POLITECHNIKA ŁÓDZKA

FILIA W BIELSKU - BIAŁEJ

WYDZIAŁ BUDOWY MASZYN

ROK I., SEM. II.

SPRAWOZDANIE Z LABORATORIUM FIZYKI.

Temat :

Wyznaczanie siły elektromotorycznej i oporu wewnętrznego ogniwa metodą kompensacji.

Robert Lipowczan

Grzegorz Piekiełko

Marcin Tomaszek

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. Definicja siły elektromotorycznej ogniwa:

Jest to stosunek pracy wykonanej nad pewną porcją ładunku dq przez źródło przy przenoszeniu z bieguna o potencjale niższym na wyższy.

gdzie ;

E - siła elektromotoryczna ogniwa

W - praca ogniwa

q - ładunek

Źródłem siły elektromotorycznej mogą być ogniwa. Układ składający się z dwu różnych elektrod zanurzonych w elektrolicie nazywamy ogniwem galwanicznym. Ogniwo Westona jest jednym z ogniw galwanicznych. Siła elektromotoryczna ogniwa Westona wynosząca E=1,01865 V (w temp. 20^oC) wykazuje dużą stałość i bardzo małą 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.

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. Zależność natężenia prądu od siły elektromotorycznej E wyrażona jest przez prawo Ohma dla obwodu całkowitego :

R_Z - opór zewnętrzny,

R_W - opór wewnętrzny.

Siła elektromotoryczna i opór wewnętrzny są stałe i charakterystyczne dla każdego źródła.

3. Prawa rządzące przepływem prądu.

Przepływem prądu rządzą prawa Ohma i Kirchoffa.

I. prawo Kirchoffa.

Suma natężeń wpływających do węzła jest równa sumie natężeń wypływających z tego węzła.

II. prawo Kirchoffa.

Suma algebraiczna spadku potencjału na opornikach oraz siły elektromotorycznej w oczku sieci jest równa zero.

Siłę elektromotoryczną obliczono ze wzoru :

gdzie :

E_x - siła elektromotoryczna badanego ogniwa,

E_w - siła elektromotoryczna ogniwa Westona,

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

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

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

Westona.

Opór wewnętrzny obliczono ze wzoru :

gdzie :

R_x - 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 obliczono na podstawie poniższych wzorów :

Wyniki pomiarów i obliczeń zestawiono w poniższych tabelach :

Tab.1.

	Ew	lx	lx	lw	lw	Ex	Ex
	V	m	m	m	m	V	V
		1,018	0,666	0,002	0,459	0,003	1,4771	0,0096

Tab.2.

	R	R	l	l	lx	lx	Rx	Rx
			m	m	m	m
		10	0,3	0,613	0,003	0,666	0,002	0,8646	0,129

Przykład obliczeń :

E_x=1,018*(0,666/0,459)=1,4771

E_x=1,4771*[(0,002/0,666)+(0,003/0,459)]

E_x=1,4771*0,004=0,0096

R_x=10*[(0,666-0,613/0,613]=0,8646

R_x=0,8646*[(0,3/10)+(0,003/0,613)+(0,006/0,053)]

R_x=0,8646*0,149=0,129

Wnioski :

Przeprowadzone ćwiczenie polegało na przebadaniu ogniwa bateryjnego, którego siła elektromotoryczna wynosiła 1,4771V. Błąd pomiarowy określiliśmy za pomocą ogniwa wzorcowego (ogniwo Westona), który wyniósł 0,0096V.

1

3

---