microbik.ru
1
Районная научно-практическая конференция обучающихся

“EXCELSIOR”


Секция ФИЗИКА

Измерение ЭДС химического источника тока


Выполнил ученик 10 класса

Иванов Евгений

Научный руководитель

Ежов Владимир Ильич,

учитель физики

МОУ ”Азимсирминская СОШ”

Вурнарского района


п. Вурнары, 2010 г


Оглавление:

  1. История............................................................................................................................ 3

  2. Перспективные химические источники тока............................................................... 5

  3. ЭДС источника тока……………………………………………………………………7

  4. Соединение химических источников тока……………………………………………8

  5. Измерения………………………………………………………………………………10

  6. Литература………………………………………………………………………………15


Химические источники тока

Химические источники тока, устройства, вырабатывающие электрическую энергию за счёт прямого преобразования химической энергии окислительно-восстановительных реакций. Первые Х. и. т. созданы в 19 в. (Вольтов столб, 1800; элемент Даниела — Якоби, 1836; Лекланше элемент, 1865, и др.). До 60-х гг. 19 в. Х. и. т. были единственными источниками электроэнергии для питания электрических приборов и для лабораторных исследований

История

Началось все с лягушки

1. Первые шаги Гальвани


Луиджи Гальвани появился на свет в Болонье 9 сентября 1737 года в семье, имеющей достаточно средств, чтобы в двадцать два года он смог закончить медицинский факультет Болонского университета. В нем он и остался преподавать. В 1763 году синьор Гальвани становится профессором. Он не только хороший лектор, но и анатом. На его счету не одна успешная хирургическая операция. И при всей своей загруженности Гальвани не бросает занятий наукой. В 1780 году он начинает исследования по физиологии нервов и мышц.
Едва ли не самое любопытное в этой истории то, что у Гальвани не должно было быть причин приходить в столь большое волнение. Лет за тридцать до него сокращение лягушачьей лапки поблизости от электрической машины наблюдал и описал Марко Кальдани, не придавший, впрочем, этому никакого значения. А в 1678г. физиолог Шваммердам демонстрировал герцогу Тосканскому, как содрогаются лапки лягушки, подвешенной на серебряной нити. К счастью, Гальвани ничего этого не знал, то, что он увидел, его взволновало, и он решил доискаться до причин странного явления.



рис.1

Обнаружив влияние электричества на лягушачьи лапки, Гальвани предположил, что все дело в электрических искрах. Но если слабая искра электрической машины заставляет лягушачью лапку вздрагивать, то что должно произойти во время грозы, при блеске молнии? Надо только дождаться грозы. И когда желаемая погода наступила, ассистенты синьора профессора тотчас же отправились к соседнему пруду, откуда обычно черпали материал для опытов. Правда, злые языки утверждали, что после показа студентам мясистые лапки частенько шли в кастрюльку, обеспечивая не только духовную пищу.

Так или иначе, но к началу грозы на железной ограде балкона лаборатории висела впечатляющая гирлянда лягушачьих лапок, насажденных на медные проволочки. Наконец подул ветер. Забарабанил дождь, и блеснула первая молния. Отрезанные лапки исправно задергались, правда, не сильнее, чем в лаборатории, и совсем не в такт с разрядами небесного электричества. Все же эксперимент удовлетворил Гальвани.

Гальвани решил попробовать, как действует на мышцу атмосферное электричество, когда нет грозы. Он всадил в спинной мозг препарированной лягушки медный крючок и повесил ее на железную решетку своего балкона. Ничего не случилось. Устав от ожидания, Гальвани стал давить на крючок, прижимая лягушку к решетке. К немалому изумлению, ибо дело было при ясном небе, он заметил, что лягушка начинала дергаться. Тогда он решил, что атмосферное электричество скопилось в лягушке, а потом вышло из нее при соприкосновении с металлом.

Гальвани перенес эксперименты в помещение. Он помещал лягушачьи лапки на подставки из различных металлов. В одних случаях сокращения были сильнее, в других - слабее. Он пытался экспериментировать с деревянной дощечкой в качестве подложки, со стеклом, смолой. Эффект не наблюдался. Казалось бы, все подталкивало к тому, чтобы исследовать роль разнородных металлов в обнаруженном явлении. Но Гальвани по этому направлению не пошел. Анатом и физиолог, он решил, что лягушачьи лапки сами являются не чем иным, как источником особого вида электричества, неким подобием лейденской банки.

Металлы же в его понимании были попросту проводниками открытого им нового "животного электричества".

Эксперименты Гальвани повторяли буквально во всех странах. Лягушки погибали тысячами во славу новой науки. Со временем от лягушачьих лапок экспериментаторы переключились к конечностям кроликов и овец, испытывали действие электричества на ампутированной человеческой ноге. Английский врач из Глазго на публичной лекции приложил электроды от батареи лейденских банок к нервам и мышцам трупа повешенного и воспроизвел у него дыхательное движение грудной клетки. А когда мертвец под действием электрического разряда открыл глаза и лицо его стало вздрагивать, многие из присутствующих лишились сознания от ужаса.

Казалось, оставалось совсем чуть-чуть до исполнения вековечной мечты человечества. Для этого надо было только тщательно исследовать "животное электричество Гальвани", отыскать его источник в теле и научиться заряжать этот источник, когда он иссякает со смертью.

Утверждая, что он обнаружил именно новый вид электричества, Гальвани приводил в пример электрических рыб. Их способность наносить ощутимые удары была известна с глубокой древности. Есть свидетельства, что уже римские врачи помещали парализованных больных с целью излечения в бассейны с электрическими скатами. А когда испанские мореплаватели достигли берегов Америки и худо-бедно познакомились с природой Нового Света, то в XVII веке были сделаны описания электрического угря.

Когда выяснилось, что электрический удар от разряда лейденской банки такой же, как от прикосновения к электрическому скату, французский ботаник Марсель Адансон сделал предположение, что и то и другое имеет одинаковую природу.

Проверяя высказанную гипотезу, английский физик Дж. Уолш выяснил, что удар электрического ската передается по металлическому проводнику, но не передается через стекло, дерево и прочие изоляторы. Он даже наблюдал искры, проскакивающие между полосками фольги, наклеенными на теле ската, при разряде, и повторил опыт аббата Нолле, пропустив разряд (теперь уже не удар, а разряд) электрической рыбы через нескольких добровольцев. Этим была почти доказана электрическая природа явления.

Еще за десять лет до экспериментов Гальвани гениальный ученый-одиночка Кавендиш присоединил проволочки к брюху и спине ската и с помощью электроскопа с бузинными шариками измерил заряд на теле рыбы. Но Кавендиш никогда не публиковал результаты своих экспериментов.

Занимался электрическими рыбами и Гальвани. Одна из них даже носит сегодня его имя - "торпедо Гальвани". Эти опыты лишь утвердили его во мнении, что если скаты могут вырабатывать электричество, то его должны давать и мышцы любого иного животного. При этом болонский профессор подчеркивал в своем трактате, что считает электричество, появляющееся при трении, так же как атмосферное и электричество скатов, сходным с "животным электричеством", которое открыл он.

Сначала Гальвани вел только дневники собственных опытов. Но через десять лет он решил объединить результаты исследований и выпустил "Комментарий о силах электричества в мускульном движении". Книга возбудила большой интерес среди физиков и врачей, наперебой повторявших описанные эксперименты. Уже давно было известно, что электрические разряды от машин и лейденских банок вызывают конвульсии у людей, подвергавшихся их ударам. И хотя природа таких явлений оставалась неисследованной, медики-практики широко пользовались "электрической жидкостью" для лечения своих больных от всевозможных недугов.

2. Перспективные химические источники тока


Проблема изготовления энергоемких аккумуляторов приобретает особое значение в связи с быстрым развитием транспорта. Автомобили пожирают запасы дорогостоящего горючего и загрязняют атмосферу. В 1898 году француз Ж. Шасслу-Лоба достиг на электромобиле скорости 63 км/ч. А через год гонщик К. Иенатци установил мировой рекорд скорости на суше - почти 160 км/ч на машине, оборудованной аккумуляторной батареей массой около 2 т. Между тем в Чикаго в начале XX века количество электромобилей приблизительно вдвое превосходило количество машин с бензиновыми двигателями. В чем же дело? Почему до сих пор автомобилестроители не перешли на экологически безопасную электроэнергию? Увы, главная проблема как раз и заключается в аккумуляторах. Ведь современный свинцово-кислотный аккумулятор весом пять с половиной килограммов, может накопить и удержать в себе столько энергии, сколько ее заключено... в рюмке бензина! Сорок литров бензина - емкость бака обычной легковой машины - по заключенной в них энергии равноценны энергии аккумуляторных батарей весом четыре с половиной тонны. А время заряда-заправки? Сорок литров бензина вы зальете за пять, ну, за десять минут. Перезарядка же аккумуляторов тянется часами.

Электромобили не вписываются и в общий темп существующего дорожного движения. Такие машины медленно разгоняются и трудно берут подъемы. Их максимальная скорость и дальность пробега между перезарядками аккумулятора невелики. Так что пока эта техника, на радость нефтегазовым королям, не конкурентоспособна.

Однако технологии химических источников питания не стоят на месте. Существуют серно-натриевые и хлорно-литиевые аккумуляторы с удельной емкостью раз в десять, а то и в двенадцать большей, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов. Натрий - металл, обладающий высокими энергетическими свойствами. В рабочем состоянии и натрий и сера нуждаются в подогреве, чтобы перейти в расплавленное состояние. Их разделяет контейнер из пористой керамики, изготовленной на основе алюминия. Главное свойство контейнера - его способность пропускать только ионы натрия. Для ионов серы и для атомов обоих химических элементов керамическая мембрана - непреодолимый барьер. Следовательно, керамика играет роль как бы твердого электролита. Но хотя натрий и сера плавятся при температуре 97-119 °С, для успешного протекания электрохимической реакции их нужно нагреть до 300 °С, не ниже. Правда, серно-натриевый аккумулятор требует постороннего источника тепла только для начала работы. Потом требуемая температура поддерживается за счет тепла, выделяемого в ходе химической реакции.

Серно-натриевый элемент недорог. Применяемые в нем материалы не дефицитны. Во время работы из него не выделяются газы, значит, его можно герметизировать. А если прибавить к этому еще и простоту заряда, то может показаться, что решение проблемы у нас в кармане. Но попытаемся перечислить и недостатки. Сера и натрий - огнеопасны. А перед работой аккумулятор необходимо подогревать. Едкие вещества легко разъедают герметическую оболочку. И натрий так активно соединяется с водой, что эта реакция близка взрыву. Да и расплавленная сера при контакте с воздухом образует ядовитый сернистый газ. Так что, несмотря на герметичность, такой аккумулятор требует большой осторожности при использовании.

Похож и хлорно-литиевый аккумулятор, удельная энергоемкость которого еще выше. Но у него серьезным недостатком является ядовитость хлора. А ну как прорвется он где-нибудь!.. Конечно, бензин тоже не такое уж безопасное вещество, особенно если поблизости есть открытый огонь. Но к особенностям бензина все привыкли. А вот к характеру натрия и лития, хлора и серы мы относимся пока настороженно.

Тем не менее созданы очень интересные электрические консервы. Вот, например, литиево-никельгалоидный аккумулятор. В нем работает уже знакомый нам металл литий и неядовитое неорганическое фтористое соединение никеля. Этот аккумулятор не требует подогрева, не выделяет газ, что позволяет сделать его совершенно герметичным. Энергоемкость его - на уровне супераккумуляторов, описанных выше, а процесс зарядки длится лишь несколько минут. Только вот мощность его невелика.

Литий-серные аккумуляторы Разрабатываются также дешевые аккумуляторы системы Li/S с рабочим напряжением 2,1В. Электроды этих аккумуляторов покрыты полимерной пленкой, причем катод находится практически в жидком состоянии. Интерес к этой электрохимической системе определяется рядом очевидных достоинств:
- теоретическая удельная энергия ее составляет 2600 Вт•ч/кг что в 4 раза выше чем у литий полимерных аккумуляторов;
- присущий природе системы внутренний механизм безопасности позволяет отказаться от компонентов защиты;
- допустимая высокая скорость разряда (до 10 С);
- низкая цена материалов, при которой стоимость аккумулятора соизмерима со ценой никель-кадмиевого;
- широкий диапазон рабочих температур (от -40 °С);
- экологическая безопасность.

Представляют интерес также аккумуляторы для электромобилей системы Li/FeS2 с расплавленным электролитом, которые работают при температуре 400-500 °С. Интерес к этой системе обусловлен тем, что теоретическая удельная энергия ее составляет 1270 Вт•ч/кг, а катодный материал недорогой и нетоксичен. Уже появились сообщения о разработке аккумуляторов системы Li/FeS2 с полимерным электролитом, диапазон рабочих температур которого лежит в диапазоне 90-130 °С. Ведутся дальнейшие работы по снижению рабочей температуры.

Гибридные энергетические системы. Представляют интерес разработки по созданию гибридных энергетических систем, в которых объединены высокоемкие, но маломощные источники тока (например, воздушно-цинковые элементы) и источники тока, способные к разряду большими токами, вроде литий-ионных батарей или ионисторов. В этом случае при переменной нагрузке удается извлечь энергию большую, чем суммарная энергия обоих источников тока, и при более высоком напряжении.

Топливные элементы. Интересное и перспективное направление - разработка топливных элементов. Правда, отдельные исследователи считают, что эти системы относятся скорее к электрическим машинам. Они их так и называют: электрохимические генераторы (ЭХГ). В топливных элементах свободная энергия электрохимической реакции переходит прямо в электрическую энергию. Вот, например, как работает водородно-кислородный топливный элемент: газ водород поступает из баллона-термоса, где хранится в сжиженном состоянии, к отрицательному электроду-катализатору. Здесь газ ионизуется. Точно так же к положительному электроду поступает кислород. Ионы водорода проходят сквозь ионообменную мембрану, соединяются с ионами кислорода. Образовавшаяся в результате реакции вода - единственный выхлоп такого элемента-генератора. Заманчивая перспектива, не так ли? Тем более что в качестве топлива может использоваться не только сжиженный водород, но и другие вещества.

Интенсивно ведутся исследования по созданию топливных элементов, портативных и мощных, на различном топливе: метаноле, боргидриде, бутане, даже обычном дизельном. Пока их стоимость чересчур велика, но прогноз на возможность снижения цены вполне оптимистичен.

Сразу несколько компаний, среди которых NEC Corp., Manhatten Scientifics Inc., MTI Microfuel Cells Inc., Toshiba Corp., объявили о начале выпуска в 2005 г. топливных элементов для портативной электротехники, в первую очередь для сотовых телефонов и ноутбуков.

Пока характеристики топливных элементов находятся на уровне характеристик литий ионных аккумуляторов, но теоретически достижимые характеристики в 5 раз выше. Специалисты предсказывают существенный рост производства таких источников тока в ближайшие 5 лет. При этом, так как портативные топливные элементы обычно имеют заменяемые картриджи, возникнет потребность в их массовом выпуске.

