基本問題418 電位差計

電位差計による起電力の測定

直感的理解
電位差計は、既知の電池 $E_0$ が抵抗線に作る電位勾配を利用して、未知の起電力 $E_x$ を「電流を流さずに」測定します。平衡時には測定対象から電流を取らないので、内部抵抗の影響を受けない精密測定が可能です。

抵抗線上の接点 P をドラッグして平衡点を探してください。

原理:抵抗線 AB(長さ $L$)に一様な電流を流すと、A からの距離 $l$ に比例した電位降下が生じます。

平衡条件:G に電流が流れないとき、未知電池 $E_x$ の起電力と抵抗線 A〜P 間の電位差が釣り合います:

$$E_x = V_{AP} = \frac{l}{L} \cdot E_0$$

例:$E_0 = 10$ V、$L = 100$ cm、平衡長 $l_x = 30$ cm のとき

$$E_x = 10 \times \frac{30}{100} = 3.0 \text{ V}$$
答え:
$$E_x = E_0 \cdot \frac{l_x}{L}$$
補足:標準電池を使う場合

まず標準電池 $E_s$ で平衡長 $l_s$ を求め、次に未知電池で $l_x$ を求めると:

$E_x = E_s \cdot \dfrac{l_x}{l_s}$

こちらの方が $E_0$ の正確な値を知らなくても測定できるため実用的です。

Point

電位差計の特長:平衡時に被測定電池から電流を取らない → 内部抵抗の影響なし。$E_x \propto l_x$(長さに比例)。