1. Вимірювання електрорушійних сил гальванічних елементів

Для роботи необхідно: акумулятор на 1,2 V – А_к; гальванометр – Г; нормальний елемент Вестона Еп; елемент з невідомою ЕРС – Ех; реохорд АВ; ключ для вмикання К; перемикач на шість клем П; провідники струму; розчини CuSO₄, ZnSO₄; насичений розчин KCl.

Прилад, в якому відбувається перетворення хімічної енергії в елек- тричну, називається гальванічним елементом. Його можна зобразити схе- мою

ЕРС такого елемента в більшості випадків виміряють двома мето- дами: ввімкненням у ланцюг чутливого вольтметра або компенсаційним методом. Перший з цих методів має деякі недоліки, зв’язані з проход- женням через прилад електричного струму. Ці недоліки усуваються при визначенні ЕРС компенсаційним методом, коли через елемент струм не проходить.

Схема установки для вимірювання ЕРС

компенсаційним методом.

Принцип методу компенсації полягає в тому, що до елемента з невідо- мою ЕРС приєднують інший елемент, ЕРС якого направлена назустріч (джерело струму). При цьому відбувається взаємна компенсація двох електрорушійних сил – досліджуваного елемента і джерела струму.

Схема установки для компенсаційного методу подана на рисунку. Акумулятор АК замкнутий через дротину АВ, що натягується вздовж шкали реохорду довжиною 1 м. Дротина на всій довжині реохорда однорідна і має однаковий переріз, тому спад напруги на одиницю довжини теж однаковий і рівний , а спад напруги на всій довжині реохорда рівний:

де І – сила струму;

r – опір одиниці довжини дротини (питомий опір).

Якщо в коло назустріч акумуляторові ввімкнули елемент з невідомою ЕРС, то, переміщуючи повзунок С по лінійці АВ, можна знайти таке положення, при якому стрілка гальванометра Г стає на нуль.

Це відбувається внаслідок того, що ЕРС гальванічного елемента Е_х точно компенсується різницею потенціалів у межах між точками А і В. Якщо ця різниця потенціалів більша від ЕРС елемента, то стрілка галь- ванометра відхиляється в одну сторону. Якщо ЕРС гальванічного елемента більша за різницю потенціалів на лінійці, то спостерігається відхилення стрілки гальванометра в протилежну сторону.

Необхідно знати ці два положення, потім зменшувати інтервал між ними до того часу, поки стрілка гальванометра прийме нульове положення.

Якщо гальванометр знаходиться в нульовому положенні, а повзунок на віддалі а_х, тоді

, а .

Із співвідношення

,

знаходимо

Але ЕРС акумулятора невідома і тим більше в процесі роботи вона може змінюватись. Тому перш ніж компенсувати Е_х, в електричне коло замість досліджуваного елементу включають нормальний елемент Вестона Е_N, ЕРС якого відома.

При компенсації Е_N і ЕРС акумулятора одержуємо певне положення контакта а_N, тоді

Із співвідношення

знаходимо

Підставивши рівняння (4) у рівняння (2), знаходимо Е_хЕРС дослід- жуваного елементу:

Експериментальна частина роботи виконується у наступному по- рядку.

По наведеній схемі компенсують спочатку нормальний елемент Вес- тона, потім мідно-цинковий елемент і тільки після цього каломельно-цинковий. З одержаних даних по формулі (5) розраховують ЕРС дослід- жуваних елементів.

Із значення ЕРС каломельно-цинкового елементу розраховують по- тенціал цинкового електроду. Потенціал каломельного електроду по від- ношенню до цинкового буде позитивним. Значення його в залежності від температури подані на с. 51.

Величину потенціалу цинкового електроду обраховують, виходячи із співвідношення:

Результати досліду і розрахункові дані записуються в таблицю: