WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

LABORATORIUM FIZYCZNE

Sprawozdanie z Pracy Laboratoryjnej nr 15

Temat pracy: Pomiar siły elektromotorycznej ogniwa

i charakterystyki jego pracy

I. 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:

1. procesy chemiczne - w ogniwach i akumulatorach;

2. procesy elektromagnetyczne - w prądnicach prądu stałego i zmiennego;

3. procesy termoelektryczne - w termoogniwach lub termometrach;

4. 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.

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest pomiar siły elektromotorycznej ogniwa oraz dokonanie charakterystyki jego pracy.

II. Opracowanie wyników pomiarów

Tabela pomiarowa:

Lp.	U [mV]	Lp.	I [mA]	U [mV]	Rw[Ω]	Pz [mW]	PRw [μW]
1.	913,77	1.	0,5	910,51	34,90	2,28	8,72
2.	913,75	2.	1,0	908,38	28,10	4,54	28,10
3.	913,73	3.	1,5	906,66	24,47	6,80	55,05
4.	913,76	4.	2,0	905,27	21,82	9,05	87,30
5.	913,71	5.	2,5	904,02	19,96	11,30	124,75
6.	913,71
7.	913,70
8.	913,70
9.	913,69
10.	913,69

1. Obliczenia (Otrzymane wyniki należy pomnożyć przez 5)

• SIŁA ELEKTROMOTORYCZNA ŹRÓDŁA

1.1 Obliczenie średniej arytmetycznej E_śr.

1.2 Obliczenie średniego błędu kwadratowego .

• CHARAKTERYSTYKA PRACY ŹRÓDŁA

1.3 Wykres zależności mierzonego napięcia U od natężenia I czerpanego ze źródła prądu.

(Załącznik nr 1)

1.4 Obliczenie rezystancji wewnętrznej.

Wynik zamieszczony w tabeli pomiarowej.

1.5 Obliczenie dla wszystkich punktów pomiarowych moc czerpaną ze źródła P_z = U I

oraz moc P_Rw wydzieloną na rezystancji wewnętrznej źródła P_Rw = (E_Śr - U) I

Wynik zamieszczony w tabeli pomiarowej.

1.6 Wykres na jednym arkuszu zależności P_z i P_Rw od I (Załącznik nr 2)

1.7 Porównanie wartości z wykresu z wynikiem teoretycznym.

Lp.	PZ [mW]	PRw [μW]
1.	2,28	8,72
2.	4,54	28,10
3.	6,80	55,05
4.	9,05	87,30
5.	11,30	124,75

III. Wnioski

Wartość siły elektromotorycznej wyznaczona przez nas wynosi:

• Przy pobieraniu coraz większego prądu wartość siły elektromotorycznej zaczyna maleć. ( Na podstawie wykresu zależności napięcia U od natężenia I).

• Wzrost prądu powoduję także wzrost mocy. Moc czerpana ze źródła jest znacznie większa od mocy wydzielonej na rezystancji wewnętrznej źródła. (Na podstawie wykresów zależności mocy od prądu).

• Obecność błędów przypadkowych powoduje niedokładność pomiarów, ale wyznaczenie wartości średniej oraz średniego błędu kwadratowego pozwoliło nam na bardziej dokładne obliczenia.

• Na dokładność również wpływa ustawienie temperatury otoczenia oraz właściwego prądu.

---