ПОТЕНЦИОМЕТР
Спасибо нашим инвесторам из казино онлайн
ПОТЕНЦИОМЕТР , аппарат, служащий для измерения электрических потенциалов, то есть электродвижущих сил (ЭДС). Для этого обычно – служат вольтметры. Но в некоторых случаях, как, например, при измерении ЭДС концентрационных элементов, приходится избегать расходования электрической энергии в процессе измерения, так как это при малых силах тока отразилось бы на величине измеряемой ЭДС. В этих случаях вольтметры не пригодны, и измерение должно быть произведено с помощью компенсационного метода Поггендорфа- Дюбуа Реймона, который и кладется в основу работы потенциометра. Исследуемый ток пускается по цепи ИЭБВ (рисунок 1), причем в эту цепь включается тот или другой прибор, регистрирующий присутствие или отсутствие тока (нулевой прибор). Разница потенциала между точками Б и В представляет искомую ЭДС – Ех ; эта ЭДС конечно не меняется, где бы ни стоял подвижной контакт Б .
Рисунок 1. Устройство потенциометра с вольтметром: Ак – аккумулятор; ИЭ – исследуемый элемент; Гл – гальванометр; V – вольтметр.
Навстречу от аккумулятора по цепи АкДБВ пускается ток, заведомо более сильный, причем падение его потенциала совершается на протяжении сопротивления ДВ . Двигая подвижной контакт Б , мы меняем ту часть ЭДС этой цепи, которая проходит по общему для обеих цепей участку пути БВ . Таким образом, оказывается, что между точками Б и В как бы существует 2 разности потенциалов: одна неизменная Ех , происходящая от первой цепи, вторая, назовем её Еа , происходящая от второй цепи и меняющаяся в зависимости от положения точки Б . Если Ех > Еа , то ток в первой цепи пойдет обычно по направлению стрелок (если обозначить поток электронов); если Ех & Еа , то ток в первой цепи пойдет обратно, так как отрицательный ток от аккумулятора потечет в направлении АпВИЭЖБ , причем элемент ИЭ будет представлять электролизируемую систему. Если Ех = Еа , то в первой цепи не будет тока – нулевой инструмент покажет отсутствие тока между точками Б и Ж . Теперь, для того чтобы узнать Ех , надо измерить равное ей Еа ; это в разных моделях потенциометров делается различно. Как уже упоминалось, потенциометры часто применяются для измерения ЭДС концентрационных элементов, причем конечной целью является не измерение самой электродвижущей силы такой системы, но определение концентрации ионов в ней, например концентрации Н-ионов (рН), а потому специально для этого предназначенные потенциометры называются часто ионометрами. Ясно, что измерение электродвижущих сил можно осуществить компенсационным методом Поггендорфа. без всякого потенциометра, но применяя сборные установки с реохордом или магазинами сопротивления (по Michaelis’y) с капилярным электрометром или гальванометром в качестве нулевых инструментов, переключателями и многими открыто лежащими проводами. Принципиально потенциометры и представляют такого рода установки, с тем отличием, что в них все части прочно, компактно и наиболее удобно для быстрого измерения раз навсегда соединены и заключены в ящик. При снятии крышки этого ящика оказываются видными на доске из изолирующего материала лишь несколько рукояток и контактов и иногда заключенные сюда же измерительные приборы. Таким образом, все ответственные части компенсационной установки оказываются защищенными от пыли и сырости, и вся установка приобретает портативность.
В продаже имеется целый ряд моделей потенциометров, предназначенных для различных целей: физико-химических, биолого-медицинских (измерение рН), технических (определение концентрации всевозможных ионов и различные электрометрические титрования) и так далее. Они отличаются друг от друга точностью определения, способом отсчета, способом проверки, применяемым сопротивлением, нулевыми приборами, схемой расположения и так далее. Наиболее употребительны и оригинальны следующие модели:
1. Едва ли не самый простой аппарат такой, в котором прямо измеряется ЭДС ( Еа ) в положении компенсации с помощью чувствительного вольтметра (рисунок 1).
2. Можно поступить несколько иначе, а именно для положения компенсации измерить силу тока I во второй цепи с помощью чувствительного амперметра в амперах и сопротивление R участка 1 > В в Омах (рисунок 2).
Рисунок 2. Устройство потенциометра с амперметром: Ак – аккумулятор; ИЭ – исследуемый элемент; Гл – гальванометр; ДВ – сопротивление; А – амперметр.
Произведение этих двух величин даст искомую ЭДС: IR=Ex . Описанные два способа установки без нормального элемента употребляются в американских потенциометрах. Однако они не могут считаться особенно точными, во-первых потому, что нередко случается, что магнитная система измерительных приборов со временем несколько изменяется, а затем потому, что шкала прибора должна быть чрезвычайно тонко разделена, чтобы иметь возможность с достаточной точностью вычислить Ex . Применяются, особенно первая установка, для электрических титрований.
3. Есть модели, которые стоят ближе всего к обычным электрометрическим компенсационным установкам. В них в качестве сопротивления применяется проволока сопротивления с делениями – реохорд – 1018,7 мм длиной, кроме того во вторую цепь включается добавочное сопротивление, а в первую, вместо исследуемого элемента, можно включить нормальный элемент (рисунок 3).
Рисунок 3. Устройство потенциометра с реохордом, добавочным сопротивлением и нормальным элементом: Ак – аккумулятор; ИЭ – исследуемый элемент; НЭ – нормальный элемент; Гл – нулевой инструмент; ДВ – реохорд 1018,7 мм; ДС – добавочное сопротивление.
Пустив в первую цепь ток от нормального элемента (напряжение 1018,7 mV) по пути ИЭЖЗДВ , достигают положения компенсации с помощью добавочного сопротивления ДС . Теперь каждый миллиметр реохорда соответствует падению потенциала во второй цепи на 1 mV. Выключив нормальный элемент, пускают в первую цепь ток от исследуемого элемента по пути ИЭЖКБВ и находят новое положение компенсации, двигая ползушку Б . Искомая ЭДС – Ех , выраженная в милливольтах, равна числу мм реохорда на отрезке БВ . Таким образом легко отсчитать ЭДС с точностью до нескольких mV.
Из отдельных моделей можно упомянуть:
- электроионометр Люэрса (Н. Luers) фирмы Лаутеншлегер (F. М. Lautenschlager), который представляет в сущности собранную на одной доске электрометрическую установку (рисунок 4), пригодный больше для технических целей потенциометр Эмслендера EmsUnder фирмы Келера (F. Kohler);
- микроионометр Лаутеншлегера, прибор, у которого проволока сопротивления 1018,7 Ом намотана в виде спирали (классической ползушки нет), а капилярный электрометр может быть заменен гальванометром, отчего получается очень портативный аппарат (рисунок 5).
Рисунок 4. Электроионометр Люэрса.
Рисунок 5. Микроионометр Лаутеншлегера
4-я группа объединяет модели, в которых вместо реохорда находятся реостаты с поворотными рукоятками (курбельный реостат). Обычно в них помещается 1 реостат на 1000 или 1100 Ом (рисунок 6).
Реостат МЗ с 10 делениями по 100 Ом и спираль сопротивления на 100 Ом ( ИО ). Таким образом в первую цепь можно, включить любое сопротивление от 0 до 1100 или даже 1200 Ом. Эти потенциометры снабжаются добавочным сопротивлением ДС , гальванометрами в качестве нулевого инструмента и нормальными элементами. Способ работы с ними аналогичен только что описанному при группе 3-й. Только в этом случае при компенсации нормального элемента в первую, цепь должно быть включено сопротивление в 1018,7 Ом, тогда 1 Ом сопротивления оказывается соответствующим ImV. Искомая ЭДС Ех , выравненная в милливольтах, равна числу Ом сопротивления к гальванометру, находящихся на Отрезке ЖК .
Можно упомянуть следующие модели:
- потенциометр, изготовляемый Главной палатой мер и весов в Ленинграде;
- потенциометр Мисловицера (Mislowitzer), изготовляемый фирмой Лейц (рисунок 6 и 7) со специальным к нему гальванометром, который включением перед ним большого баластного сопротивления в 100 000 Ом, находящегося в коробке потенциометра (рисунок 6), БС превращается из нулевого инструмента в вольтметр, и тогда может служить вместо нормального элемента для быстрой проверки ЭДС, проходящей по всему сопротивлению (1100 mV): имеется во многих научно-медицинских лабораториях.
Рисунок 6. Устройство потенциометра Мисловицера: Ак – аккумулятор; ИЭ – исследуемый элемент; НЭ – нормальный элемент; Гл – гальванометр; МЗ – реостат с делениями по 100 ом; ИО – проволока сопротивления; ДС – добавочное сопротивление; ВС – балластное сопротивление.
Рисунок 7. Потенциометр Мисловицера.
Потенциометр Труна и Тедта (Thrun, Todt) фирмы Лейца. В этой модели и гальванометр и нормальный элемент вделаны в один ящик с собственно потенциометром. (рисунок 8).
Рисунок 8. Потенциометр Труна и Тёдта.
Потенциометр американской фирмы Лидс и Норсрен в Филадельфии, отличающийся точностью отсчета ЭДС (до 0,01 mV). Пригоден для физико-химических исследований.
5. Наконец следует упомянуть еще об одной последней конструкции ионометра – Stato – Ionometr Wulf’a – фирмы Лаутеншлегер, в основе которого лежит ламповый вольтметр. Подлежащий измерению потенциал соединяют с решёткой и с отрицательным концом нити накала электронной трубки (рисунок 9). Когда нить накалена, от к к А идет ток, даваемый батареей БА ; сила этого тока может быть измерена амперметром А; оказывается она зависит от напряжения на решётке. Таким образом, ЭДС исследуемого элемента можно определить по силе анодного тока и прямо прочесть на соответственно градуированном измерительном инструменте.
Рисунок 9. Схема лампового потенциометра: Э – электронная трубка; а – анод; к – нити накала; р – решётка; ИЭ – исследуемый элемент; А – амперметр; БН – батарея накала; БА – анодная батарея.
Следует добавить, что при этом методе от интересующего нас источника тока берется так же мало тока, как и при компенсационном. Этот метод позволяет регистрировать прямо рН раствора на вращающемся барабане (рисунок 10). Такие кривые рН очень удобны при электрометрическом титровании. Точность последней конструкции этого прибора не ниже других моделей потенциометра.
Рисунок 10. Статоионометр по Вульфу.
Литература: Вальтер О., Методы определения концентрации водородных ионов, Л., 1932; Мисловицер Э., Определение концентрации водородных ионов в жидкостях, Л., 1932. Г. Дервиз.