ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА

Способом КОМПЕНСАЦИИ

Цель работы: изучить компенсационный способ измерения ЭДС источника тока. Измерить ЭДС.

Приборы и оборудование: установка для измерения ЭДС источника тока способом компенсации либо лабораторный щит.

Теоретические сведения

Электронным током именуется направленное движение электронных зарядов. Электронный ток принято охарактеризовывать силой тока - скалярной величиной, равной заряду, проходящему через поперечное сечение проводника за единицу ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА времени. Единица силы тока - ампер (А):

(1)

Если за любые равные промежутки времени через поперечное сечение проводника проходит однообразное количество электричества, то таковой ток именуется неизменным.

За направление тока принимается направление движения положительных зарядов.

Физическая величина, определяемая силой тока, проходящего через еди­ницу площади поперечного сечения проводника, перпендикулярного ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА направле­нию тока, именуется его плотностью:

(2)

Плотность тока - вектор. Направление вектора совпадает с направлени­ем упорядоченного движения положительных зарядов.

В 1826 г. Г.С.Ом экспериментально установил, что сила тока в однород­ном проводнике прямо пропорциональна напряжению на его концах и назад пропорциональна сопротивлению проводника:

(3)

где U - напряжение на концах проводника; R - сопротивление ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА проводника.

Сопротивление находится в зависимости от материала, из которого сделан проводник, его линейных размеров и формы :

(4)

где U - удельное электронное сопротивление; l - длина проводника; S -площадь сечения. При всем этом ρ - коэффициент пропорциональности, характери­зующий материал проводника. За его единицу в системе СИ принимается со­противление провода длиной 1м ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА и площадью сечения 1 м2. Единица удельного электронного сопротивления - ом; - метр (Ом-м). 1 Ом·м - это удельное элек­трическое сопротивление проводника, имеющего электронное сопротивление 1Oм при длине 1м и площади поперечного сечения 1м2.

Опыт указывает, что зависимость удельного сопротивления (а следова­тельно, и сопротивления) и температуры описывается линейным законом

pt=p0(1 + αt ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА°);

Rt=R0(1 + αt°), (5)

где ρt и ρо, Rt и ro - соответственно удельные электронные сопротивления и сопротивления проводника при температурах t°C и 0°С; α - температурный коэффициент сопротивления.

При температурах, близких абсолютному нулю (-273°С), сопротивление, многих проводников также стремится к нулю, т.е. проводник перебегает в сверхпроводящее состояние.

Если в ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА выражение (3) подставить (4) и учитывать, что

(6)

где Е - напряженность поля снутри проводника, получим закон Ома в диффе­ренциальной форме:

(7)

где - удельная электронная проводимость материала проводника (γ). Единица ее измерения - сименс на метр (См/м). Беря во внимание, что - напряженность

электронного поля в проводнике (Е), а плотность тока (j), то

j = γE. (8)

Потому ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА что носители заряда в каждой точке движутся в направлении вектора , то направления и совпадают. Потому формулу j = γE можно записать в векторном виде:

(8)

Это выражение закона Ома в дифференциальной форме.

Для того чтоб поддержать ток в проводнике довольно долгое вре­мя, необходимо от конца проводника с наименьшим потенциалом (носители заряда счи ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА­таем положительными) безпрерывно отводить приносимые заряды, а к концу с бóльшим потенциалом безпрерывно их подводить, т.е. нужно установить круговорот зарядов, при котором они двигались бы по замкнутой линии движения.

В замкнутой цепи имеются участки, на которых заряды движутся в сторо­ну возрастания потенциала, т.е. против ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА электростатического поля. Перемеще­ние зарядов на их может быть только при помощи сил неэлектростатического про­исхождения, именуемых посторонними. Таким макаром, для поддержания тока нужны посторонние силы, действующие или по всей цепи, или на отдель­ных участках. Они могут быть обоснованы хим, диффузионными процессами, переменными магнитными полями и т.д.

Основной ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА чертой посторониих сил является их электродвижущая сила, ЭДС, т.е. физическая величина, численно равная работе посторониих сил по перемещению единичного заряда. Из определения ЭДС следует, что

(9)

где - напряженность поля посторониих сил.

Из формулы (9) видно, что размерность ε совпадает с размерностью по­тенциала и измеряется в системе СИ в вольтах (В).

Если ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА источник тока замкнуть на внешнюю нагрузку, умеренно распре­деленную по контуру, то потенциал будет падать по линейному закону по мере удаления от положительного электрода батареи (рис. 1). При превращении энергии электронного тока во внутреннюю проводник греется.

Рис.1

Дж. Джоулем и Э.Ленцем экспериментально было установлено, что коли­чество тепла, выделяющегося в ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА проводнике, определяется по формуле

Q = I2Rt, (10)

где I - сила тока в проводнике; R - сопротивление проводника; t -время: движения тока.

Зная закон Ома и закон Джоуля-Ленца, можно вывести закон Ома для не­однородного участка цепи, т.е. такового, в каком на заряды действуют как электростатические, так и посторонние силы ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА.

Пусть дана неоднородная цепь (рис. 2).

Рис. 2

Согласно закону сохранения энергии количество тепла, выделенного в це­ни, равно сумме работы сил электронного поля и работы посторониих сил источ­ника тока:

Q=Aэл.поля +Аст.поля ,

где Aэл.поля =q(φA-φB) - работа сил электростатического поля; Аст.сил =±qε - ра­бота ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА посторониих сил (положительная, см. рис. 2а; отрицательная, см. рис. 2,б).

Беря во внимание, что Q = I2(R + г)t,

где I - сила тока в цепи; R - сопротивление наружного участка цепи (нагрузки); r - внутреннее сопротивление источника, получим последующее выражение:

I2(R + r)t = q(φA-φB)±qε.

Принимая во ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА внимание, что I = , последнее выражение можно записать так:

I(R + r)q = qφA -φB)±qε.

Сокращая на q, получим

I(R + r)=(φА- φB)±ε (11)

Выражение (11) представляет собой закон Ома для неоднородного участка цепи, где I(R+r) - падение напряжения на участке цепи UR+r; (φА- φB) – разность потенциалов, обозначаемая ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА буковкой U без индекса.

При использовании этого закона нужно учесть правило символов: направление обхода участка цепи задает индексация потенциалов точек А и В.

Падение напряжения I(R+r) берется со знаком «плюс», если направление тока совпадает с направлением обхода участка цепи.

ЭДС источника е также берется со знаком ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА «плюс», если напряженность поля посторониих сил совпадает с направлением обхода участка цепи.

Если цепь замкнута, т.е. φА = φв и φА – φв = 0, то

(12)

Выражение (12) представляет собой закон Ома для замкнутой цепи: если сопротивление нагрузки равно нулю (R=0), то сила тока недлинного замыкания рассчитывается по формуле

(13)

Одним из самых комфортных способов определения электродвижущих сил ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА яв­ляется компенсационный способ. Схема, отражающая его, изображена на рис. 3

(ε0 - вспомогательный источник тока с ЭДС, заранее превосходящей ЭДС исследуемого источника и известную ЭДС εн обычного элемента).

Рис. 3

С помощью тумблера К мы можем подсоединить к цепи или ис­следуемый источник, или обычный элемент. R, реохорд, - проволока с подвижным контактом ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА, натянутая на линейку со шкалой (заместо проволоки может употребляться навитая на стержень спираль).

Включим в цепь исследуемый источник. Запишем закон Ома для неодно­родного участка цепи:

IrR = (φс-φА)-εх, (14)

где Ir - ток, идущий по гальванометру; R - сопротивление всего неоднородного участка.

Перемещая контакт С по реохорду ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА, мы изменим разность потенциалов φс-φА. Потому что (φс-φА)>εх,то можно отыскать такое положение X, при ко­тором

(φс - φА)=εх (15)

При всем этом условии Ir =0; правая часть равенства (14) обратится в нуль. Величина εх компенсируется разностью потенциалов φx-φА.

При смещении контакта С от X к А разность потенциалов ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА (φB-φА) будет меньше εх, а ток также поменяет направление.

