Описание методики измерений

Определение ЭДС (E) источника с помощью вольтметра всегда даёт заниженный результат из-за падения напряжения на самом источнике где r - внутреннее сопротивление источника. Для измерения ЭДС используется компенсационный метод.

Рассмотрим цепь, изображенную на рис.1 Здесь E - батарея источников тока; E _X - исследуемый источник; G - гальванометр; АВ - кольцевой реохорд;         R - реостат, E_n – 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(r_x+R_g)-I₁R_AC=-E_x                 (1)

где r_X   - внутреннее сопротивление исследуемого источника; R_AC – сопротивление участка АС; R_G – сопротивление гальванометра.

Когда ток через гальванометр I₂ =0, то

                                             I₁R_AC=E_x.                                     (2)

В этом случае падение напряжения на участке АС, создаваемое батареей, равно ЭДС испытываемого элемента (компенсация). Заменим исследуемый элемент нормальным, ЭДС которого E_n известна.

                                                   Рис.1

Передвигая контакт С вращением ручки кольцевого реохорда, добьемся такого положения движка (положение D), чтобы ток через гальванометр отсутствовал. Тогда выражение (2) можно переписать в виде             

                   I₁R_AD=E_n.                                                   (3)

Ток через участок АВ остается прежним, т.к. в ветви, в которую включён гальванометр, тока нет. Разделив (2) на (3), получим:E_x=E_nR_AC/R_AD. Ввиду того, что проволока на участке АВ калиброванная, можно записать:

где l₁ и l₂ – длины участков АС и АD в произвольных единицах. Поэтому

                     E_x=E_n .                                          (4)

Зная E_n и измерив АС = l₁ и АD = l₂, по формуле (4) вычисляем искомую   ЭДС - E_X.

В качестве эталона ЭДС часто используется ртутно-кадмиевый нормальный элемент Вестона, имеющий при 20 ⁰С E_n=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 использовать токи свыше 10^-5-10^-6А.