Puna laboratorike № 8

Tema: "Përkufizimi forca elektromotore dhe rezistencën e brendshme të burimit aktual».

Synimi: Mësoni të përcaktoni forcën elektromotore dhe rezistencën e brendshme të burimit energji elektrike.

Pajisjet: 1. Ampermetër laboratorik;

2. Burimi i energjisë elektrike;

3. telat lidhës,

4. Një grup rezistencash 2 ohmë dhe 4 ohmë;

5. Ndërprerës njëpolësh; Celës.

Teoria.

Ndodhja e një ndryshimi potencial në polet e çdo burimi është rezultat i ndarjes së pozitive dhe ngarkesa negative. Kjo ndarje ndodh për shkak të punës së bërë nga forcat e jashtme.

Quhen forcat me origjinë jo elektrike që veprojnë në bartës të ngarkesës falas nga burimet aktuale forcat e jashtme.

Kur lëviz ngarkesat elektrike përgjatë zinxhirit rrymë e vazhdueshme forcat e jashtme që veprojnë brenda burimeve aktuale funksionojnë.

Madhësia fizike e barabartë me raportin e punës A st të forcave të jashtme kur lëviz ngarkesa q brenda burimit aktual me vlerën e kësaj ngarkese quhetburimi i forcës elektromotore (EMF):

EMF përcaktohet nga puna e bërë nga forcat e jashtme kur lëviz një ngarkesë e vetme pozitive.

Forca elektromotore, si diferenca e potencialit, matet në volt[AT].

Për të matur EMF burimi, ju duhet bashkohen ndaj tij voltmetër me qark të hapur.

Burimi aktual është një përcjellës dhe gjithmonë ka njëfarë rezistence, kështu që rryma gjeneron nxehtësi në të. Kjo rezistencë quhet burimi i rezistencës së brendshme dhe shënojnë r.

Nëse qarku është i hapur, atëherë puna e forcave të jashtme shndërrohet në energji potenciale të burimit aktual. Me një qark të mbyllur, kjo energji potenciale shpenzohet në punën e lëvizjes së ngarkesave në qarkun e jashtëm me rezistencë R dhe në pjesën e brendshme të qarkut me rezistencë r, d.m.th. ε = IR + Ir .

Nëse qarku përbëhet nga një pjesë e jashtme me rezistencë R dhe rezistencë të brendshme r, atëherë, sipas ligjit të ruajtjes së energjisë, EMF i burimit do të jetë i barabartë me shumën e tensioneve në seksionet e jashtme dhe të brendshme të qarkut. , sepse kur lëviz përgjatë një qarku të mbyllur, ngarkesa kthehet në pozicionin e saj origjinal, ku IRështë voltazhi në pjesën e jashtme të qarkut, dhe Ir- tension në seksionin e brendshëm të qarkut.

Kështu, për një seksion të qarkut që përmban EMF:

Kjo formulë shpreh Ligji i Ohmit për zinxhir i plotë : forca e rrymës në qarkun e plotë është drejtpërdrejt proporcionale me forcën elektromotore të burimit dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me shumën e rezistencave të seksioneve të jashtme dhe të brendshme të qarkut.

ε dhe r mund të përcaktohen në mënyrë empirike.

Shpesh burimet e energjisë elektrike janë të ndërlidhura për të fuqizuar qarkun. Lidhja e burimeve në bateri mund të jetë serike dhe paralele.

Me një lidhje serike, dy burime ngjitur lidhen me pole të kundërta.

Kjo do të thotë, për të lidhur bateritë në seri, terminali pozitiv i baterisë së parë është i lidhur me "plus" të qarkut elektrik. Termina pozitive e baterisë së dytë është e lidhur me terminalin e saj negativ, etj. Terminali negativ i baterisë së fundit është i lidhur me "minus" të qarkut elektrik.

Bateria që rezulton nga një lidhje serike ka të njëjtin kapacitet me atë të një baterie të vetme, dhe voltazhi është bateri e barabartë me shumën e tensioneve të baterive të përfshira në të. Ato. nëse bateritë kanë të njëjtin tension, atëherë voltazhi i baterisë është i barabartë me tensionin e një baterie shumëzuar me numrin e baterive në bateri.

1. EMF e baterisë është e barabartë me shumën e EMF të burimeve individualeε= ε 1 + ε 2 + ε 3

2 . Rezistenca totale e baterisë së burimeve është e barabartë me shumën e rezistencave të brendshme të burimeve individuale r bateri = r 1 + r 2 + r 3

Nëse n burime identike janë të lidhura me baterinë, atëherë bateria EMF ε= nε 1 dhe rezistenca e baterisë r = nr 1

3.

Në lidhje paralele Lidhni të gjithë polet pozitive dhe negative të dy ose më shumën burime.

Kjo do të thotë, kur lidhen paralelisht, bateritë lidhen në mënyrë që terminalet pozitive të të gjitha baterive të lidhen në një pikë të qarkut elektrik (″plus″), dhe terminalet negative të të gjitha baterive lidhen në një pikë tjetër në qark. ("minus").

Lidheni vetëm paralelisht burimet Me i njëjti EMF. Bateria që rezulton nga një lidhje paralele ka të njëjtin tension me atë të një baterie të vetme dhe kapaciteti i një baterie të tillë është i barabartë me shumën e kapaciteteve të baterive të përfshira në të. Ato. nëse bateritë kanë të njëjtin kapacitet, atëherë kapaciteti i baterisë është i barabartë me kapacitetin e një baterie shumëzuar me numrin e baterive në bateri.

1. EMF e një baterie me burime identike është e barabartë me EMF të një burimi.ε= ε 1 = ε 2 = ε 3

2. Rezistenca e baterisë është më e vogël se rezistenca e një burimi të vetëm r bateri = r 1 /n
3. Fuqia aktuale në një qark të tillë sipas ligjit të Ohm-it

Energjia elektrike e ruajtur në bateri është e barabartë me shumën e energjive të baterive individuale (produkti i energjive të baterive individuale, nëse bateritë janë të njëjta), pavarësisht nëse bateritë janë të lidhura paralelisht ose në seri .

Rezistenca e brendshme e baterive të prodhuara duke përdorur të njëjtën teknologji është afërsisht në përpjesëtim të zhdrejtë me kapacitetin e baterisë. Prandaj, meqenëse me një lidhje paralele, kapaciteti i baterisë është i barabartë me shumën e kapaciteteve të baterive të përfshira në të, domethënë rritet, rezistenca e brendshme zvogëlohet.

Përparim.

Foto 1.

4. Mbyllni qarkun duke futur një rezistencë më të ulët R 1 1 . Hap zinxhirin.

5. Mbyllni qarkun duke futur më shumë rezistencë R 2 . Shkruani vlerën e rrymës I 2 . Hap zinxhirin.

6. Llogaritni vlerën e EMF dhe rezistencën e brendshme të burimit të energjisë elektrike.

Ligji i Ohmit për qarkun e plotë për çdo rast: dhe

Nga këtu marrim formulat për llogaritjen e ε dhe r:

7. Regjistroni rezultatet e të gjitha matjeve dhe llogaritjeve në një tabelë.

8. Nxirrni një përfundim.

9. Përgjigjuni pyetjeve të sigurisë.

PYETJE TESTI.

1. Hap kuptimi fizik koncepti i "forcës elektromotore të burimit aktual".

2. Përcaktoni rezistencën e seksionit të jashtëm të qarkut, duke përdorur rezultatet e matjeve të marra dhe ligjin e Ohm-it për qarkun e plotë.

3. Shpjegoni pse rezistenca e brendshme rritet kur bateritë lidhen në seri dhe zvogëlohet kur lidhen paralelisht në krahasim me rezistencën r 0 një bateri.

4. Në cilin rast voltmetri i lidhur me terminalet e gjeneratorit tregon EMF-në e gjeneratorit dhe në cilin rast është voltazhi në skajet e seksionit të jashtëm të qarkut? A mund të konsiderohet ky tension edhe si tension në skajet e seksionit të brendshëm të qarkut?

Opsioni i matjes.

Përvoja 1. Rezistenca R 1 \u003d 2 Ohm, forca aktuale I 1 \u003d 1.3 A.

Rezistenca R 2 \u003d 4 Ohm, forca aktuale I 2 \u003d 0,7 A.

Qëllimi i punës: matja e forcës elektromotore të burimit të rrymës me metodën e kompensimit.

Instrumentet dhe pajisjet: instalimi për matjen e forcës elektromotore të një burimi rrymë me metodën e kompensimit.

Përzierje teorike

Rryma elektrike është një lëvizje e drejtuar e ngarkesave elektrike. Rryma elektrike zakonisht karakterizohet nga forca e rrymës - një sasi skalare e përcaktuar nga ngarkesat elektrike duke kaluar nëpër prerjen tërthore të përcjellësit për njësi të kohës :

. (1)

Njësia e fuqisë aktuale është amper (A). Nëse për çdo interval të barabartë kohor e njëjta sasi elektriciteti (ngarkesa elektrike) kalon nëpër seksionin tërthor të përcjellësit, atëherë një rrymë e tillë quhet konstante. Në mënyrë konvencionale, drejtimi i lëvizjes merret si drejtim i rrymës elektrike në përcjellës ngarkesa pozitive(Fig. 1a).

Sasia fizike e përcaktuar nga forca e rrymës që kalon nëpër sipërfaqen e njësisë së seksionit kryq të përcjellësit , pingul me drejtimin e rrymës, quhet dendësia e rrymës :

. (2)

Dendësia e rrymës është një vektor , drejtimi i të cilit përkon me lëvizjen e urdhëruar të ngarkesave pozitive.

Në 1826, ligji i Ohm-it u vendos eksperimentalisht për një seksion homogjen të një qarku elektrik (qarku elektronik në Fig. 1b ose seksionet ad, dc, cb në Fig. 1a), i cili thotë se forca aktuale në një përcjellës homogjen është drejtpërdrejt proporcionale me tensionin në skajet e tij dhe është në përpjesëtim të zhdrejtë me rezistencën e përcjellësit :

, (3)

Rezistenca e përcjellësit varet nga materiali nga i cili është bërë përcjellësi, dimensionet e tij lineare dhe forma:

, (4)

ku - rezistencë elektrike specifike që karakterizon materialin e përcjellësit; - gjatësia e përcjellësit; - zona e seksionit kryq të përcjellësit. Njësia e rezistencës elektrike është Ohm∙m. 1 Ohm m - kjo është rezistenca elektrike e një përcjellësi që ka një rezistencë elektrike prej 1 ohm me një gjatësi prej 1 m dhe një sipërfaqe tërthore prej 1 m 2.

Nëse zëvendësojmë me shprehjen (4) në ligjin e Ohm-it një seksion homogjen të qarkut elektrik (3), atëherë marrim

. (5)

Duke pasur parasysh se

dhe ,

dhe duke aplikuar gjithashtu formulën (2), ne e transformojmë ekuacionin (5) në një shprehje që përfaqëson ligjin e Ohmit në forma diferenciale për një seksion homogjen të qarkut elektrik:

,

ku - forca e fushës elektrostatike brenda përcjellësit; - përçueshmëria elektrike e materialit përcjellës.

Duke pasur parasysh faktin se bartësit e ngarkesës pozitive në secilën pikë lëvizin në drejtim të vektorit , pastaj drejtimet e vektorëve dhe ndeshje. Prandaj, ligji i Ohmit për një seksion homogjen të një qarku elektrik në formë diferenciale do të shkruhet si

.

Për të ruajtur rrymën në përcjellës për një kohë mjaft të gjatë, është e nevojshme që vazhdimisht të hiqen ngarkesat pozitive të sjella nga fundi i përcjellësit me një potencial më të ulët (ne i konsiderojmë transportuesit e ngarkesës si pozitivë) dhe të furnizoni vazhdimisht. ato deri në fund me një potencial të madh, d.m.th. është e nevojshme të vendoset qarkullimi i ngarkesave pozitive, në të cilat ato do të lëviznin përgjatë një trajektoreje të mbyllur.

Në një të mbyllur qark elektrik ka zona ku ngarkesat pozitive lëvizin në drejtim të rritjes së potencialit, d.m.th. kundër një fushe elektrostatike. Lëvizja e ngarkesave të tilla është e mundur vetëm me ndihmën e forcave me origjinë joelektrostatike, të quajtura të jashtme. Natyra e forcave të jashtme është e ndryshme, sepse pamja e tyre është për shkak të fushave magnetike të alternuara, si dhe proceseve kimike, difuzioni, dritë që ndodhin në burimet aktuale.

Karakteristika kryesore e forcave të jashtme është forca e tyre elektromotore (EMF) - kjo është sasi fizike, numerikisht e barabartë me punën e forcave të jashtme

me zhvendosjen e një ngarkese të vetme pozitive :

,

ku

- vektori i forcës së fushës së forcave të jashtme;

- vektori i zhvendosjes së ngarkesës. Njësia matëse për EMF është V (Volt).

Nëse burimi aktual është i mbyllur ndaj një ngarkese të jashtme të shpërndarë në mënyrë uniforme përgjatë qarkut, atëherë potenciali do të bjerë sipas një ligji linear ndërsa largohet nga elektroda pozitive e baterisë (Fig. 2).

Shndërrimi i energjisë së një rryme elektrike në të brendshme shkakton ngrohjen e përcjellësit. J. Joule dhe E. Lenz zbuluan eksperimentalisht se sasia e nxehtësisë së lëshuar në përcjellës është në proporcion me katrorin e forcës së rrymës në përcjellës , rezistenca e përcjellësit dhe koha e rrjedhjes aktuale .

. (6)

Duke përdorur ligjin Joule-Lenz, ligji i Ohm-it u nxor për një seksion johomogjen të një qarku elektrik, i cili merr parasysh efektin e forcave elektrostatike dhe të jashtme në një ngarkesë pozitive lëvizëse.

Sipas ligjit të ruajtjes së energjisë, sasia e nxehtësisë që çlirohet në një qark elektrik johomogjen (qarku elektronik në figurën 1c) është e barabartë me shumën e punës së forcave fushe elektrike dhe puna e forcave të jashtme të burimit aktual:

, (7)

ku është puna e forcave të fushës elektrostatike;

- puna e forcave të jashtme. Forcat e jashtme bëjnë punë pozitive për të lëvizur një ngarkesë pozitive nëse drejtimet e forcave të jashtme dhe rryma elektrike përkojnë (Fig. 3), përndryshe, puna e forcave të jashtme është negative.

Duke marrë parasysh se rezistenca totale në seksionin jo uniform të qarkut elektrik shtohet nga e jashtme dhe shtëpiake rezistencë, dhe duke barazuar shprehjet (6), (7) marrim

Duke marrë parasysh formulën (1), ne e transformojmë shprehjen në formën:

Le të zvogëlojmë shprehjen që rezulton me ngarkesë dhe merrni ligjin e Ohm-it për një seksion johomogjen të qarkut elektrik

.

Kur përdorni këtë ligj, është e nevojshme të merret parasysh rregulli i shenjave: drejtimi i anashkalimit të seksionit të qarkut përcaktohet nga indeksimi i potencialeve. Burimi aktual i EMF marrë me shenjë plus nëse drejtimet e forcave të jashtme dhe seksioni i anashkalimit të qarkut elektrik përkojnë (Fig. 4a), përndryshe - anasjelltas (Fig. 4b).

Nëse qarku është i mbyllur, d.m.th.

dhe

, atëherë marrim ligjin e Ohm-it për një qark elektrik të mbyllur (qarku elektronik në Fig. 1a).

