Определение технических характеристик химических источников тока: Методическое пособие к лабораторной работе № 6, страница 2

Таким образом, при наличии тока э.д.с. источника оказывает-ся больше напряжения на его полюсах. Если при разомкнутой це-пи  (R_н = ∞) э.д.с. компенсируется напряжением, то при замыка-нии цепи напряжение падает и ток внутри источника идёт под действием разности э.д.с. и электрического напряжения. Поэтому ток внутри источника, в соответствии с законом Ома, определяет-ся выражением

где  r – внутреннее сопротивление источника тока.

Если цепь не имеет разветвлений, то во внешней цепи течёт тот же ток  I , что и внутри источника тока, поэтому для внешне-го участка можем напмсать

Исключив из последних двух уравнений  U , найдём, что

 

Это и есть закон Ома для замкнутой цепи. Он гласит, что величина тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна э.д.с., действующей в этой цепи, и обратно пропорциональна сумме внешнего и внутреннего сопротивлений.

Из  (5)  выразим  ξ

Величина  I R_н , равная напряжению на полюсах источника является (в соответствии с определением разности потенциалов) мерой работы на внешнем участке цепи. Точно так же величина  Ir  есть мера работы на внутреннем участке цепи. Поэтому соотношение  (6)  позволяет дать наиболее общее определение э.д.с. :

·  э.д.с. есть величина, измеряемая работой источника тока (сторонних сил) по перемещению единичного заря-да по всей замкнутой цепи.

Умножим обе части равенства (6) на величину тока, получим

 

Из этого выражения видно, что мощность

развиваемая источником э.д.с., выделяется не только во внешней 

но и во внутренней

частях цепи.

Из выражений (4), (6) и (7) видно, что качество источника то-ка определяется не только его э.д.с., но и внутренним сопротивле-нием.

§ 2. Определение технических

характеристик химических

источников тока

Для того, чтобы правильно выбирать режим работы источника тока, необходимо знать его технические характеристики, важнейшими из которых чвляются: величина электродвижущей силы и внутреннее сопротивление.

Наиболее часто в школьной практике и в быту приходится иметь дело с гальваническими элементами и аккумуляторами (химическими источниками тока), поэтому познакомимся с наиболее распространёнными  методами измерения э.д.с. и внут-реннего сопротивления таких источников.

·  Измерение  ξ  и  r

электродинамическим методом

Измерение э.д.с. электродинамическим методом может быть проведено по схеме РИС.4, состоящей из последовательно соеди-нённых источника тока, амперметра и магазина сопротивлений. Измеряя в этой цепи токи  I₁ и  I₂ , полученные при включении в неё сопротивлений  R₁  и  R₂ , взятых из магазина сопротивлений. На основании закона Ома можно написать следующие два уравнения

Решая систему уравнений (8) отно-сительно э.д.с., получим следующую расчётную формулу

Сопротивление амперметра можно узнать, исходя из данных его технического паспорта, поэтому помимо значения э.д.с. источника тока в соответствии с (8) может быть рассчитано и его внутреннее сопротивление по формуле

·  Измерение внутреннего сопротивления

источника  с помощью моста постоянного тока

Схема для измерения внутреннего сопротивления гальвани-ческого элемента (РИС.5) представляет собой мостовую схему на постоянном токе, но принцип использования этой схемы отлича-ется от обычного использования схемы моста на постоянном токе

В процессе измерений необходимо добиться, чтобы замыка-ние ключа  К  в диагонали мостовой схемы не вызывало измене-ний величины тока в гальванометре  G . Если это достигнуто, то вступает в силу известная формула, связывающая четыре сопро-тивления в плечах моста, в одно из которых теперь включён галь-ванический элемент с неизвестным внутренним сопротивлением.