電位差計(jì)測電動勢

1、電位差計(jì)測電動勢電位差計(jì)是利用補(bǔ)償原理和比較法精確測量直流電位差或電源電動勢的常用儀器，它準(zhǔn)確度高、使用方便，測量結(jié)果穩(wěn)定可靠，還常被用來精確地間接測量電流、電阻和校正各種精密電表。在現(xiàn)代工程技術(shù)中電子電位差計(jì)還廣泛用于各種自動檢測和自動控制系統(tǒng)。線式電位差計(jì)是一種教學(xué)型板式電位差計(jì)，通過它的解剖式結(jié)構(gòu)，可以更好地學(xué)習(xí)和掌握電位差計(jì)的基本工作原理和操作方法。【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?. 了解電位差計(jì)的結(jié)構(gòu)，正確使用電位差計(jì)；2. 理解電位差計(jì)的工作原理補(bǔ)償原理；3. 掌握線式電位差計(jì)測量電池電動勢的方法；4. 熟悉指針式檢流計(jì)的使用方法?！緦?shí)驗(yàn)儀器】 板式電位差計(jì)、檢流計(jì)、滑線變阻器、電阻箱、標(biāo)準(zhǔn)電池、待

2、測電池、穩(wěn)壓電源、單刀開關(guān)、單刀（雙刀）雙擲開關(guān)圖1電位差計(jì)實(shí)物圖【實(shí)驗(yàn)原理】電源的電動勢在數(shù)值上等于電源內(nèi)部沒有凈電流通過時(shí)兩極件的電壓。如果直接用電壓表測量電源電動勢，其實(shí)測量結(jié)果是端電壓，不是電動勢。因?yàn)閷㈦妷罕聿⒙?lián)到電源兩端，就有電流通過電源的內(nèi)部。由于電源有內(nèi)阻，在電源內(nèi)部不可避免地存在電位降，因而電壓表的指示值只是電源的端電壓（）的大小，它小于電動勢。顯然，為了能夠準(zhǔn)確的測量電源的電動勢，必須使通過電源的電流為零。此時(shí)，電源的端電壓才等于其電動勢。怎樣才能使電源內(nèi)部沒有電流通過而又能測定電源的電動勢呢？ 1. 補(bǔ)償原理 如圖2所示，把電動勢分別為、和檢流計(jì)G聯(lián)成閉合回路。當(dāng)時(shí)，電流

3、方向與圖示方向相反，檢流計(jì)指針偏向另一邊。只有當(dāng)時(shí)，回路中才沒有電流，此時(shí)i0，檢流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn)，我們稱這兩個(gè)電動勢處于補(bǔ)償狀態(tài)。反過來說，若i0，則。圖2 補(bǔ)償電路2. 電位差計(jì)的工作原理 如圖3所示，AB為一根粗細(xì)均勻的電阻絲，它與滑線變阻器及工作電源E、電源開關(guān)組成的回路稱作工作回路，由它提供穩(wěn)定的工作電流；由待測電源、檢流計(jì)G、電阻絲CD構(gòu)成的回路稱為測量回路;由標(biāo)準(zhǔn)電源、檢流計(jì)G、電阻絲CD構(gòu)成的回路稱為定標(biāo)（或校準(zhǔn)）回路?；€變阻器用來調(diào)節(jié)工作電流的大小，電流的變化可以改變電阻絲AB單位長度上電位差的大小。C、D為AB上的兩個(gè)活動接觸點(diǎn)，可以在電阻絲上移動，以便從AB上取適當(dāng)?shù)碾娢?/p>

4、差來與測量支路上的電位差（或電動勢補(bǔ)償）。圖3 電位差計(jì)原理圖當(dāng)電鍵接通，既不接通、又不與接通時(shí)，流過AB的電流和CD兩端的電壓分別為 （1） （2）式中r為電源E的內(nèi)阻。當(dāng)電鍵倒向 1時(shí)，則AB兩點(diǎn)間接有標(biāo)準(zhǔn)電源和檢流計(jì)G。若時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)電池充電，檢流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；若時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)電池放電，檢流計(jì)的指針反向偏轉(zhuǎn)；若時(shí)，檢流計(jì)的指針指零，標(biāo)準(zhǔn)電池?zé)o電流流過，則就是標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢，此時(shí)稱電位差計(jì)達(dá)到了平衡。令C、D間長度為，因?yàn)殡娮杞z各處粗細(xì)均勻、電阻率都相等，則電阻絲單位長度上的電壓降為。1) 電位差計(jì)的定標(biāo)我們把調(diào)整工作電流使單位長度電阻絲上電位差為的過程稱為電位差計(jì)定標(biāo)。為了能相當(dāng)精確地測量出

5、未知的電動勢或電壓，一般采用標(biāo)準(zhǔn)電池定標(biāo)法。圖3中電鍵倒向 1時(shí)接通回路，稱之為定標(biāo)（或校準(zhǔn)）回路。實(shí)驗(yàn)室常用的標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢為1.0186V, 可先選定，例如，若選定每單位長度（）電阻絲上的電位差為，則應(yīng)使C、D兩點(diǎn)之間的電阻絲長度為 （3）然后調(diào)節(jié)滑線變阻器，用以調(diào)整工作電流，使C、D上的電位差和相互補(bǔ)償，使電位差計(jì)達(dá)到平衡。經(jīng)過這樣調(diào)節(jié)后，每單位長度電阻絲上的電位差就確定為0.2000V，即0.2000V。此時(shí)電位差計(jì)的定標(biāo)工作就算完成。經(jīng)過定標(biāo)的電位差計(jì)可以用來測量不超過的電動勢（或電壓）。2）測量 在保證工作電流不變的條件下，將撥向2，則CD兩點(diǎn)間的換接了待測電源，由于一般情況下，

6、因此檢流計(jì)的指針將左偏或右偏，電位差計(jì)失去了平衡。此時(shí)如果合理移動C和D點(diǎn)的位置以改變，當(dāng)時(shí)，電位差計(jì)又重新達(dá)到平衡，使檢流計(jì)G的指針再次指零。令C、D兩點(diǎn)之間的距離為，則待測電池的電動勢為 （4）而電位差計(jì)定標(biāo)后每單位長度上電位差為 ，（可在實(shí)驗(yàn)前先選定），則有 所以，調(diào)節(jié)電位差計(jì)平衡后，只要準(zhǔn)確量取值就很容易得到待測電源的電動勢。這就是用補(bǔ)償法測電源電動勢的原理?！緦?shí)驗(yàn)儀器介紹】板式電位差計(jì)如圖4所示，AB為粗細(xì)均勻的電阻線，全長為11m，往復(fù)繞在木板0，1，2，10的11個(gè)接線插孔上，每兩個(gè)插孔間電阻線長1m，剩余的1m電阻線OB下面固定一根標(biāo)有毫米刻度的米尺。利用插頭C選插在010號插

7、孔中任意一個(gè)位置，接頭D在OB上滑動，接頭C，D間電阻線長度在011m范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。例如：要取接頭C，D間電阻線長度為5.0930m，可將C插在插孔“5”中，滑鍵D的觸頭按在米尺0.0930m處。這時(shí)接頭C，D之間的電阻線長即為所求。圖4 板式電位差計(jì)原理圖【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟】（1）測量前的準(zhǔn)備。觀察、熟悉儀器裝置后，按圖3連接好電路，各開關(guān)、處于斷開位置。工作電源用直流穩(wěn)壓電源，為保護(hù)電阻，用以保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)電池和檢流計(jì)，為滑線變阻器，為標(biāo)準(zhǔn)電源，為待測電源，G為檢流計(jì)。注意工作電源E的正負(fù)極應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)電池和待測電池的正負(fù)極相對應(yīng)，不能接錯(cuò)。保護(hù)電阻、滑線變阻器均置于阻值最大的位置。（2）給電位差計(jì)

8、定標(biāo)。選定電阻絲單位長度上的壓降值，計(jì)算出。將倒向“1”，“C”插入適當(dāng)?shù)牟蹇?，調(diào)節(jié)“D”，使CD間電阻絲長度等于。然后接通,改變滑線變阻器使工作電流慢慢增大，同時(shí)斷續(xù)按下滑動觸頭“D”，直到G的指針不偏轉(zhuǎn)。然后將滑動端移動到阻值為零位置，再次細(xì)調(diào)，并斷續(xù)按下觸頭“D”，使G的指針不偏轉(zhuǎn)，此時(shí)電阻絲每單位長度上的電位差為，電位差計(jì)定標(biāo)完畢。這時(shí)，斷開，將保護(hù)電阻的滑動端恢復(fù)到阻值最大位置。（3）測量電源電動勢。粗調(diào)：倒向“2”，估算大約應(yīng)取的長度，將“C”插入適當(dāng)?shù)牟蹇?。?xì)調(diào)：接通，移動滑動鍵并斷續(xù)按下滑動觸頭，到G的指針基本不偏轉(zhuǎn)為止。該步驟采用先找到G的指針向相反方向偏轉(zhuǎn)的兩個(gè)狀態(tài)，然后用

9、逐漸逼近的方法可以 迅速找到平衡點(diǎn)。微調(diào)：使保護(hù)電阻的取值為零，微調(diào)觸點(diǎn)D的位置，調(diào)至完全平衡，記錄的長度。（4）計(jì)算的值，公式如下：（5）重復(fù)步驟（2）（3）進(jìn)行5次測量，測量數(shù)據(jù)計(jì)入表格。測量定標(biāo)時(shí)可將改為其它值?！咀⒁馐马?xiàng)】 1檢流計(jì)不能通過較大電流，因此，在C、D接入時(shí)，電鍵D按下的時(shí)間應(yīng)盡量短。2接線時(shí)，所有電池的正、負(fù)極不能接錯(cuò)，否則補(bǔ)償回路不可能調(diào)到補(bǔ)償狀態(tài)。3標(biāo)準(zhǔn)電池應(yīng)防止震動、傾斜等，通過的電流不允許大于，嚴(yán)禁用電壓表直接測量它的端電壓，實(shí)驗(yàn)時(shí)接通時(shí)間不宜過長；更不能短路?！緮?shù)據(jù)記錄及處理】1記下實(shí)驗(yàn)所用標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢和定標(biāo)后的： 2記錄表格測量次數(shù)電阻絲長度待測電動勢123453分析指出用板式電位差計(jì)測未知電動勢的系統(tǒng)誤差所在?！舅伎碱}】1. 電位差計(jì)是利用什么原理制成的？2. 實(shí)驗(yàn)中，若發(fā)現(xiàn)檢流計(jì)總是偏向一邊，無法調(diào)平衡，試分析可能的原因有哪些？3. 如果任你選擇一個(gè)阻值已知的標(biāo)準(zhǔn)電阻，能否用電位差計(jì)測量一個(gè)未知電阻？試寫出測量原理，繪出測量電路圖?！靖戒洝?標(biāo)準(zhǔn)電池的特點(diǎn)是其電動勢穩(wěn)定性非常好，一級標(biāo)準(zhǔn)電池在一年時(shí)間內(nèi)電動勢的變化不超過幾微伏因此常用來作為電壓測量的比較標(biāo)準(zhǔn)最常用的是Weston標(biāo)準(zhǔn)電池，正極為汞，上面放置硫酸銅和硫酸汞糊劑，負(fù)極為鎘汞劑上面放置硫酸鎘晶體，最后在“H”型玻璃管內(nèi)注入硫酸鎘溶液，就構(gòu)成了標(biāo)準(zhǔn)電池它的電動勢隨