用板式电位差计测量电池的电动势和内阻.doc

实验十七用板式电位差计测量电池的电动势和内阻
实验目的
。
。
实验器材
板式电位差计,检流计,滑线变阻器,标准电池,待测电池,标准电阻(电阻箱),直流稳压电源等。
实验原理
图17-1
V
-
+
-
+
EX
直流电位差计就是用比较法测量电位差的一种仪器。它的工作原理与电桥测量电阻一样,是电位比较法。其中板式电位差计的原理直观性较强,有一定的测量精度,便于学习和掌握,而箱式电位差计是测量电位差的专用仪器,使用方便,测量精度高,稳定性好。此外,由于许多电学量都可变为电压的测量,因此电位差计除了电位测量之外还可测量电流、电阻等其它量。本实验讨论板式电位差计。
若将电压表并联到电池两端(图17-1)就有电流I通过电池内部,由于电池有内电阻r,在电池内部不可避免地存在电位降落I·r,因而电压表的指示值只是电池两端电压V=EX-I·r的大小。
显然,只有当I=0时,电池两端的电压V才等于电动势EX。
d
图17-2
b
a
+
G
E0
E
+
-
I
-
怎样才能使电池内部没有电流通过而又能测定电池的电动势EX呢?这就需要采用补偿法。
如图17-2中的ab为电位差计的已知电阻。使某一电流I通过电阻ab,由于在adE0a回路中ad段的电位差与E0的方向相反,只要工作电池的电动势E大于标准电池的电动势E0,滑动点就可以找到平衡点(G中无电流时对应的点)此时ad段的电位即为E0,因而其它各段的电位差就为已知,然后再用这已知电位差与待测量相比较。设此时ad段电阻为r1,则有
(17-1)
再将E0换成待测电池EX,保持工作电流I不变,重新移动d点到d’,G仍为零。设此时ad’的电阻为r2,则有
(17-2)
比较上两式得

即(17-3)
显见,只要r2/r1和E0为已知,即可求得EX的值。同理,若要测任意电路两点间的电位差,只需将待测两点接入电路代替EX即可测出。
电位差计的准确度由(17-3)式决定,式中r2、r1、E0的准确度对EX的影响是明显的。检流计的灵敏度决定着(17-3)式近似成立的程度,若要在测量和校准的整个过程中工作电流始终恒定,这就必须要求工作电源的电动势较稳定。
为了定量地描述因检流计灵敏度限制给测量带来的影响,引入“电位差计电压灵敏度”这一概念。其定义为电位差计平衡时(G指零)移动d点改变单位电压所引起检流计指针偏转的格数。即
(格/伏) (17-4)
仪器描述
图17-3
K2
Rgh
E0
1
C
D
RKkkkkkkkkkkkk
K1
E
G
I’
2
K’
EX
R0
0
2
4
6
8
10
1
3
5
7
9
图17-3为板式电位差计实物线路图(包括测电池内阻的电路)。实验时,先用标准电池E0调节工作电流,使电位差计的电阻丝单位长度上的电位差为E0/L0,然后把K2倒向待测电动势Ex,用滑键D找到平衡点,则

测电池的内阻,将图17-3中的K2
和“2”点闭合,并闭合K’,移动C、D位置,
当G为零时,C、D间的电位差即待测电池
的端电压VX=EX-I’·r内=I’ R0(I’是EXK’
R0EX回路中的