POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA

KATEDRA FIZYKI

TEMAT: Pomiar siły elektromotorycznej i oporu wewnętrznego ogniwa metodą kompensacji

Ćwiczenie wykonane przez:

Tomasz Stolarski

Rok I , Gr. V

Wstęp teoretyczny

Energia elektryczna może zostać przetworzona na energię :

mechaniczną , cieplną lub promienistą , jednakoż konieczne jest stworzenie obwodu elektrycznego składającego się z co najmniej

z trzech podstawowych elementów :

• źródła - wytwarzającego różnicę potencjałów , czyli napięcie wymuszające przepływ prądu w obwodzie .

• odbiornika - przetwarzającego energie elektryczną na inne energii .

• przewodów - tworzących drogę , po której płynie prąd przenoszący energię elektryczną .

Niezbędnym warunkiem przepływu prądu jest stworzenie mu drogi zamkniętej ( tworzącej obwód zamknięty ).

Pierwsze prawo Ohma ( prawo Ohma w postaci skalarnej )

Natężenie prądu płynącego przez przewodnik w stałej temperaturze jest wprost proporcjonalne do napięcia występującego w przewodniku , a odwrotnie proporcjonalne do rezystancji tego przewodnika .

Drugie prawo Ohma ( tzw. uogólnione 0prawo Ohma )

Natężenie prądu płynącego w zamkniętym obwodzie elektrycznym , jest wprost proporcjonalne do sumy algebraicznej napięć źródłowych występujących w tym obwodzie , a odwrotnie proporcjonalne do sumy rezystancji całego obwodu .

Suma algebraiczna oznacza , że wszystkie napięcia źródłowe

E zgodne ze zwrotem prądu przyjmujemy za dodatnie , a przeciwne za ujemne .

Ogniwa elektryczne

• ogniwo galwaniczne - układ utworzony przez dwie elektrody zanurzone w elektrolicie ; energia elektryczna jest wytwarzana kosztem reakcji chemicznej .

• akumulator ( ogniwo wtórne , odwracalne ) przeznaczony jest do magazynowania energii elektrycznej ; akumulatory mają różne rozwiązania budowy fizyko chemicznej .

• ogniwo paliwowe - jest specjalnym typem ogniwa galwanicznego .

• ogniwo fotoelektryczne

• ogniwo termoelektryczne i inne .

Siła elektromotoryczna ogniwa nazywa się napięcie , jakie byłoby wytworzone na zaciskach łączących to źródło z innymi elementami obwodu , gdyby ono nie miało rezystancji wewnętrznej .

Zasada działania ogniwa (na przykładzie akumulatora

ołowiowego )

W akumulatorze ołowiowym ( naładowanym ) elektroda ujemną jest ołów , elektrodą dodatnią jest dwutlenek ołowiu , elektrolitem wodny roztwór kwasu siarkowego . Podczas wyładowania elektroda ujemna zmienia się w siarczan ołowiu , a wolne elektrony wodoru wędrują do elektrody dodatniej , tworząc tu w połączeniu z kwasem siarkowym siarczan ołowiu i ponadto wodę . W czasie wyładowania siarczan ołowiu tworzy się na obu elektrodach , a na skutek tworzenia się wody , gęstość kwasu maleje . Podczas ładowania reakcje są odwrotne

Im większe są wymiary ogniwa , tym mniejsza jest jego rezystancja wewnętrzna i większy prąd można z niego czerpać w określonym czasie . Rezystancja wewnętrzna ogniwa zwiększa się w miarę jego zużywania się ołowiu .

Stan zwarcia obwodu występuje wtedy , gdy rezystancja odbiornika jest równa zeru ( R = 0 ).W praktyce oznacza to , że pkt. A i B obwodu zostały połączone ze sobą przewodem o znikomo małej rezystancji . Wtedy napięcie na zaciskach wynosi :

UR = RO I = 0 Ro = 0

Wtedy w obwodzie płynie prąd zwarcia określony wzorem :

RW - rezystancja wewnętrzna źródła

RP - rezystancja przewodów

Prąd zwarcia osiąga bardzo duże wartości , ponieważ RW i RP są na ogół bardzo małe .

Pomiar SEM metoda kompensacji .

Metoda polega na przeciwstawieniu napięciu mierzonemu Ux równego mu napięcia wzorcowego , określonego przy pomocy wzorcowego źródła napięcia . Taki układ przeciwstawnie skierowanych napięć , zapewniający warunek bez prądowego , a więc idealnego pomiaru .

Do biegunów źródła prądu dołączamy znane opory - raz opór R1 ,

a drugi opór R2 . Do wyznaczenia oporu Rw przy znanych wartościach oporów R1 i R2 należy przeprowadzić pomiar napięcia U1 i U2 na biegunach źródła , przy oporze R1 i R2 . Stosujemy do tego celu kompensacyjną metodę pomiaru napięć .

Opracowanie wyników :

Nazwa ogniwa	Wyznaczanie SEM ogniwa		Wyznaczanie oporu wewnętrznego ogniwa
	R [Ω]	E [V]	R'[Ω]	Uo [V]	r [Ω]	δ [%]
	0,367	0,734
Westona	0,366	0,732
	0,367	0,734
	0,515	1,03	100	1,09	5,5	5,8
Ogniwo	0,518	1,036	100	1,1	5,8	6,1
suche	0,517	1,034	100	1,15	10	10
Wartości średnie	0,511	1,033	100	1,101	6,1	6,1
	0,506	1,012	100	1,032	1,9	1,9
Ogniwo	0,508	1,016	100	1,04	2,3	2,3
suche	0,506	1,012	100	1,041	2,78	2,78
Wartości średnie	0,5066	1,0132	100	1,0376	2,3	2,35

Określenie siły elektromotorycznej wg :

D₂ / D₁ = N

Określenie rezystancji wewnętrznej ogniwa wg :

U_{0 =} N_M U

Wnioski:

Celem ćwiczenia było określenie wartości badanego napięcia metodą kompensacji . Rezystor dekadowy umożliwił sporządzenie dzielnika napięcia, za pomocą którego można było z dużą dokładnością przeprowadzić pomiar badanej siły elektromotorycznej .

Pracę rozpocząłem dla wartości rezystora zabezpieczającego

1 MΩ , stopniowe zmniejszenie tej wartości umożliwiło zwarcie rezystancji zabezpieczającej , a tym samym zmierzenie wartości siły elektromotorycznej.

Zaletą tej metody , jak wynika z przeprowadzonego ćwiczenia

są relatywnie małe błędy względne . Rezystancja wewnętrzna została określona metodą doświadczalną i waha się w przedziale od 10 Ω do 20 Ω .

---