Подмена исследуемого источника на обычный элемент с помощью пе­реключателя К компенсирует его ЭДС (благодаря перемещению контакта С в положение N). Должно производиться условие

φN-φА=εх (16)

Направить внимание на то, что компенсация ЭДС вероятна исключительно в том случае, если ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА вспомогательный источник и компенсируемые источники либо включены одноименными полюсами навстречу друг дружке.

Разделим равенство (15) на (16):

Беря во внимание, что и = , по закону Ома для однород­ных участков цепи ХА и NA

где - сопротивление на участке ХА; RN - сопротивление на участке NA.

Ток, идущий по реохорду, при всем этом схож. Сократив на I ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА, получим

формулу:

Откуда

Сопротивление участка прямо пропорционально его длине.

Как следует,

где - длина участка АХ; - длина участка AN.

Окончательная формула имеет вид

(17)

Сопротивление ro служит для конфигурации чувствительности микровольт­метра и защищает его от высочайшего тока.

Порядок выполнения работы

1. Получить допуск у педагога. Включить установку.

2. При помощи ключа К1 подсоединить источник .

3. Тумблером ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА К к компенсационной цепи подсоединить источник (значение дано на щите. Для сохранения стабильности элемента и цепь включать на куцее время).

4. Перемещая свободный контакт по реохорду, достигнуть нулевого значения
силы тока в микроамперметре, т.е. тем, достигнуть полной компенсации значения разностью потенциалов на реохорде R. Измерить расстояние по линейке. Приобретенный ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА итог занести в таблицу.

i

5. При помощи тумблера К подсоединить к компенсационной цепи
источник ,см. рис. 3.

6. Перемещая свободный конец по реохорду, достигнуть нулевого значения силы тока в микроамперметре, т.е. тем достигнуть полной компенсации значений разностью потенциалов на реостате R. Измерить расстояние на линейке. Приобретенный итог занести в таблицу ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА.

7. Опыт повторит 5 раз.

8. Вычислить значение по формуле (17);

8. Отыскать ошибку в измерениях и по формулам

; .

9. Отыскать относительную ошибку измерений:

11 .Найти доверительную границу измерений:

11 .Ответ записать в виде

; .

Контрольные вопросы

1.Что такое электронный ток, сила тока, плотность тока?

2. Вывести закон Ома для полной цепи.

3. Каковой физический смысл ЭДС? Что такое посторонние силы? Каково их на­
значение ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА?

4 Чем компенсируется неведомая ЭДС при достижении нулевого показания гальванометра?

ь. Если в схеме компенсации источник поменять другим источником с таковой же ЭДС, но с огромным внутренним сопротивлением, то в какую сторону следует сдвинуть движок реохорда для восстановления компенсации?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОВ Неизменного ТОКА

Цель работы: исследование зависимости ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА величины UR (падения напряже­ния на наружном сопротивлении цепи) от величины силы тока; определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника; исследование зависимости меж Р, полной мощностью всей цепи; PR, мощностью наружной части цепи; Рr, мощно­стью снутри источника, КПД источника и наружным сопротивлением R .

Приборы и оборудование: установка для исследования законов неизменного ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА тока.

Теоретические сведения

Работа по переносу электронного заряда определяется по формуле

Потому что величина заряда q=It, то работа электронного тока на участке цепи

A = UIt.

Для однородного участка цепи U=IR, т.е.

A =I2Rt=

Потому что мощность то P=IU; для однородного участка цепи

(1)

где PR - мощность, выделяемая во ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА наружной части цепи, обладающей сопротив­лением R.

Беря во внимание закон Ома для замкнутой цепи

получим выражение

. (2)

Взяв производную и приравняв ее к нулю, найдем, что PR будет иметь наибольшее значение при R=r,т.е. когда наружное сопротивление цепи равно внутреннему сопротивлению источника. В замкнутой цепи работу со­вершают только посторонние ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА силы. По определению ЭДС

Полная мощность всей замкнутой цепи

Беря во внимание закон Ома для замкнутой цепи, получим выражение

(3)

Коэффициент полезного деяния источника тока рассчитывается по формуле

(4)

Для исследования законов неизменного тока применяется установка, схема которой изображена на рис. 1 - источник тока; mA – миллиамперметр для измерения тока; V – вольтметр для измерения напряжения на ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА наружном резисто­ре; - магазин резисторов, с помощью которого можно устанавливать нужное сопротивление).

По закону Ома для замкнутой цепи

(5)

Рис. 1

График зависимости UR(I), см. рис. 2, есть ровная линия, отсекающая на оси UR значение, равное ЭДС источника ε, а на оси I-значение, равное силе тока недлинного замыкания

Внутреннее сопротивление источника –

Мощность наружной ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА части цепи (нужная мощность) –

Рис. 2

Графиком зависимости PR(R), см. рис. Заявляется кривая линия, имеющая экстремальную точку при R=r и асимптотически приближающаяся к оси со­противления R:

→0 при R→0;

при R=0

Полная мощность равна

Графиком зависимости Р(R) является гипербола (рис. 4):

При R→0

При R→∞ Р ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА→0.

Рис. 3 Рис. 4

Коэффициент полезного деяния источника тока определяется по формуле (4)

и имеет график, асимптотически приближающийся к горизонтальной прямой ; при R→∞ →1 (рис. 5).

Рис.5

Порядок выполнения работы

1.Собрать рабочую схему (рис. 1) на тренаже и показать ее педагогу.

2. Получив допуск, подойти к готовой установке и замкнуть цепь ключом К.

3. На магазине резисторов установить сопротивления R ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА, равные 10, 20, 30 Ом
и т.д. Избрать 30 точек, записывая при всем этом показания миллиамперметра и
вольтметра в таблицу.

Таблица

R I

4. По данным таблицы выстроить график зависимости так, чтоб число
экстремальных точек, лежащих ниже и выше этой прямой, было идиентично.
Разброс точек происходит из-за случайных явлений, провождающих про­цесс измерения.

5. По графику ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА найти ЭДС источника ε и внутреннее сопротивление г, беря во внимание, что при I=0,

6. Провести дополнительные измерения I и при R=r и в округи этой
точки через 2 Ома.

7. Заполнить нее графы таблицы по расчетным формулам, обозначенным в ней.

8. По данным таблицы выстроить графики зависимостей P(R), PR(Р), Pr ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА(R)

9. По данным таблицы выстроить графики зависимости

10.Сопоставить приобретенные экспериментальные кривые с теоретическими
кривыми.

Контрольные вопросы

1.Дать понятие мощности тока и именовать единицы ее измерения.

2. Какие виды мощности вы понимаете? Дать их короткую характеристику.

3. От чего зависит КПД источника тока?

4. По графику (рис. 6) найти зависимость UR(I), ЭДС источника , силу
тока недлинного замыкания ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА ; внутреннее сопротивление источника г, силу
тока и падение напряжения, при которых мощность, выделяемая на наружном
резисторе, будет наибольшей.

Рис. 6

5. На координатной плоскости изображены 3 графика (рис. 7). Указать, какой из их соответствует графикам зависимости: Pr(R ) - полезной мощности от наружного сопротивления, P(R ) - полной мощности от наружного сопротив­ления, КПД источника от наружного ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА сопротивления.

Рис. 7

Найти по этим графикам ЭДС источника ε, внутреннее сопротивление источника r и записать аналитическое выражение зависимостей P(R), PR(R ),

6. Как поменяются графики зависимостей PR(R), UR(I), PR(I), если внутреннее сопротивление источника возрастет в два раза? Почему лампочка в 3,5 В не го­рит при ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА подключении ее к батарее «Крона» - источнику питания для транзи­сторных приемников (ЭДС источника равна 9В)?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА При помощи

Электрического ВОЛЬТМЕТРА

Цель работы: определение емкости конденсаторов и проверка законов поочередного и параллельного соединений конденсаторов.

Приборы и оборудование: источник питания ( ), электрический вольтметр (В7-16А), потенциометр (R14), эталонный конденсатор (Сэт), исследуемый ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА кон­денсатор (Сх), тумблер (S4 ).

Теоретические сведения

Опытным методом было установлено, что в природе существует два типа электронных зарядов, условно нареченных положительными и отрицательны­ми. Одноименные заряды отталкиваются друг от друга, разноименные притя­гиваются.

Р, Милликеи обосновал, что электронный заряд дискретен, т.е. величина за­ряда хоть какого тела ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА составляет целое число, кратное простому электриче­скому заряду е (e=1,6∙10-19 Кл). Электрон и протон являются соответственно носителями простых отрицательного и положительного зарядов.

В итоге обобщения опытнейших данных был сформулирован фундамен­тальный закон природы - закон сохранения заряда: алгебраическая сумма элек­трических зарядов хоть какой замкнутой системы (системы, не обменивающейся зарядами с ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА наружными телами) остается постоянной, какие бы процессы ни происходили в ней.

Единица электронного заряда, 1 кулон (Кл), - это электронный заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока в 1 А за время, рапное 1с :

1Кл=1 А∙1с.

Закон взаимодействия недвижных точечных электронных зарядов был открыт Кулоном: сила взаимодействия F ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА 2-ух точечных зарядов прямо пропор­циональна величине зарядов q1 и q2 и назад пропорциональна квадрату расстояния г меж ними:

∙ (1)

где - электронная неизменная; - диэлектрическая проницаемость среды (безразмерная величина).

Напряженность электронного поля в данной точке есть физическая величина, определяемая силой, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в эту точку:

Направление вектора совпадает с ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА направлением силы, действующей на положительный заряд. Выражение для определения единицы напряжен­ности электронного поля:

Графически электростатическое поле изображают при помощи линий нап­ряженности (силовых линий), которые проводят так, чтоб касательные к ним в каждой точке места совпадали по направлению с вектором напряженно­сти (рис. I).

Величина

именуется потоком ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА вектора напряженности через площадку dS. Тут dS = dSn - вектор, модуль которого равен dS, а направление совпадает с нор­малью n к площадке ( ).

Электростатические поля подчиняются принципу суперпозиции: напря­женность результирующего поля, сделанного системой зарядов, равна гео­метрической сумме напряженностей полей, сделанных в данной точке каждым из зарядов в отдельности:

(3)

где - напряженность ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА электростатического поля, сделанного i-м зарядом.

Рис. 1

Аксиома Остроградского-Гаусса для электростатического поля в вакууме звучит так: поток вектора напряженности электростатического поля через про­извольную замкнутую поверхность в вакууме равен алгебраической сумме за­ключенных снутри этой поверхности зарядов, деленной на eq:

(4)

Из аксиомы Гаусса следует, что напряженность ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА электростатического поля меж 2-мя нескончаемыми параллельными и разноименно заряженными плоскостями в вакууме будет равна

, (5)

где - поверхностная плотность заряда плоскостей.

Если меж заряженными плоскостями находится изолятор с диэлектриче­ской проницаемостью , то напряженность поля снутри него миниатюризируется в раз (рис. 2):

(6)

Электростатическое поле является полем ограниченных сил, т.е. работа, совершаемая силами поля по перемещению электронного ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА заряда из одной точки места в другую, не находится в зависимости от траектории перемещения заряда, а оп­ределяется только его исходным и конечным положениями. Для такового рода полей можно ввести понятие возможной энергии заряда, численно равной работе, совершаемой силами электростатического поля по перемещению его ич данной точки места в ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА другую (ту, в какой возможная энергия заряда равна нулю).

Рис. 2

Обычно, возможная энергия заряда, удаленного в бесконечность, считается равной нулю. Потому она будет равна

, (7)

где - модуль радиус-вектора ; - кулоновская сила; - напряжен­ность электростатического поля; qo - электронный заряд.

Если заряд q0 перемещается из первой точки во вторую(определяются со ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА­ответственно радиус-векторами и то работу, совершаемую силами по­ля, можно отыскать как разность работ

A (8)

где и ; и - работы, совершаемые силами поля при пе­ремещении заряда из первой и 2-ой точек в бесконечность.

Потенциал - физическая величина, определяемая работой сил поля по пе­ремещению единичного положительного заряда из данной ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА точки в беско­нечность:

Единица потенциала - вольт (В): 1 В - потенциал таковой точки поля, в ко­торой заряд в 1Кл обладает возможной энергией в 1 Дж:

Так как , то

(10)

Отсюда

(11)

Зная потенциал в каждой точке места можно отыскать напряженность электростатического поля:

(12)

Символ «минус» показывает на то, что вектор напряженности Ё ориентирован в сторону убывания ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА потенциала.

Потенциал уединенного проводника прямо пропорционален его заряду;

При всем этом величину (13)

именуют электроемкостью уединенного проводника. Единица электроемкости - фарад (Ф): 1 Ф - емкость такового уединенного проводника, потенциал которо­го меняется на 1В при сообщении ему заряда в 1Кл, т.е.

Для скопления значимых зарядов служат конденсаторы, состоящие из 2-ух проводников ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА (обкладок), разбитых диэлектриком. Зависимо от формы обкладок конденсаторы разделяются на плоские, цилиндрические и сферические. Под емкостью конденсатора понимается физическая величина, равная отношению скопленного заряда q к разности потенциалов меж обкладками:

где напряжение меж обкладками. Тонкий конденсатор обладает емкостью

где - диэлектрическая проницаемость изолятора; - электронная постоян­ная; S - площадь обкладки; d - расстояние меж обкладками.

Для ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА роста емкости и варьирования ее вероятных значений конден­саторы соединяют в батареи параллельно либо поочередно. У параллельно соединенных конденсаторов разность потенциалов на обкладках схожа и равна см рис. 3.

Если емкости отдельных конденсаторов то их заряды равны со­ответственно

а заряд батареи конденсаторов-

Полная емкость батареи –

, (16)

т.е ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА. при параллельном соединении конденсаторов она равна сумме емкостей от­дельных конденсаторов.

У поочередно соединенных конденсаторов заряды всех обкладок рав­ны по модулю, а разность потенциалов на зажимах батареи, см. рис. 4, равна

.

При этом для хоть какого из рассматриваемых конденсаторов

.

С другой стороны,

откуда , (17)

т.е. при поочередном соединении конденсаторов суммируются оборотные величины ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА емкостей.

Если дана емкость эталонного конденсатора Сэт, то неведомую емкость другого конденсатора Сх можно найти последующим образом.

Поначалу конденсатор Сэт зарядить от источника неизменного тока (рис.5а). При всем этом скапливается заряд q. При помощи вольтметра измерить напряже­ние на обкладках конденсатора:

Тогда

.

Отсюда

. (18)

Потом эталонный конденсатор отключить от источника питания и ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА к нему параллельно присоединить конденсатор неведомой емкости Сх (рис. 5б). Электронный заряд q распределится по конденсаторам Сэт и Сх.

Согласно закону сохранения зарядов в замкнутой системе

(19)

где q1, q2- электронные заряды на конденсаторах Сэти Сх.

После чего измерить напряжение на обкладках конденсаторов, при этом

и .

Отсюда

и . (20)

Потому

В итоге (21)

Порядок выполнения работы

1. Переключателем включить ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА установку.

2. Клеммы Сэт проводниками соединить с клеммами тумблера S2.

3. Тумблером S включить напряжение от источника питания на эталонном конденсаторе.

4. Установить движком потенциометра R на напряжение U0=(1±0,2) В. Снять показания вольтметра.

5. Тумблером S2 отключить эталонный конденсатор от источника питания.

6. Соединить проводниками Сэт и Сх1 параллельно и снять показания ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА вольтметра U1.

7. Переключателем S3 разрядить конденсаторы.

8. Подавая на эталонный конденсатор напряжение от 1 В до 1,4 В, провести измерения 3 раза. Данные занести в таблицу.

9. Для каждой пары значений напряжений U0 и U1 отыскать электроемкость по формуле

.

Потом найти среднюю величину электроемкости Сх1(ср). Результаты вычислений занести в таблицу.

10. По п.п. 3-9 отыскать электроемкость ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА Сх2.

Таблица

U0 U1 Cx1 U0 U2 Cx2 U0 Uпар Cпар U0 Uпосл Cпосл

11. Соединить конденсаторы Сх1 и Сх2 параллельно.

12. По п.п. 3-9 отыскать электроемкость батареи Спар.

13. Соединить конденсаторы Сх1 и Сх2 последов


opredelenie-chislennosti-personala-i-proizvoditelnosti-truda.html
opredelenie-chislovogo-znacheniya-probi-shillera-pisareva-jodnogo-chisla-svrakova.html
opredelenie-cifrovogo-neravenstva.html