3. ЭДС источника тока

Постоянный электрический ток — направленное движение электрических зарядов. Цепь постоянного тока замкнута. Но поле электростатических сил потенциально, т.е. его работа по любому замкнутому пути равна нулю. Таким образом, электростатические силы не могут переносить электрические заряды по замкнутому пути и для существования замкнутого постоянного тока необходимо, чтобы на некотором участке электрической цепи между данными точками действовали некоторые другие не электростатические силы, которые называют сторонними силами. На этом участке цепи перенос электрических зарядов осуществляется сторонними силами. При переносе заряда величины q на участке проводника от одной точки к другой сторонние силы совершают некоторую работу A. Отношение E=A/q называется электродвижущей силой (э.д.с.), действующей на данном участке. Физическое устройство, в котором перенос зарядов осуществляется сторонними силами, называется источником тока. Источник тока, помещённый на данной участке цепи, обладает как элемент электрической цепи некоторым сопротивлением r, которое называется внутренним сопротивлением источника тока.

Таким образом, физическое устройство — источник тока характеризуется двумя независимыми величинами или параметрами: электродвижущей силой E и внутренним сопротивлением r. Для характеристики источника тока вводятся также следующие два параметра: ток короткого замыкания I=E/r и внутренняя проводимость g=1/r. На электрической схеме физическое устройство — источник тока изображается эквивалентной схемой из двух элементов, соединённых последовательно: идеального источника тока и идеального резистора. Идеальный источник тока изображается на схеме двумя вертикальными чёрточками разной толщины и высоты, характеризуется величиной э.д.с. E и обладает нулевым внутренним сопротивлением. Идеальный резистор характеризуется величиной сопротивления r.



рис. 2
4. СОЕДИНЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ Э.Д.С.

Химические источники э. д. с. (аккумуляторы, элементы) вклю­чаются между собой последовательно, параллельно и смешанно.

1. Последовательное соединение источников э. д. с. На рис.3, представлены три соединенных между собой аккумулятора. Такое



рис.3

соединение аккумуляторов, когда минус каждого предыдущего источника соединен с плюсом последующего источника, называется последовательным соединением. Группа соеди­ненных между собой аккумуляторов или элементов называется батареей.



Внутреннее сопротивление батареи равно сумме внутренних сопротивлений отдельных аккумуляторов:



Если батарея окажется замкнутой на внешнее сопротивление r, то ток в цепи будет найден по формуле



Последовательно соединяют аккумуляторы в том случае, когда напряжение потребителя выше э. д. с. одного аккумулятора.

Практически приходится соединять между собой в батареи только однотипные аккумуляторы, т. е. имеющие одинаковые э. д. с, внутренние сопротивления и емкости.



Внутреннее сопротивление батареи



Ток батареи, замкнутой на внешнее сопротивление, будет



В этом случае э. д. с. батареи, состоящей из п аккумуляторов, равна:

Пример 1. Батарея из пяти аккумуляторов, обладающих э. д. с. 1,2 в и внут­ренним сопротивлением 0,2 ом, замкнута на внешнее сопротивление 11 ом. Опре­делить ток, отдаваемый батареей в сеть:



2. Параллельное соединение источников э. д. с. Если положи­тельные зажимы (плюсы) нескольких аккумуляторов соединить



рис. 4

между собой и вывести общий плюс, а отрицательные зажимы (ми­нусы) этих же аккумуляторов также соединить между собой и вывести общий минус, то такое соединение будет называться параллельным. На рис. 4 представлено параллельное I соединение трех аккумуляторов. Обязательным условием для параллельного соединения акку­муляторов является равенство их э. д. с, внутренних сопротивле­ний и емкостей, так как иначе между аккумуляторами будут про­текать уравнительные токи, вредные для батареи.

Э. д. с. батареи при параллельном соединении равна э. д. с. одного аккумулятора:



При параллельном соединении аккумуляторов батарея в целом может отдать в сеть ток, больший, чем каждый аккумулятор в от­дельности.

