.

Если >>r, то это отличие незначительное.

Для измерения ЭДС источника надо применить метод, при котором ток в источнике тока отсутствует. Это компенсационный метод, который позволяет ЭДС элемента компенсировать известным падением напряжения на участке цепи.

Схема электрической цепи компенсационного метода изображена на рис. 3.3. Здесь    – батарея с ЭДС, превосходящей ЭДС исследуемого элемента и поддерживающая постоянный ток I ₁ в цепи реохорда АВ, проволока которого натянута на масштабную линейку. К подвижному контакту реохорда С последовательно подключены нуль-гальванометр G, сопротивление R, предохраняющее гальванометр и элемент от сильных токов. С помощью двухполюсного ключа К₂ производится включение в цепь исследуемого источника _х или эталонного элемента _n.

 

 

Рис. 3.3.

 

По условиям измерения замыкание цепи батареи  должно предшествовать замыканию цепи гальванометра. Это достигается с помощью двойного ключа К₁.

Компенсация ЭДС возможна только в том случае, если батарея   и исследуемый элемент _х включены одноименными полюсами навстречу друг другу. Если ЭДС батареи  больше ЭДС исследуемого элемента _х, то на реохорде всегда можно найти такую точку С, когда стрелка гальванометра будет стоять на нуле, т.е. в ветви АGС тока не окажется.

Согласно обобщенному закону Ома для ветви АGС

_x,

где r_x – внутреннее сопротивление источника _x;

R_r – сопротивление гальванометра;

j_А – j_С – разность потенциалов  между точками А и С реохорда.

Аналогично для ветви АС

,

где – сопротивление участка реохорда.

Из двух последних равенств имеем:

_x.

Когда ток, проходящий через гальванометр, I ₂=0, то

 

_x.                                    (3.10)

В этом случае падение напряжения на АС, создаваемое батареей, равно ЭДС исследуемого элемента _х.

Заменим исследуемый элемент нормальным, ЭДС которого известна и строго постоянна. Тогда компенсация произойдет в некоторой новой точке D. Ток в цепи гальванометра отсутствует, а в цепи АВ остается неизменным (I ₁). Тогда согласно выражению (3.10)

_n.                                   (3.11)

 

Из выражений (3.10) и (3.11) получим

_{x n} .

Для калиброванной проволоки реохорда сопротивление участков пропорционально их длинам, поэтому

_{x n} ,                                    (3.12)

где  и  – длины участков АС и АD.

В данной работе в качестве эталонной ЭДС служит нормальный элемент Вестона, представляющий собой гальванический ртутно-кадмиевый элемент, ЭДС которого при 20^оС равна _n =1,0183 В. При работе с нормальным элементом его нельзя встряхивать, переворачивать, пропускать токи, превышающие 10^–6 А.