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线式电位差计测量电动势
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【摘要】将电位差计中的补偿原理应用于电学物理量的测量,用线式电位差计测量电源电动势得到精确值。该方法可以可以排除电源电阻及其他电气原件的干扰,从而可以得到一个相对精确的电势值。
【关键词】电位差计,补偿原理,电动势
一,引言
用电位差计测量电动势,是将未知电动势与电位差计上的已知电压相比较。它和一般的电压表测电动势不同,不干扰待测电路,测量结果仅依赖准确度极高的标准电池和高灵敏检流计,排除了待测电源电阻和电压表等的误差干扰,因而测量的精确度极高。下面将就线式电位差计测量方法的应用和误差进行阐述。
二,设计原理
线式电位差计实验电路图如下
线式电位差计具有结构简单,测量结果精确的特点,图中的电阻丝长11m,往复绕在木板的11个接线插孔上,每两个插孔间的电阻丝长为1m,插头C可选插在插孔0至10之间的任意位置。电阻丝BO旁边附有mm刻度尺,触头D可在它上面滑动。改变插头C和滑动触头D的位置,可使CD间电阻丝长度在0—11之间连续变化。R0为可变电阻,用来调节工作电流。双刀双掷开关K2用来选择接通标准电池Es或待测电池
Ex。电阻R是用来保护标准电池和检流计的。在电位差计处于补偿状态进行读数时,,以提高测量灵敏度。
1,补偿原理
把电动势Ex、Ex和检流计G联成闭合回路。当Es< <Ex时,检流计指针偏向一边。
当Es > > Ex时,检流计指针偏向另一边。只有当Es=Ex时,回路中才没有电流,此时I=0 ,检流计指针不偏转,我们称这两个电动势处于补偿状态。反过来说,若I=0 ,则Es==Ex。
2,工作原理
工作原理图如下所
示
它包括工作电流调节回路(E,R0,R,K1),校正工作电流回路(Es,Rc’d’,G,K3)和待测回路(Ex,Rcd,G,K2)三部分。
,合上开关K1后,有电流I通过均匀电阻丝AB,并在AB上产生电势降落IR。
,合上开关K2后,检流计G上就有电流通过。如果适当调节C,D两点的位置,使检流计G指针为零,即Ig=0,这种情况称电位差计处于补偿状态,此时有
Uc?UD?Ex?IRCD
设均匀电阻丝AB上等单位长度的电阻R0,CD段电阻丝长度为Lx,于是
Ex?IR0Lx
,用标准电池Es替换待测电池Ex,将C,D位置调换到C’,D’两点,同样使检流计G的指针指零,达到补偿状态。设此时C’D’段电阻丝长度为Ls,则有 Es?IR0Ls 两式相除可得 Ex?
LxLs
Es
Es=
由此可知,在已知标准电池的电动势Es的情况下,在同一工作电流下电位差计处于补偿状态,测出Lx和Ls,就可算出待测电池的电动势。
三,设计方案
1,大致选定电阻丝单位长度上的电降压A,根据标准电池的电动势Es估算C,D间电阻丝长度为
Ls?
EsA
2,调节插头C和滑动插头D的位置到Ls的位置,然后接通K1,将K2倒向Es,调节Rn,同时断续按下滑动触头D,直到检流计的指针为零。
3,合上开关K3,短路R,再次微调Rn或滑动触头D的位置,使检流计的指针