Внутреннее сопротивление батареи, состоящей из n параллельно включенных аккумуляторов, будет и в n раз меньше сопротивления каждого аккумулятора:



Ток, отдаваемый батареей в сеть, будет

Параллельное соединение аккумуляторов применяется в том случае, когда напряжение потребителя равно э. д. с. аккумуля­тора, а ток, необходимый потребителю, больше разрядного тока одного аккумулятора.
3. Смешанное соединение источников э. д. с. Комбинируя после­довательное и параллельное соединения, мы получим смешанное соединение аккумуляторов.



рис. 5

На рис.5 представлено смешанное соединение четырех аккумуляторов из двух параллельных групп по два элемента в каждой. Э. д. с. батареи со смешанным соединением аккумулято­ров равна сумме э. д. с. элементов, последовательно включенных в каждую группу (п):

Внутреннее сопротивление аккумуляторов в группе


Внутреннее сопротивление батареи, состоящей из m групп,



Ток, отдаваемый батареей в сеть сопротивлением r ом,



Смешанное соединение аккумуляторов применяется в том слу­чае, когда напряжение и ток потребителя соответственно больше з д. с. и разрядного тока одного аккумулятора.
 5. Измерение ЭДС

Большое значение приобретает точное измерение ЭДС источника тока для их соединения в батарею.

Существует много способов измерения ЭДС источника тока. 1.школьный метод

2. метод компенсации

Я предлагаю измерять эдс следующим способом.

5.1 Измерение ЭДС (школьный метод)


Оборудование: Источник тока, вольтметр, амперметр, переменное сопротивление( реостат), постоянное сопротивление, ключ.

Цель работы:

Показать, что ЭДС источника тока отличается от напряжения во внешней цепи на величину падения  напряжения во внутренней цепи источника тока.

Теоретическое обоснование: Из закона Ома =U+Ir следует, что при разомкнутом ключе ЭДС источника равна напряжению на внешней цепи         = U. В эксперименте мы замыкаем источник тока на вольтметр, который имеет сопротивление намного больше, чем внутренне сопротивлении источника тока r. Ток в цепи очень мал и поэтому  = U, с точностью до измерения напряжения.  При замыкании ключа в цепи возникает электрический ток, и вольтметр показывает нам падение напряжения во внешней цепи.  

 Рекомендуемая методика эксперимента:

1. Собрать цепь изображенную на рисунке

 2. Измерить ЭДС источника пока по показаниям вольтметра при разомкнутой цепи.

3. Занести в Tаблицу 2 абсолютные погрешности Δ, ΔU  и ΔI, исходя из точности шкалы приборов.

Таблица 2.

Δ=  0,05 В

ΔI= 0,005              А

ΔU= 0,05 В

4. Записать окончательные результаты измерений ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока в виде:   = ±Δ.

= 1,6 В

=1,6±0,05



5.2 ИЗМЕРЕНИЕ ЭДС ЭЛЕМЕНТА МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИИ

Приборы и принадлежности: нуль-гальванометр, нормальный элемент, аккумулятор, источник тока, ЭДС которого необходимо измерить, реохорд, сопротивления, переключатель, два ключа.

Цель работы: определение ЭДС элемента.

1. Краткая теория

Рассмотрим схему, рис.7. Используя закон Ома для участка цепи с ЭДС, получим


Отсюда видно, что когда в замкнутой цепи течет электрический ток, напряжение на полюсах источника тока всегда отличается от ЭДС на величину Ir. Это происходит из-за падения напряжения на внутреннем сопротивления источника тока.
Наиболее просто измерить ЭДС батареи с помощью вольтметра (рис. 7). Однако такой метод измерения не является точным. После включения вольтметра в цепь для измерения через него начинает течь ток и значит в соответствии с формулой (6-1) разность потенциалов, которую он должен замерить, не будет равна ЭДС батареи. Чтобы обойти эту трудность, применяют вольтметры с большим внутренним сопротивлением, например, катодные (ламповые вольтметры, либо, как в этой работе, используют метод компенсации.



Рис.7
V – вольтметр, измеряющий напряжение U на источнике тока; r – внутреннее сопротивление источника тока, I – сила тока.

2. Метод измерений

Для измерения ЭДС по методу компенсации используется схема, рис.8.



рис.8


G – нуль гальванометр; АВ – реохорд; D – его подвижный контакт; П – двухполюсный переключатель; К – ключ; ИП – источник питания; εN – эталонный элемент; εx – Элемент или аккумулятор, ЭДС которого надо определить.
При отсутствии тока в цепи гальванометра, по второму правилу Кирхгофа для контура АДЕ получим


где R1 – сопротивление левого плеча реохорда (участок АД) при включенном εx. Для контура АДЕ аналогично получим


где R2 – сопротивление левого плеча реохорда при включенном εN.
Сопротивление проводника цилиндрической формы R ~ l, где l – длина проводника, поэтому отношение сопротивлений R1/R2 = l1/l2. Учитывая это, из формул (6-2) и (6-3) получим



Таким образом, для определения искомой ЭДС необходимо знать ЭДС нормального элемента и длины плеч реохорда l1 и l2, при которых ток через гальванометр не идет (соответственно при включенных εx и εN).

3. Порядок выполнения работы

1.Собрать схему, рис.8.
2.Переключателем П включить элемент x.
3.Переместить подвижный контакт D реохорда примерно в среднее положение, включить на короткий промежуток времени ключ К и, передвигая подвижный контакт реохорда, добиться того, чтобы ток через гальванометр был равен нулю. Записать в таблицу 9 данные, соответствующие левому плечу реохорда. Аналогичные измерения провести 5 раз. Результаты измерений занести в таблицу 9.

Таблица 9

опыта

l1, мм

Δl1, мм

l2, мм

Δl2, мм

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

3

 

 

 

 

4

 

 

 

 

5

 

 

 

 

Среднее значение

 

 

 

 


4.Рассчитать по формуле (6-4) среднее значение εx cp, для этого используются соответствующие средние значения величин Δl1 и Δl2.
5.Рассчитать среднюю абсолютную погрешность величины x α = Δεxx = ΔεNN + Δl1/l1 + Δl2/l2.
6.Определить среднюю абсолютную погрешность Δεx = αεx cp
7.Окончательный результат определения ЭДС представить в виде:
εx = εx cp Δεx.

5.3 Измерение ЭДС ( метод, предложенный автором)

Оборудование: гальванический элемент, держатель для батареек, резисторы 393 Ом, 220 Ом, цифровой мультиметр PT9202А, провода.
Цель работы: Измерение ЭДС источника тока, через измерения силы тока в цепи при разных нагрузках.

Теоретическое обоснование: По закону Ома для полной цепи, для разных двух нагрузок:
= R1*I1 + I1*r (1);

= R2*I2 +I2*r (2);
Из (1) и (2) находим r, r = (R1*I1 - R2*I2) / (I2 - I1) (3);
Подставив уравнение (3) в уравнение (1) получим ,

= R1*I1 + I1((R1*I1 - R2*I2) / (I2 -I1)).

Ход работы.

  1. Соберём цепь изображённую на рисунке.

  2. Измерим силу тока I1 при сопротивлении R1.

  3. Поменяем сопротивление на R2.

  4. Измерим силу тока I2 сопротивление R2.

  5. Вычислим .

  6. Занесём данные в таблицу.

R1 = 393 Ом

R2 = 220 Ом

= 1.56 В

I1 = 0.00383 А

I2 = 0.00669 А



r = (393*0.00393 – 220*0.00669) / (0.00669 – 0.00383) = 13.99 ≈ 14 Ом;
= 393*0.00383 + 14*0.00383 = 1.56 В

Заключение.
Вывод: В пределах допустимых погрешностей ЭДС, измеренная тем и другим методом одинакова. Моим методом можно определить ЭДС источника тока без вольтметра с большим внутренним сопротивлением., для этого достаточно иметь амперметр.

6.. Список использованной литературы:

1. Б. Спасский, История физики, 1956 г

2. Учебник физики, 10 класс, автор Г.Я. Мякишев