Në praktikë, EMF e burimit aktual nuk mund të matet drejtpërdrejt me një voltmetër konvencional, sepse voltmetri mat vetëm diferencën potenciale dhe në terminalet burimore. Nga shprehja (8) rezulton se EMF e burimit aktual është e mundur të gjendet përmes ndryshimit të mundshëm në terminalet burimore (

, nëse forca aktuale në seksionin e qarkut elektrik është zero. Ky kusht zbatohet me metodën e kompensimit. Diferenca potenciale e kërkuar për kompensim merret duke përdorur një potenciometër (Fig. 5). Një potenciometër është një tel i kalibruar në një bazë izoluese, përgjatë së cilës një kontakt mund të rrëshqasë (një pajisje e tillë quhet reokord). Lëvizja e një kontakti C nga pika A te B, ju mund të merrni çdo ndryshim potencial nga 0 në

(

në vlerë absolute është gjithmonë më e vogël se EMF e burimit ndihmës).

Thelbi i metodës së kompensimit është që EMF e matur e një burimi aktual të panjohur (Fig. 5) kompensohet nga tensioni në zonën e potenciometrit (reokord). Kompensimi arrihet duke lëvizur kontaktin e potenciometrit C (Fig. 6) derisa galvanometri G të tregojë rrymë zero.

Le të shënojmë potencialet në skajet e reokordit përmes

dhe

, potencialet në skajet e burimit aktual - përmes dhe . Le, në një pozicion të caktuar të kontaktit C në potenciometër, rryma të mos rrjedhë përmes galvanometrit G dhe burimit të rrymës me EMF , pastaj

dhe

, kjo është arsyeja pse

Sipas ligjit të Ohmit

, (10)

ku është rryma në potenciometër,

- rezistenca e seksionit AC.

Duke barazuar shprehjet (9) dhe (10) marrim

.

Për të mos prodhuar për të përcaktuar EMF të panjohur të burimit aktual matje aktuale dhe rezistencës

, përdorin krahasimin e EMF të panjohur me të famshmit . Për ta bërë këtë, në vend të një burimi me një emf, (Fig. 6) burim me emf të njohur (EMF i një burimi normal të rrymës). Kompensimi arrihet përsëri duke lëvizur kontaktin lëvizës C në leximin zero të galvanometrit. Si rezultat, EMF e burimit aktual përcaktohet si

. (11)

Në kushtet e kompensimit, rryma rrjedh vetëm përmes qarkut që përfshin potenciometrin. Në këtë rast, forca aktuale do të jetë e njëjtë. Ne i ndajmë barazitë (10) me (11), duke reduktuar me fuqinë aktuale , marrim kushtin:

. (12)

Duke pasur parasysh faktin se potenciometri është bërë nga një tel homogjen, rezistenca elektrike e të cilit përcaktohet nga formula (4), atëherë ne e zëvendësojmë këtë formulë në shprehjen (12) dhe shprehim EMF të burimit aktual në studim.

, (13)

ku

dhe

 gjatësia e seksioneve në të cilat ndodh kompensimi i EMF-së së një burimi aktual të panjohur dhe një burim normal të rrymës përkatësisht.

Duhet gjithashtu të merret parasysh se elementët normalë dështojnë shpejt kur kalojnë rryma të larta, prandaj, në qarkun e galvanometrit futet rezistencë shtesë, e cila kufizon rrymën përmes elementit normal dhe galvanometrit.

Përshkrimi i instalimit

Rradhe pune

Tabela 1

,

ku

,

, - diametri i telit reokord (0,4 mm).

,

ku vlera treguar në instalim.

Përcaktoni gabimin absolut të matjes për EMF të një burimi aktual të panjohur duke përdorur formulën

Shkruani rezultatin përfundimtar të matjes në formular

, në

.

pyetjet e testit

Çfarë elektricitet, forca aktuale, dendësia e rrymës?

Nxirrni ligjin e Ohm-it për një seksion johomogjen të një qarku elektrik dhe merrni prej tij ligjin e Ohm-it për një seksion të plotë të mbyllur dhe homogjen të një qarku elektrik.

Cili është kuptimi fizik i EMF? Cilat janë forcat e palës së tretë? Cili është qëllimi i tyre?

4 Si kompensohet EMF e panjohur kur arrihet leximi zero i galvanometrit?

5. Nëse burimi në qarkun e kompensimit zëvendësohet nga një burim tjetër me të njëjtin EMF, por me një rezistencë të madhe të brendshme, atëherë në cilin drejtim duhet të zhvendoset rrëshqitësi i reokordit për të rivendosur kompensimin?

LAB 5

Qëllimi i punës: matja e forcës elektromotore të burimit të rrymës me metodën e kompensimit.

Instrumentet dhe pajisjet: instalimi për matjen e forcës elektromotore të një burimi rrymë me metodën e kompensimit.

Përzierje teorike

Rryma elektrike është një lëvizje e drejtuar e ngarkesave elektrike. Rryma elektrike zakonisht karakterizohet nga forca e rrymës - një sasi skalare e përcaktuar nga ngarkesat elektrike duke kaluar nëpër prerjen tërthore të përcjellësit për njësi të kohës :

. (1)

Njësia e fuqisë aktuale është amper (A). Nëse për çdo interval të barabartë kohor e njëjta sasi elektriciteti (ngarkesa elektrike) kalon nëpër seksionin tërthor të përcjellësit, atëherë një rrymë e tillë quhet konstante. Në mënyrë konvencionale, drejtimi i lëvizjes së ngarkesave pozitive merret si drejtim i rrymës elektrike në përcjellës (Fig. 1a).

Sasia fizike e përcaktuar nga forca e rrymës që kalon nëpër sipërfaqen e njësisë së seksionit kryq të përcjellësit , pingul me drejtimin e rrymës, quhet dendësia e rrymës :

. (2)

Dendësia e rrymës është një vektor , drejtimi i të cilit përkon me lëvizjen e urdhëruar të ngarkesave pozitive.

Në 1826, ligji i Ohm-it u vendos eksperimentalisht për një seksion homogjen të një qarku elektrik (qarku elektronik në Fig. 1b ose seksionet ad, dc, cb në Fig. 1a), i cili thotë se forca aktuale në një përcjellës homogjen është drejtpërdrejt proporcionale me tensionin në skajet e tij dhe është në përpjesëtim të zhdrejtë me rezistencën e përcjellësit :

, (3)

Rezistenca e përcjellësit varet nga materiali nga i cili është bërë përcjellësi, dimensionet e tij lineare dhe forma:

, (4)

ku - rezistencë elektrike specifike që karakterizon materialin e përcjellësit; - gjatësia e përcjellësit; - zona e seksionit kryq të përcjellësit. Njësia e rezistencës elektrike është Ohm∙m. 1 Ohm m - kjo është rezistenca elektrike e një përcjellësi që ka një rezistencë elektrike prej 1 ohm me një gjatësi prej 1 m dhe një sipërfaqe tërthore prej 1 m 2.

Nëse zëvendësojmë me shprehjen (4) në ligjin e Ohm-it një seksion homogjen të qarkut elektrik (3), atëherë marrim

. (5)

Duke pasur parasysh se

dhe ,

dhe duke aplikuar gjithashtu formulën (2), ne e transformojmë ekuacionin (5) në një shprehje që përfaqëson ligjin e Ohm-it në formë diferenciale për një seksion homogjen të një qarku elektrik:

,

ku - forca e fushës elektrostatike brenda përcjellësit; - përçueshmëria elektrike e materialit përcjellës.

Duke pasur parasysh faktin se bartësit e ngarkesës pozitive në secilën pikë lëvizin në drejtim të vektorit , pastaj drejtimet e vektorëve dhe ndeshje. Prandaj, ligji i Ohmit për një seksion homogjen të një qarku elektrik në formë diferenciale do të shkruhet si

.

Për të ruajtur rrymën në përcjellës për një kohë mjaft të gjatë, është e nevojshme që vazhdimisht të hiqen ngarkesat pozitive të sjella nga fundi i përcjellësit me një potencial më të ulët (ne i konsiderojmë transportuesit e ngarkesës si pozitivë) dhe të furnizoni vazhdimisht. ato deri në fund me një potencial të madh, d.m.th. është e nevojshme të vendoset qarkullimi i ngarkesave pozitive, në të cilat ato do të lëviznin përgjatë një trajektoreje të mbyllur.

Në një qark elektrik të mbyllur, ka seksione ku ngarkesat pozitive lëvizin në drejtim të rritjes së potencialit, d.m.th. kundër një fushe elektrostatike. Lëvizja e ngarkesave të tilla është e mundur vetëm me ndihmën e forcave me origjinë joelektrostatike, të quajtura të jashtme. Natyra e forcave të jashtme është e ndryshme, sepse pamja e tyre është për shkak të fushave magnetike të alternuara, si dhe proceseve kimike, difuzioni, dritë që ndodhin në burimet aktuale.

Karakteristika kryesore e forcave të jashtme është forca e tyre elektromotore (EMF) - kjo është një sasi fizike numerikisht e barabartë me punën e forcave të jashtme.

me zhvendosjen e një ngarkese të vetme pozitive :

,

ku

- vektori i forcës së fushës së forcave të jashtme;

- vektori i zhvendosjes së ngarkesës. Njësia matëse për EMF është V (Volt).

Nëse burimi aktual është i mbyllur ndaj një ngarkese të jashtme të shpërndarë në mënyrë uniforme përgjatë qarkut, atëherë potenciali do të bjerë sipas një ligji linear ndërsa largohet nga elektroda pozitive e baterisë (Fig. 2).

Shndërrimi i energjisë së një rryme elektrike në të brendshme shkakton ngrohjen e përcjellësit. J. Joule dhe E. Lenz zbuluan eksperimentalisht se sasia e nxehtësisë së lëshuar në përcjellës është në proporcion me katrorin e forcës së rrymës në përcjellës , rezistenca e përcjellësit dhe koha e rrjedhjes aktuale .

. (6)

Duke përdorur ligjin Joule-Lenz, ligji i Ohm-it u nxor për një seksion johomogjen të një qarku elektrik, i cili merr parasysh efektin e forcave elektrostatike dhe të jashtme në një ngarkesë pozitive lëvizëse.

Sipas ligjit të ruajtjes së energjisë, sasia e nxehtësisë që çlirohet në një qark elektrik johomogjen (qarku elektronik në figurën 1c) është i barabartë me shumën e punës së forcave të fushës elektrike dhe punës së forcave të jashtme të burimit aktual. :

, (7)

ku është puna e forcave të fushës elektrostatike;

- puna e forcave të jashtme. Forcat e jashtme bëjnë punë pozitive për të lëvizur një ngarkesë pozitive nëse drejtimet e forcave të jashtme dhe rryma elektrike përkojnë (Fig. 3), përndryshe, puna e forcave të jashtme është negative.

Duke marrë parasysh se rezistenca totale në seksionin jo uniform të qarkut elektrik shtohet nga e jashtme dhe shtëpiake rezistencë, dhe duke barazuar shprehjet (6), (7) marrim

Duke marrë parasysh formulën (1), ne e transformojmë shprehjen në formën:

Le të zvogëlojmë shprehjen që rezulton me ngarkesë dhe merrni ligjin e Ohm-it për një seksion johomogjen të qarkut elektrik

.

Kur përdorni këtë ligj, është e nevojshme të merret parasysh rregulli i shenjave: drejtimi i anashkalimit të seksionit të qarkut përcaktohet nga indeksimi i potencialeve. Burimi aktual i EMF marrë me shenjë plus nëse drejtimet e forcave të jashtme dhe seksioni i anashkalimit të qarkut elektrik përkojnë (Fig. 4a), përndryshe - anasjelltas (Fig. 4b).

Nëse qarku është i mbyllur, d.m.th.

dhe

, atëherë marrim ligjin e Ohm-it për një qark elektrik të mbyllur (qarku elektronik në Fig. 1a).

Në praktikë, EMF e burimit aktual nuk mund të matet drejtpërdrejt me një voltmetër konvencional, sepse voltmetri mat vetëm diferencën potenciale dhe në terminalet burimore. Nga shprehja (8) rezulton se EMF e burimit aktual është e mundur të gjendet përmes ndryshimit të mundshëm në terminalet burimore (

, nëse forca aktuale në seksionin e qarkut elektrik është zero. Ky kusht zbatohet me metodën e kompensimit. Diferenca potenciale e kërkuar për kompensim merret duke përdorur një potenciometër (Fig. 5). Një potenciometër është një tel i kalibruar në një bazë izoluese, përgjatë së cilës një kontakt mund të rrëshqasë (një pajisje e tillë quhet reokord). Lëvizja e një kontakti C nga pika A te B, ju mund të merrni çdo ndryshim potencial nga 0 në

(

në vlerë absolute është gjithmonë më e vogël se EMF e burimit ndihmës).

Thelbi i metodës së kompensimit është që EMF e matur e një burimi aktual të panjohur (Fig. 5) kompensohet nga tensioni në zonën e potenciometrit (reokord). Kompensimi arrihet duke lëvizur kontaktin e potenciometrit C (Fig. 6) derisa galvanometri G të tregojë rrymë zero.

Le të shënojmë potencialet në skajet e reokordit përmes

dhe

, potencialet në skajet e burimit aktual - përmes dhe . Le, në një pozicion të caktuar të kontaktit C në potenciometër, rryma të mos rrjedhë përmes galvanometrit G dhe burimit të rrymës me EMF , pastaj

dhe

, kjo është arsyeja pse

Sipas ligjit të Ohmit

, (10)

ku është rryma në potenciometër,

- rezistenca e seksionit AC.

Duke barazuar shprehjet (9) dhe (10) marrim

.

Për të mos prodhuar për të përcaktuar EMF të panjohur të burimit aktual matje aktuale dhe rezistencës

, përdorin krahasimin e EMF të panjohur me të famshmit . Për ta bërë këtë, në vend të një burimi me një emf, (Fig. 6) burim me emf të njohur (EMF i një burimi normal të rrymës). Kompensimi arrihet përsëri duke lëvizur kontaktin lëvizës C në leximin zero të galvanometrit. Si rezultat, EMF e burimit aktual përcaktohet si

. (11)

Në kushtet e kompensimit, rryma rrjedh vetëm përmes qarkut që përfshin potenciometrin. Në këtë rast, forca aktuale do të jetë e njëjtë. Ne i ndajmë barazitë (10) me (11), duke reduktuar me fuqinë aktuale , marrim kushtin:

. (12)

Duke pasur parasysh faktin se potenciometri është bërë nga një tel homogjen, rezistenca elektrike e të cilit përcaktohet nga formula (4), atëherë ne e zëvendësojmë këtë formulë në shprehjen (12) dhe shprehim EMF të burimit aktual në studim.

, (13)

ku

dhe

 gjatësia e seksioneve në të cilat ndodh kompensimi i EMF-së së një burimi aktual të panjohur dhe një burim normal të rrymës përkatësisht.

Duhet gjithashtu të merret parasysh se elementët normalë dështojnë shpejt kur kalojnë rryma të larta, prandaj, në qarkun e galvanometrit futet rezistencë shtesë, e cila kufizon rrymën përmes elementit normal dhe galvanometrit.

Përshkrimi i instalimit

Rradhe pune

Tabela 1

,

ku

,

, - diametri i telit reokord (0,4 mm).

,

ku vlera treguar në instalim.

Përcaktoni gabimin absolut të matjes për EMF të një burimi aktual të panjohur duke përdorur formulën

Shkruani rezultatin përfundimtar të matjes në formular

, në

.

pyetjet e testit

Çfarë është rryma elektrike, forca e rrymës, dendësia e rrymës?

Nxirrni ligjin e Ohm-it për një seksion johomogjen të një qarku elektrik dhe merrni prej tij ligjin e Ohm-it për një seksion të plotë të mbyllur dhe homogjen të një qarku elektrik.

Cili është kuptimi fizik i EMF? Cilat janë forcat e palës së tretë? Cili është qëllimi i tyre?

4 Si kompensohet EMF e panjohur kur arrihet leximi zero i galvanometrit?

5. Nëse burimi në qarkun e kompensimit zëvendësohet nga një burim tjetër me të njëjtin EMF, por me një rezistencë të madhe të brendshme, atëherë në cilin drejtim duhet të zhvendoset rrëshqitësi i reokordit për të rivendosur kompensimin?

LAB 5