Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України Вінницький національний технічний університет Інститут Інформаційних Технологій та Комп’ютерної Інженерії Кафедра Комп’ютерних Наук Лабораторна робота № 2 – 5 «Визначення електрорушійної сили джерела струму» Мета роботи: набути навиків вимірювання електрорушійної сили джерел струму компенсаційним методом.

Прилади та матеріали: джерело струму; реохорд; нормальний елемент; гальванометр; досліджуване джерело струму. Теоретичні відомості При наявності замкнутого кола електричний струм існує лише до тих пір, поки між двома точками кола підтримується різниця потенціалів. Тому в замкнутому колі поряд з дільницями, на яких додатні заряди рухаються в сторону зменшення потенціалу ( , повинні бути дільниці, на яких додатні заряди рухаються в зворотньому напрямі, тобто відбувається зростання потенціалу. Таким чином, для підтримання струму в колі необхідні сторонні сили, які діють по всьому колу , або на його окремих ділянках і які створюють додаткові електричні поля. Напруженість стороннього поля ЕСТ вимірюється величиною сторонніх сил, які діють на одиничний додатний заряд
Вектор напруженості стороннього поля Ест всередині джерела напрямлений проти вектора напруженості електростатичного поля Е (рис.1). При розімкнутому зовнішньому колі електричне поле всередині джерела зрівноважується стороннім полем. Таким чином, джерело струму - це такий енергетичний агрегат, який концентрує від’ємні заряди на одній клемі, а додатні заряди на іншій. Ці заряди і створюють напругу на клемах розімкнутого джерела; вона чисельно дорівнює спаду напруги на внутрішньому опорі.
Сторонні сили виконують роботу по розділенню електричних зарядів. Відношення величини роботи, яку виконують сторонні сили при переміщенні одиничного додатного заряду вздовж замкненого кола, до величини цього заряду, називають е.р.с. і вимірюють у вольтах (В)
(2) Серед джерел струмів в лабораторній практиці велике поширення одержали гальванічні елементи, які виготовлені із таких речовин, що забезпечують значну постійність напруги на його клемах. Ця напруга була виміряна з великою точністю і тепер добре відома, тому так звані “нормальні гальванічні елементи” є зручними еталонами напруги, які легко відтворюються в будь-якій лабораторії. Кадмієвий нормальний гальванічний елемент при 20(С має напругу на клемах 1,0186 В. При кімнатній температурі напруга цього елемента майже не залежить від температури: при підвищенні температури на 1(С вона зменшується менше, як на 0,0001 В. Будова кадмієвого нормального елемента подана на рис.2. Від такого нормального елемента можна одержати надзви-чайно малі струми, однак вони цілком достатні для проведення різноманітних вимірювань. Виявимо зв’язок між е.р.с. джерела і силою стрму в колі. Вважаючи, що джерелом струму є гальванічний елемент, узагальнимо одержані результати на випадок будь-якого джерела. Якщо гальванічний елемент створює в колі струм, то всередині цього джерела відбувається хімічна реакція. Енергія хімічної реакції QХ і є та енергія, яка звільняється в гальванічних елементах. У випадку замкнутого кола в ньому буде виконуватись робота струму А , яка перетворюється в тепло:
(3) При цьому слід враховувати, що електричні заряди ніде не нагромаджуються в колі, а значить, струм існує не лише в зовнішньому колі, але і усередині джерела. Гальванічний елемент являє собою для струму деякий опір r, що називається внутрішнім, який складається із опору електроліта і електродів. Використавши, до розглянутого замкнутого кола, перший принцип термодинаміки (загальний закон збреження енергії), одержуємо:
(4) де QT — деяка кількість теплоти, яка необхідна для підтримання постійної температури джерела. Тоді
Величина А, являє собою частину енергії Qx, яку називають максимальною роботою хімічної реакції і яка пропорційна величині заряду, перенесеного по колу. Тому вважаючи ( (...