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电动势的测定


铜臭 / 2022-07-22

  一、对消法(又称补偿法或抵消法)测定电动势的原理测量原电池的电动势不能用伏特计。用伏特计量得的只是两极在外电路中的电位差,小于两板的最大电位差(电动势),因为已有一部分电位差消耗在电池本身的内阻(主要是溶波的电阻)上。并且当伏特计与电池接通时,回路中就有电流通过,这就表示电池的两极上已经发生了氧化还原反应,溶液的浓度也发生了变化,结果使两极间的电位差也会有所变动。因此,要精确测定电池的电动势,就必便消除上述两个误差,这只有在电流接近于零的情况下才能做到。对消法就是根据这一要求,在外电路中加一个与原电池的电动势大小相等、方向相反的反电动势,测定此反电动势的值即得原电池的电动势值。

  图10-5就是用对消法测电动势的原理图。图中E是作为电源的工作电池(供给工作电流),R₁是调节工作电流用的变阻器, Es是标准电池(电动势已知), Rs是定值标准电阻,Eₓ是待测电池的电动势,Rₓ是待测电动势的补偿电阻(由己知阻值的各电阻所组成)。K是转换开关,G是检流计,S是移动触头。

  测定时首先调节工作电流。即接通电源、并将转换开关国合 在一齿位置,调节品便检流计推零。从图10-5可知。 电源接通后,外电流经电阻R₁、Rs和R成一回路。当转换开关合在a上 时。另组成一个外电流分路、开电流经电阻R₁后分两路,一路经上述回路,一路经标准电池。检流计G再经电阻R成回路。调节R₁即可调节工作电流I的大小。如I过小时,则标准电池的电动势国,大于此电流通过电阻Rs。时的电位降,即Es>IRs贝标准电池产生电流。经Rs和G成回路。如I过大时,Es<IRs,则外电流通过标准电池和G成分路。在这两种情况下,检流计都不能指零。只有当电流的大小验好使通过马时的电位降等于标准电池的电动费时,即Es=IRs既无外电流通过标准电池。标准电池也无电流向外流。分路中无电流通过。检流计推零。

  工作电流调好后,即可测定原电池的电动务。将装换开关合在b的位置。移动触头S使检流计重新指零。转换开关合在b上时,外电流形成另一分路。即经过R₁ 、Rs后分两路。一路如上述回路,一路经检流计会待测电池。再经调节电阻R成回路。意头S移至Rx时,检流计指零。此时待测电池的电动菱等于电流I通过Rx时的电位降,即

标准电极的电动势Es。和定值电阻Rs是已知的,Rx是测定得出 的, 代入上式即可求得待测电池的电动势Ex。

  从(10-2)式可以看出,电动势Ex测量的准确性依赖于标准电池电动势的稳定性和精确性、电阻Rx和Rs的精度和检流计的灵敏度。此外,外电源电压的稳定性十分重要,若电压不稳时,就不能测得可靠的值。
  必须注意,外电源的正极必领与标准电池和待测电极的正极相连。如果接反了,不论怎样调节R₁和Rx检流计都不会指零。外电源的电压也必须大于Es和Ex测定时应记录温度。
  常用来测电动势的电位差计有“UJ1”型和*UJ24” 型的等,其原理都与上图相同。
二、对消法中用的标准电池
  在测定电池的电动势时,需要一个 稳定的已知电动势的标准电池。常用的标准电池是韦斯登电池,它的构造如图10-6所示。 H形管的一端为镉汞齐(即镉的汞合金,含12.5% Cd和87.5%Hg),另一端为Hg与Hg₂SO₄的糊状体,在糊状体和镉汞齐上面各放有CdsO₄·8/3H₂O的晶体及其饱和溶液。为了使引入的导线与糊状体接触得更紧密,在相状体下面放有少许汞。当电池 放电时进行的反应是: 

  此电池的电池反应是完全可逆的,电池发生电流时,反应正向进行,外电流通过电池时,反应逆向进行。但正逆反应进行的结果,都只是使相应固体物质的量有所增减,溶液却始终保持饱和。由于纯固体物质不论量多少,其浓度(活度)总等于1。因此,这种电池的电动势很稳定,不受短时间内充、放电的影响。而且它受温度变化的影响也很小,在20°C 时E为1.01830伏,25 °C时为1.01807伏。不同温度t (°C)时的电动势可由下式求得:
  E=1.01830-4.06X10⁻⁵(t- 20)-9.5x10⁻⁷(t- 20)²+1 ×10⁻⁸(t- 20)³
  使用和搬运标准电池时,必须注意切勿倒置和剧烈振动,以免两极物质相互混合。

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