Misurare la FEM di una cella con un voltmetro: l'insidia del circuito aperto
Sì, ma solo in condizioni a circuito aperto (corrente zero). Un voltmetro misura la tensione ai morsetti (\(V_T\)), che è uguale alla FEM (\(\mathcal{E}\)) solo quando la corrente \(I = 0\).
Perché è complicato
Le celle reali hanno una resistenza interna (\(r\)). Quando scorre corrente: \(V_T = \mathcal{E} - I r\). Qualsiasi corrente assorbita dal voltmetro (o dal circuito esterno) provoca una caduta di tensione su \(r\), quindi la lettura sottostima la FEM reale.
Come misurare correttamente la FEM con un voltmetro
- Circuito aperto: disconnettere tutti i carichi. Misurare direttamente sui morsetti della cella.
- Voltmetro ad alta impedenza d'ingresso: usare un multimetro digitale con \(R_{in} \geq 10 \text{ M}\Omega\) (tipico). Corrente assorbita: \(I = \mathcal{E} / (R_{in} + r) \approx \mu\text{A}\). Errore = \(I \times r\) — solitamente < 0,01% per celle in buono stato.
- Attendere la stabilizzazione: lasciare che la polarizzazione/ridistribuzione di carica si assesti (secondi o minuti).
- Controllo della temperatura: la FEM dipende dalla temperatura (equazione di Nernst). Annotare la temperatura della cella.
Metodo più accurato: potenziometro (misura a zero)
- Bilancia la FEM sconosciuta contro una caduta di tensione calibrata su un filo uniforme con corrente zero attraverso la cella al punto di zero.
- Elimina completamente l'errore della resistenza interna. Standard per la taratura di celle primarie.
Errori comuni
- Misurare sotto carico → legge \(V_T < \mathcal{E}\).
- Usare un voltmetro analogico a bassa impedenza (20kΩ/V) → errore di carico significativo.
- Confondere la FEM con "tensione sotto carico" (tensione ai morsetti).
In sintesi: un multimetro digitale moderno a circuito aperto offre un'eccellente approssimazione della FEM per la maggior parte degli scopi pratici. Per precisione metrologica, usare un potenziometro o un elettrometro.