POLITECHNIKA ŁÓDZKA                                                                            DNIA 25.III.1998

FILIA W BIELSKU - BIAŁEJ

WYDZIAŁ ORGANIZACJI I ZARZĄDZANIA

ROK I., SEM. II.

SPRAWOZDANIE Z LABORATORIUM FIZYKI.

Ćwiczenie nr 63.

Temat :

Wyznaczanie siły elektromotorycznej i oporu wewnętrznego ogniwa metodą kompensacji.

                                                                                               Wykonali :

                                                                                       Anna Konior

                                                                                       Piotr Mencel

I. Część teoretyczna.

1. Siła elektromotoryczna.

              Warunkiem przepływu prądu w dowolnym odcinku przewodu jest istnienie różnicy potencjałów (napięcia) między końcami tego odcinka. Aby wartość natężenia płynącego prądu była stała, czynniki zewnętrzne muszą podtrzymywać stałą wartość napięcia. Jeśli w obwodzie zamkniętym płynie prąd stały, to musi w nim istnieć taki element, w którym ładunek jest przenoszony od potencjału niższego do wyższego. Wymaga to wykonania pracy. Stosunek tej pracy dW do wartości przenoszonego ładunku dq nosi nazwę siły elektromotorycznej :

Siła elektromotoryczna  charakteryzuje ogniwo pod względem jego właściwości elektrycznych.

Źródłem siły elektromotorycznej mogą być ogniwa, termoogniwa i prądnice.

Ogniwo Westona – należy do grupy ogniw galwanicznych. Jest to układ dwóch różnych płytek (elektrod) wykonanych z metali lub związków metali (jedna może być węglowa), zanurzonych w roztworze wodnym kwasu, zasady lub soli (elektrolicie).

Siła elektromotoryczna ogniwa Westona ma wartość równą  E=1,01856 V. Cechuj ją duża stałość i

niska zależność od temperatury.

Ogniwo Westona używane jest jako ogniwo wzorcowe.

              Jedną z metod pomiaru siły elektromotorycznej jest metoda kompensacji. Polega ona na przeciwstawieniu napięciu mierzonemu równego mu napięcia wzorcowego, wycechowanego przy pomocy wzorcowego źródła napięcia.

2. Opór wewnętrzny (opór źródła siły elektromotorycznej).

              Stosunek napięcia U do natężenia prądu I w przewodniku nosi nazwę oporu elektrycznego i wyraża się wzorem :

Natężenie prądu I płynącego w każdym miejscu tego obwodu jest jednakowe. Wartość siły elektromotorycznej można obliczyć dzięki prawu Ohma dla całego obwodu:

RZ - opór zewnętrzny,

RW - opór wewnętrzny.

Zarówno siła elektromotoryczna jak i opór wewnętrzny są stałe i charakterystyczne dla danego źródła.

3. Prawa rządzące przepływem prądu.

Przepływem prądu rządzą prawa Ohma i Kirchoffa.

I. prawo Kirchoffa.

Suma natężeń prądów wpływających do węzła obwodu elektrycznego jest równa sumie natężeń prądów, które z tego węzła wypływają.

II. prawo Kirchoffa.

Suma algebraiczna wszystkich spadków napięć w oczku sieci i sił elektromotorycznych jest równa zero.

Prawo Ohma dla odcinka obwodu.

Natężenie prądu elektrycznego płynącego przez przewodnik jest wprost proporcjonalne do napięcia na jego końcach. Dla danego obwodu stosunek napięcia mierzonego na jego końcach do natężenia prądu przez niego płynącego ma stałą wartość i nazywa się oporem elektrycznym.

Prawo Ohma dla całego obwodu.

Natężenie prądu płynącego w obwodzie jest proporcjonalne do siły elektromotorycznej i odwrotnie proporcjonalne do sumy oporu zewnętrznego i wewnętrznego.

II. Opis wykonania ćwiczenia.

Wykorzystane przyrządy :

płyta z potencjometrem (z podziałką), dwa wyłączniki, ogniwo Westona, galwanometr, opornik o znanej oporności R, ogniwo badane.

Obwód połączyliśmy połączony według schematu:

:

Opis przyrządów widocznych na powyższym rysunku :

Po zamknięciu wyłączników K1 i K2 suwak potencjometru ustawiliśmy w takim położeniu lw, przy którym przez galwanometr nie płynie prąd. Sprawdziliśmy to przez kilkakrotne zamykanie i otwieranie wyłącznika K2 - wskazówka galwanometru nie wychylała się z położenia zerowego. Po otwarciu wyłączników K1 i K2 odczytaliśmy wartość lw  z podziałki potencjometru. Czynności te zostały powtórzone przez nas po zastąpieniu ogniwa Westona ogniwem badanym. Następnie bieguny ogniwa badanego połączyliśmy opornikiem o znanej oporności R i powtórzyliśmy czynności dokonywane przy pomiarze siły elektromotorycznej ogniwa Westona.

Siłę elektromotoryczną obliczyliśmy ze wzoru :

gdzie :

Ex - siła elektromotoryczna badanego ogniwa,

Ew - siła elektromotoryczna ogniwa Westona,

lx   - długość odcinka AC zmierzona w stanie równowagi (gdy przez galwanometr nie płynie

       prąd) wtedy, gdy w obwodzie jest załączone ogniwo badane,

lw  - długość odcinka AC w stanie równowagi, wtedy gdy w obwodzie załączone jest ogniwo

       Westona.

Opór wewnętrzny obliczyliśmy ze wzoru :

gdzie :

Rx - opór wewnętrzny badanego ogniwa,

R  - opór opornika podłączonego do badanego ogniwa,

l   - długość odcinka AC zmierzona w stanie równowagi, wtedy gdy do ogniwa podłączono

      równolegle opornik R.

Błędy obliczyliśmy na podstawie poniższych wzorów :

Wyniki pomiarów i obliczeń zestawiono w poniższych tabelach :

Tab.1.

Tab.2.