ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭДС И ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ТОКА

Цель работы: Определить Э.Д.С. и внутреннее сопротивление источника тока, пользуясь законом Ома для полной цепи.

Оборудование: источник тока, реостат, амперметр, вольтметр, ключ, соединительные провода.

                                                     Введение.

       Для поддержания тока в проводнике необходимо, чтобы разность потенциалов (напряжение) на его концах была неизменной. Для этого используется источник электрической цепи, называемый также генератором или источником тока.

     Электрический ток в проводниках вызывают так называемые источники постоянного тока. Разность потенциалов на его концах образуется вследствие разделения зарядов на положительные и отрицательные. Работу по разделению зарядов выполняют сторонние силы (силы неэлектрического происхождения).

     Силы, вызывающие перемещение электрических зарядов внутри источника постоянного тока против направления действия сил электростатического поля, называются сторонними силами.

     Отношение работы А_стор., совершаемой сторонними силами по перемещению заряда D Q вдоль цепи, к значению этого заряда называется электродвижущей силой e источника (ЭДС):

 ,(1)

   Электродвижущая сила выражается в тех же единицах, что и напряжение или разность потенциалов, т.е. в Вольтах.

     Когда цепь замыкается, разделенные в источнике тока заряды образуют электрическое поле, которое перемещает заряды во внешней цепи. Внутри источника тока заряды движутся навстречу полю под действием сторонних сил. При этом зарядам приходится преодолевать внутреннее сопротивление источника тока «r». Таким образом,  энергия,  запасенная в источнике тока, расходуется на работу по перемещению заряда в цепи с внешним R и внутренним r сопротивлениями :

= +

   Работа – эта мера превращения энергии из одного вида в другой. Следовательно, в источнике сторонняя энергия преобразуется в энергию электрического поля

W = e   q ,(2)

   При движении заряда q на внешнем участке цепи преобразуется энергия стационарного поля, созданного и поддерживаемого источником:

W₁ = U  q , (3)

а на внутреннем участке:

W₂ = U_вн.  q, (4)

  По закону сохранения энергии

W = W₁ + W₂ или e  q =U   + U_вн.  q, (5)

Сократив на q , получим:

e = U_вн. + U ,(6)

т.е. электродвижущая сила источника равна сумме напряжений на внешнем и внутреннем участке цепи.

   При разомкнутой цепи U_вн.= 0, то

e = U ,(7)

Подставив в равенство (6) выражения для U и U_вн. по закону Ома для участка цепи

U = I  R; U_вн. = I    r,

Отсюда следует, что ε =I R+I r = I  (R + r). Отсюда

, (закон Ома для всей цепи)

                                               Таким образом,

сила тока в цепи равна отношению электродвижущей силы источника к сумме сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи. Это закон Ома для полной цепи.

              Величина  ε и r являются постоянными для любого исправного источника тока и могут быть определены экспериментально.

                 Пусть источник тока подключают сначала к резистору сопротивлением    ,а затем к резистору сопротивлением      . Тогда закон Ома для полной цепи для первого случая –

      =     , для второго-            =     .Пользуясь законом Ома для участка цепи, запишем следующие формулы для значений сопротивлений  =      и    =   :

Подставляя    и  в выражения для       и      , получим систему из двух уравнений с двумя неизвестными Ε и r:

                                       ,         ,       

Таким образом, измеряя в данной работе ,Э.Д.С. и внутреннее сопротивление будем определять по следующим формулам:

                                                                 , 8

                                                                    , 9

                                Описание экспериментальной установки:

                                     Измерение и обработка результатов:

1. Ознакомиться с измерительными приборами и определить цену деления шкал амперметра и вольтметра.

2. Составить электрическую цепь по схеме рис.50.

3. Начертите в тетради схему работы.

4. При разомкнутой цепи вольтметр, подклю­ченный к полюсам источника показывает значение ЭДС источника ε.

5. Замкнуть цепь и записать показания амперметра (   и вольтметра (  В) с точностью до десятых долей.

6. Разомкнуть цепь. Отсоединить первый резистор и включить вместо него второй резистор.

7. Замкнуть цепь и записать новое показание амперметра ( ) и вольтметра (  . Разомкнуть цепь.

8. Вычислить значения э.д.с. и внутреннего сопротивления по формулам 8 и 9.

9. Разобрать электрическую цепь.

10. Подключить к источнику электрической энергии вольтметр, соблюдая полярность клемм («+» вольтметра соединяется с плюсом источника). Записать показания вольтметра. При отсутствии внешней цепи вольтметр, подключенный к зажимам источника, показывает его э.д.с.

11. Сравнивая значение э.д.с., полученное в опыте, по закону Ома для всей цепи, со значением, полученным по вольтметру, сделать вывод о справедливости закона Ома.

12. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу 1.

13. Сделать вывод о проделанной работе.

Таблица 1:

№, п./п.		В				,Ом
1.

                                     Контрольные вопросы: