WSTĘP TEORETYCZNY

Siła elektromotoryczna jest siłą wprawiającą w ruch uporządkowany nośniki ładunku -
elektrony (w metalach) i jony (w elektrolitach). Przyczyną powstawania siły
elektromotorycznej mogą być:

a) procesy chemiczne - w ogniwach i akumulatorach;
b) procesy elektromagnetyczne - w prądnicach prądu stałego i zmiennego;

c) procesy termoelektryczne - w termoogniwach lub termometrach;

d) procesy fotoelektryczne - fotoogniwach.

Zależność natężenia prądu płynącego w obwodzie ogniwa i rezystora o rezystancji R

Z

od siły elektromotorycznej E wyrażona jest prawo Ohma dla odwodu zamkniętego

E = I R

Z

+ I R

W

= U + I R

W.

(1)

Składnik U = I R

Z

wyraża spadek napięcia na rezystancji zewnętrznej. Jest ono

nazywane napięciem na biegunach źródła prądu, albo krótko napięciem źródła. Składnik I R

W

wyraża spadek napięcia na rezystancji R

W

.

Każde źródło prądu ma dwie wielkości charakterystyczne (stałe dla danego źródła):

siłę elektromotoryczną E i rezystancję wewnętrzną R

W

.

Z równania (1) wynika, że przy obciążeniu źródła (tzn. przy poborze prądu) napięcie

na rezystancji wewnętrznej rośnie wraz ze wzrostem obciążenia, natomiast napięcie na jego
biegunach staje się mniejsze od siły elektromotorycznej E i to tym bardziej, im silniej
obciążone jest źródło prądu.

U = I R

Z

< E

To zmniejszanie się napięcia na biegunach źródła wskutek jego obciążenia coraz

silniejszym prądem nazywamy charakterystyką pracy źródła.

Jedną z najprostszych metod określenia siły elektromotorycznej jest metoda

kompensacyjna, polegająca na porównaniu mierzonego napięcia U

X

lub siły

elektromotorycznej E

X

z wartością wzorcową napięcia U

W

lub siły elektromotorycznej E

W

na

podstawie przepływu prądu przez źródło tych napięć U

N

lub siłę elektromotoryczną E

N

.

Wówczas I = 0, czyli IR

W

=0 więc nie ma spadku napięć na rezystancji wewnętrznej źródła.

Źródło napięć badanego i wzorcowego są połączone przeciwstawnie, a jako wskaźnik prądu
służy czuły galwanometr G.

OBLICZENIA

1. Siła elektromotoryczna:



E[mV] I[mA] U[mV]

1 943,66

2 943,56

3 943,53
4 943,44
5 943,43
6 943,39
7 943,38
8 943,38
9 943,36

10 943,37

Otrzymane wartości należy pomnożyć przez 5

Średnia arytmetyczna siły elektromotorycznej – E

śr

= 943.38 [mV]

Średni błąd kwadratowy

)

1

(

)

(

2









n

n

E

E

n

śr

n



, po podstawieniu otrzymujemy wartość

σ = 0,037


2. Charakterystyka pracy źródła:

0,5 941,87
1,0 940,57
1,5 939,47
2,0 938,43
2,5 937,66

Rezystancja wewnętrzna:

U = E

śr

- IR

W

]

[







I

E

U

R

śr

w

R

w

[Ω] I[mA]

0,999 0,5

0,998

1

0,997 1,5

0,997

2

0,996 2,5

Moc czerpana ze źródła:

Moc wydzielana na rezystancji wewn. źródła:

P = UI

P

r

= (E-U)I

P[μW] I[mA]

P

r

[μW] I[mA]

Moc teoretyczna:

P = IE – I

2

R

w

P

r

= I

2

R

W

[μW]

[μW]

470,935 0,5

940,57

1

1,41*10

3

1,5

1,88*10

3

2

2.34*10

3

2,5

0,895 0,5

2,99

1

6,09 1,5

10,02

2

14,425 2,5

471,302 0,5

941,448

1

1,41*10

3

1,5

1,88*10

3

2

2.35*10

3

2,5

0,528 0,5

2,112

1

4,752 1,5

8,448

2

13,2

2,5

WNIOSKI

Celem ćwiczenia było zbadanie siły elektromotorycznej oraz charakterystyki jej pracy.
Wartość jej jest równa :

E

śr

= 943,48 [mV]

Z wykresu można odczytać, że przy pobieraniu coraz większego prądu wartość siły
elektromotorycznej zaczyna maleć. Także z wykresów zależności mocy od prądu można
wywnioskować, że moc wzrasta razem z pobieraniem prądu.
Otrzymane wyniki są obarczone różnymi błędami dlatego też nie są one dokładne. Na
dokładność wyników wpływa odczyt napięcia z woltomierza, a także dokładność ustawienia
temperatury otoczenia oraz właściwego prądu, który jest potrzebny do dalszych pomiarów.