Fyzikální měření - Elektromotorické napětí - Všichni Všem


Materiál je formátu doc

Elektromotorické napětí

Detail materiálu

Autor:
Přidáno: 21.09.2010 12:57
Kategorie: Protokoly
Předmět: Fyzikální měření
Známka: 1
Hodnoceno: 2x
Popis: Měření elektromotorického napětí


Stáhnout materiál

Oznámkuj materiál: 1 2 3 4 5

Nahlásit materiál

Doporučit přátelům




Náhled materiálu: Pozor! Náhled nemusí odpovídat skutečnosti. (v náhledu chybí obrázky a formátování se může lišit)


1. PROJEKT EXPERIMENTU
Cíl měření
Stanovit hodnotu elektromotorického napětí galvanického článku kompenzační metodou.
Teoretický rozbor
Elektromotorické napětí je číselně rovno práci, kterou vykonávají elektromotorické (vtištěné) síly při přemisťování kladného jednotkového náboje uvnitř mezi póly zdroje. EMN se rovná rozdílu potenciálů na pólech nepracujícího (otevřeného, nezatíženého) zdroje.
Ue = U + Ui = (R + Ri)I

Jestliže obvodem prochází ustálený proud (v libovolném místě vodiče má stejnou hodnotu), částice s nábojem se nemohou hromadit, každé místo musí mít trvale stejný potenciál =>

1.Kirchhoffův zákon: součet okamžitých hodnot proudů všech větví obvodu spojených s daným uzlem je roven nule. Zpravidla volíme proudy vstupující do uzlu jako kladné a proudy vystupující z uzlu jako záporné. Obecně lze zapsat rovnicí:

2. Kirchhoffův zákon: součet okamžitých hodnot napětí ve větvích libovolné uzavřené smyčky elektrického obvodu je roven nule. Napětí na větvích se volí kladná, jestliže proud ve větvi v daném okamžiku prochází ve smyslu orientace smyčky a jako záporná, jestliže prochází v opačném směru. Obecně lze zapsat rovnicí:


Galvanický článek
Po zapojení článku do elektrického obvodu probíhají uvnitř článku reakce, kterými se postupně snižuje elektrická energie uložená v článku, článek se vybíjí. Tyto reakce mohou být nevratné - napětí článku se po vybití nedá obnovit (primární články) - nebo vratné - článek se dá znova nabít (sekundární články, též akumulátory).
Při průchodu elektrického proudu článkem se projeví vnitřní odpor článku. Vnitřní odpor Ri má za následek snížení napětí článku na svorkové napětí U:
U = Ue - RiI , kde Ue je elektromotorické napětí, I je elektrický proud (při vyšším zatížení - vyšším proudu - se napětí článku sníží více).
Galvanický článek je vždy zdroj stejnosměrného proudu. V elektrických obvodech, kde záleží na směru proudu, je třeba před zapojením zkontrolovat správnou polaritu elektrod.
Neznámým galvanickým článkem v této úloze jsou dvě kovové desky (elektrody) ponořené do elektrolytu – zředěného roztoku kyseliny sírové (roztok H2SO4 vede nejlépe elektrický proud jako přibližně 30%). Trvalé napětí mezi svorkami zdroje způsobují neelektrostatické síly. Například u galvanického článku tyto síly vznikají chemickou reakcí kovových elektrod s elektrolytem, u elektrodynamických zdrojů pohybem vodiče v magnetickém poli.

Abychom zajistili nulovou hodnotu proudu zdrojem při měření EMN, ale i neměnnost proudového zatížení při měření svorkového napětí, užívá se s výhodou kompenzační metoda měření napětí.
Kompenzační metoda, taky vyrovnávací, je metoda měření použitelná u veličin, které mohou nabývat kladných i záporných hodnot (síla, moment síly, elektrické napětí a další, hlavně vektorové veličiny). Metoda spočívá v tom, že měřenou veličinu kompenzujeme (porovnáváme) jinou veličinou téhož druhu, ale opačného znaménka. Když kompenzujeme jen část měřené veličiny, jde o metodu výchylkovou, kompenzujeme-li veličinu celou, jde o metodu nulovou. Kompenzační metodou je např. vážení, měření elektrického napětí kompenzátorem, měření odporu Wheatstoneovým můstkem a jiné druhy měření.
Zapojíme-li k pomocnému zdroji napětí Up do série dva rezistory o proměnných odporech R1 a R2 (dvě odporové dekády) a k rezistoru odporu R2 paralelně zdroj s měřeným napětím Ue, lze vhodným nastavením hodnot odporů R1 a R2 dosáhnout stavu, kdy galvanometrem neprochází proud. Aplikujme Kirchhoffovy zákony na obvod z obr. 1:
(3)
Pro podmínku se soustava (3) zjednoduší:


(4)

(5)

Z rovnic (4) a (5) pak dostaneme:

(6)
Nejistoty měření
Určujeme nejistotu typu A uAx , která vyplývá z použití metod matematické statistiky a výsledky jsou uvedeny bez odvození a teoretického zdůvodnění. Měření X provádíme n-krát opakovaně za stejných podmínek. Získáme hodnoty x1,…,xn. Z těchto hodnot vypočítáme aritmetický průměr .

ten nám určuje konvečně pravou hodnotu mšřené veličiny.
Mírou nejistoty typu A udáváné hodnoty měřené veličiny X je:

Pokud je počet opakovaných měření n ‹ 10, lze uAX stanovit přibližně ze vztahu:

kde ks je koeficient, jehož velikost závisí na počtu měření a je dán tabulkou, která je převzata ze základních metrologických dokumentů platících v zemích EU.
2. REALIZACE EXPERIMENTU
Měřící prostředky
 6 spojovacích vodičů
 stabilizovaný zdroj napětí DIAMETRAL S 124 R50 E
 srovnávací zdroj U1 = 1,5V + 0,01V
 galvanometr s vnitřním odporem Ri = 51,7 Ω
 odporová dekáda 153/37
 odporová dekáda153/39
 vana se zředěnou H2SO4 – zdroj U2
 elektrody Cu + Fe v úchytech na stojanu
Postup měření
1. Sestavili jsme obvod podle obr. 1 a nastavili jsme odpory R1 a R2 na 10 000 Ω. Výchylku galvanometru jsme se snažili minimalizovat změnou odporů R1 a R2 ovšem tak, aby jejich součet dával stále 20 000 Ω. Po dosažení nulové výchylky galvanometru jsme zaznamenali hodnoty odporů. Měření jsme prováděli dvakrát pokaždé s jinou hodnotou proudu na pomocném zdroji.
2. V druhém bodě jsme postupovali stejně jako v prvním akorát jsme pracovali se součty odporů R1 + R2 = 18 000 Ω.
3. Určili jsme nejistoty za předpokladu, že zdrojem nejistot jsou pouze rezistory.
Obrázek

 

 

 

 

Tabulka naměřených a vypočítaných hodnot
R1 + R2 Up [V] R1 [Ω] R2 [Ω] I [mA] Ue [V]
20 000 Ω 1,5 13 300 6 700 0,075 0,5025
2,5 16 000 4 000 0,125 0,5000
18 000 Ω 1,5 12 160 5 840 0,083 0,4867
2,5 14 360 3 640 0,139 0,5056


Příklady výpočtů
=

Výpočet nejistot měření


Absolutní nejistota:
ks …..je pro 2 měření roven 7,0
R1+R2 R11 R12 R21 R22



uAR1 uAR2
[Ω] [Ω] [Ω] [Ω] [Ω] [Ω] [Ω] [Ω] [Ω] [Ω] [Ω]
20000 13300 16000 6700 4000 14650 5350 1350 1350 9450 9450
18000 12160 14360 5840 3640 13260 4740 1100 1100 7700 7700

R1+R2 Ue1 Ue2

uAUe ur
[Ω] [V] [V] [V] [V] [V] [%]
20000 0,5025 0,5000 0,5013 0,00125 0,00875 1,75
18000 0,4867 0,5056 0,4962 0,00945 0,06615 13,33

Index 1 značí hodnoty při pomocném napětí Up= 1,5 V
Index 2 značí hodnoty při pomocném napětí Up= 2,5 V

Relativní nejistota:

3. VYHODNOCENÍ MĚŘENÍ
Naměřené výsledky
Pro součet R1 + R2 = 20 000 Ω je hodnota elektromot. napětí rovna 0,50130 ± 0,00875 V s relativní nejistotou 1,75 %.
Pro součet R1 + R2 = 18 000 Ω je hodnota elektromot. napětí rovna 0,49620 ± 0,06615 V s relativní nejistotou 13,33 %.

Závěr
Změřili jsem elektromotorické napětí galvanického článku pro součti odporů 20 000 Ω a 18 000 Ω. Pro 20 000 Ω nám vyšla relativní nejistota 1,75 % a pro 18 000 Ω nám vyšla 13,33 %, což je poměrně velký rozdíl. Tato nejistota je pravděpodobně způsobena chybou v měření, na kterou nejsme schopni přijít. Absolutní nejistotu jsme určovali pouze na základě dvou měření s různými hodnotami pomocného napětí, čímž se nejistota zvětšuje, protože konficient, na němž závisí, je pro dvě měření roven 7, což je velká hodnota oproti ostatním (např. u tří měření je tento koeficient pouhých 2,3). Tato hodnota ovlivňuje take již zmíněnou relativní nejistotu, čímž může zvyšovat její hodnotu.
 


...
pokud chcete materiál celý, musíte si jej stáhnout (stažení je zdarma)

 
novinky

Přidat komentář

Ohodnoť materiál Elektromotorické napětí.


 
typ

Podobné materiály

Podobné materiály k materiálu: Elektromotorické napětí

lupa
Rychlá navigace
přejdi rychleji k hledaným materiálům


 
statistika
Statistika
Jak jsme na tom?

Studentů: 40994
Materiálů střední školy: 3630
Materiálů vysoké školy: 1596
Středních škol: 806
Vysokých škol: 63



© 2010 - 2020 Všichni Všem - Smluvní podmínky | Kde to jsem? | Kontakty | Reklama
Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace