Описание методики измерений

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, Å_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=-Å_x             (4.1)

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

Когда ток через гальванометр I₂ =0, то

I₁R_AC=Å_x.                                        (4.2)

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

I₁R_AD=Å_n.                                 (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:Å_x=Å_nR_AC/R_AD. Ввиду того, что проволока на участке АВ калиброванная, можно записать:

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

Å_x=Å_n .                                    (4.4)

Зная Å_n и измерив АС = l₁ и АД = l₂, по формуле (4.4) вычисляем искомую ЭДС - Å_X.

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