Что такое нормальный элемент Вестона

Нормальный элемент Вестона (далее НЭ) — ещё его называют ртутно-кадмиевым — гальванический элемент, ЭДС которого весьма стабильна во времени и воспроизводима от экземпляра к экземпляру. Применяется в качестве источника опорного напряжения (ИОН) либо эталона напряжения в метрологии, при воспроизведении и измерении постоянных напряжений.

Устройство и работа НЭ

Положительный электрод — ртуть (2), контактирующая с пастами из кристаллов сульфата ртути (I) Hg₂SO₄ (3) и гидрата сульфата кадмия CdSO₄*8/3H₂O (4).

Отрицательный электрод — 8…12,5%-я амальгама (раствор в ртути) кадмия (1), контактирующая с пастой из кристаллов гидрата сульфата кадмия CdSO₄*8/3H₂O (4).

Электролит (5) — раствор сульфата кадмия CdSO₄, чаще всего с небольшой (нормальностью обычно 0,03…0,08) добавкой серной кислоты для предотвращения гидролиза сульфата ртути, снижения его растворимости и снижения скорости растворения стекла (в чём и заключается различие между «нейтральными» и «кислотными» НЭ).

Теоретически ЭДС насыщенного НЭ при 20 °C составляет E(20 °C) = 1,0183В

Химизм работы:

К (+) Hg,Hg₂SO₄/SO₄^2-//Cd²⁺/Cd (-) A

A (-) Cd -2e = Cd²⁺

K(+)Hg₂SO₄ + 2e = 2Hg + SO₄^2-

Токообразующая реакция: Cd + Hg₂SO₄ ? Cd²⁺ + 2Hg + SO₄^2-.

Измерение ЭДС компенсационным методом

Установка состоит из цепи аккумулятора Iи боковой цепи II.

В цепи Iток от аккумулятора (Е_а) подается на реохордную проволоку АВ длиной 1м, натянутую на линейку с делениями и представляющую собой сопротивление некоторой определенной величины.

В боковой цепи IIпараллельно по отношению к ЭЛС аккумулятора с помощью переключателя П переключается один из элементов: элемент, ЭДС которого надо измерить Е_х (положение переключателя 1), или нормальный элемент Вестона Е_в (положение переключателя 2).

При параллельном включении аккумулятора и элементов Е_х и Е_в ЭДС и токи в цепях Iи IIбудут направлены в противоположные стороны. Передвигая контакт К вдоль проволоки реохорда, можно найти такое его положение, при котором в боковой цепи IIне будет протекать ток.

Этот момент соответствует компенсации ЭДС исследуемого элемента Е_х некоторой вполне определенной частью ЭДС аккумулятора. Падение напряжения вдоль проволоки происходит пропорционально ее длине.

Поскольку полное падение напряжения для аккумулятора происходит на длине всей проволоки АВ, а полное падение напряжения исследуемого элемента Е_х в момент компенсации – на части ее, равной АК_х, то можно записать

Казалось, что, измерив длину реохородной проволоки при компенсации исследуемого элемента и зная величину Еа, можно было бы вычислить Ех. Однако ЭДС аккумулятора не является постоянной величиной. Во время работы аккумулятора она непрерывно изменяется. Чтобы исключить в расчетах переменное значение Еа, производят еще один опыт.

С помощью переключателя П отключают исследуемый элемент Ех и в боковую цепь включают эталонный элемент с известной и постоянной величиной – элемент Вестона.

Аналогично находим положение АКв, при котором достигается компенсация ЭДС элемента Вестона Ев.

Пример образца нормального элемента Вестона: