Суть методу компенсації ЕРС полягає в наступному. Розглянемо принципову електричну схему, представлену на рис. 32.1. Джерело струму з ЕРС E підключається до реохорд AB. а досліджуваний елемент з ЕРС Ex приєднують до початку реохорда A і через чутливий гальванометр Г до рухомого контакту реохорда С. При цьому необхідно виконати дві умови. 1) ЕРС елемента E повинна бути більше ЕРС елемента Eх. 2) до точки А реохорда елементи підключаються однаковими полюсами.
Так як Е> Еx. то на реохордів АВ завжди буде така точка, різниця потенціалів між якою і точкою А буде дорівнює електрорушійної силі досліджуваного елемента. Переміщаючи контакт З уздовж реохорда, шукають таке його положення, при якому в контурі AFГС з елементом Еx струму не буде. При цьому відбувається компенсація падіння напруги на ділянці АС реохорда і підключеної до цієї ділянки електрорушійної сили Еx.
Відсутність струму в гальванометрі стає можливим тільки при з'єднанні джерел ЕРС в схемі однойменними полюсами. У цьому випадку струм I2. який відгалузилося б в контур AFГС при відсутності в ньому елемента Еx, і струм I1. індукований елементом Еx. течуть в протилежних напрямках. Струм I2 - від "плюса" (точка А) через точки F і Г до "мінуса" (точка С), тобто проти годинникової стрілки. Струм I1 - від "плюса" до "мінуса" елемента Еx. тобто за годинниковою стрілкою). При компенсації струми I1 і I2 стають рівними за величиною, і сумарний струм через гальванометр не йде.
За умови, що ЕРС Еx скомпенсирована, ток I в контурі AODB НЕ розгалужується і дорівнює:
де RAODB - повний опір контуру AODB. Позначимо rx опір ділянки кола між точками А і С. Тоді різниця потенціалів VA - VC між точками А і С:
Отже, електрорушійна сила Еx досліджуваного елемента дорівнює:
Якщо замінити досліджуваний елемент нормальним елементом Вестона, електрорушійна сила Еn якого відома, і знову домогтися відсутності струму в контурі AFГС. можна отримати:
Розділивши вираз (32.3) на вираз (32.4), маємо:
Таким чином, порівняння електрорухомий сил двох елементів може бути практично зведено до порівняння двох опорів, використаних при компенсаційних вимірюваннях.
Метод компенсації для визначення ЕРС має низку важливих переваг. По-перше, сила струму через елементи, ЕРС яких порівнюються між собою, близька до нуля. Точність вимірювань обмежується ціною поділки гальванометра, яка відповідає 10 -6 - 10 -7 А у різних типів стрілочних гальванометрів. Тому падіння напруги всередині елемента, що знижує значення виміряної на полюсах елемента різниці потенціалів, практично немає. Чи не істотним є і падіння напруги в проводах, що з'єднують елемент з вимірювальної схемою. По-друге, при компенсаційному методі гальванометр працює як нульовий прилад і градуювання його шкали в результат вимірювань не входить. Нарешті, величина ЕРС допоміжної батареї Е також не входить в остаточний результат. Необхідно лише, щоб величина її ЕРС під час вимірювань була постійною. Робоча схема для вимірювання ЕРС джерела напруги методом компенсації показана на рис. 32.2.
Вона складається з трьох контурів, в кожен з яких включений джерело напруги. Контур AODB складається з джерела напруги E. ключа K1 і струни реохорда AB (довгою дроту з великим питомим опором). При замиканні ключа K1 елемент Е підключається до реохорда. У контурі AMNC включено великий опір R0 (близько 10 5 Ом), нормальний елемент En. ЕРС якого відома з великим ступенем точності, подвійний ключ K2 і чутливий нуль-гальванометр Г.
У контур APQNC включені опір R0. джерело Ex. величину ЕРС якого слід виміряти, ключ K2 і гальванометр Г. Контакт C може вільно переміщатися по струні реохорда.
Ключ K2 при замиканні може перебувати або в положенні 1, тоді в ланцюг включається елемент En. або в положенні 2, тоді в ланцюг включається досліджуваний джерело Ex.
Великий опір R0 необхідно включати в схему з наступних причин. Якщо в ланцюг включається нормальний елемент Вестона, то це джерело напруги зберігає незмінною свою ЕРС з точністю до шостого знака (при постійній температурі) тільки в тому випадку, коли через джерело тече струм, що не перевищує 10 -4 А. В іншому випадку нормальний елемент поляризується і його ЕРС зменшується. Крім того, великий опір R0 служить для захисту чутливого гальванометра Г від занадто великих струмів при включенні його в момент сильної раскомпенсаціі схеми.
Розглянемо процес вимірювання ЕРС за схемою рис. 32.2. Ключ K2 включений в положення 1. При цьому в схему включається нормальний елемент. Переміщаючи контакт C уздовж струни реохорда, домагаються відсутності струму в гальванометрі. Гальванометр має свій ключ Кг. Включати цей ключ треба на дуже нетривалий час, щоб переконатися, що компенсація в схемі ще не досягнута. При досягненні компенсації ЕРС нормального елемента буде в точності дорівнює падінню напруги на ділянці струни реохорда AC. опір якого ми позначимо rn.
Перемкнемо тепер ключ K2 в положення 2. Цим самим ми включаємо в ланцюг вимірюваний джерело напруги Ex. Пересуваючи контакт C на реохордів, необхідно домогтися компенсації ЕРС Ex на новому опорі rx.
Якщо струна реохорда однорідна, то і. де - питомий опір струни реохорда, а S - площа його поперечного перерізу. У цьому випадку рівність (32.5) набуває вигляду:
Таким чином, вимір ЕРС зводиться до вимірювання довжин і ділянок струни реохорда, на яких виконується компенсація.