一、实验目的和要求
1、理解溶液的电导、电导率和摩尔电导的概念
2、掌握电导率仪的使用方法
3、 掌握交流电桥测量溶液电导的实验方法及其应用
二、实验内容和原理
1、电导率的概念
电导是描述导体导电能力大小的物理量,以G来表示
其中l/A为电导池常数,以Kcell来表示,к为电导率
通常由于电极的l和A不易精确测量,因此在实验中用一种已知电导率的溶液先求出电导池的常数Kcell,然后再把欲测的的溶液放入该电导池中测出其电导值,在根据上式求出其电导率
溶液的摩尔电导率是指把含有1mol电解质的溶液置于相距为1m的两平行板电极之间的电导,以m表示摩尔电导率与电导率的关系为
在很稀的溶液中,强电介质的摩尔电导率与其了、浓度的平方根成直线函数用公式表示为：
若通过浓度的平方根与摩尔电导率作图,外推即可求得无限稀释时的摩尔电导率
惠斯登电桥基本原理
如图所示的电路图中,
实验中,通过调整电桥上的示波器,使得通过其上的电流为零,即表明C点和D点的电势相等,可以等到如下关系:
亦即
通过调节电桥臂的比值,就可以得出Rx的值
三、主要仪器设备
仪器：音频振荡器1台；示波器1台；电导率仪；电导池；铂电极1支；转盘电阻箱3只；恒温槽装置1套；50mL移液管4支；100mL容量瓶4个
试剂：002mol/dm3标准KCl溶液,01mol/dm3标准醋酸溶液
四、操作方法和实验步骤
1、溶液的配制
用002mol/L的KCl溶液配制不同浓度的KCl溶液,其浓度分别为002、002/2、002/4、002/8、002/16并分别做好标记,放入25℃的恒温槽中备用
2、电路的连接
按照上图连接好电路图注意需要按照电路图中ABCD四个点来连线
3、测定不同浓度的KCl溶液的电阻
将电极插入溶液中,按照浓度依次升高的顺序分别测定5个溶液的电阻值将电桥臂按照1：1、1：2、1：3三种形式进行测量记录测定出来的数据
4、用电导率仪来测定自来水和去离子水的电导率
首先对于使用高调还是低调进行估计和判断,如果电导率大于300×10-4S/m,则使用高调,反之则使用低调在测量之前首先要校准,即在校准档将指针调至最大测量时同样要注意从大量程向小量程调,最终达到精确
五、实验数据记录和处理
25℃时002mol/dm3KCl溶液的电导率为02765S/m
1、 电导池常数
R1/ R2/ R3/ R/ G/S Kcell/S•m-1
1 1000 1000 222 222 450×10-3 61444
2 1000 2000 446 223 448×10-3 61719
3 1000 3000 666 222 450×10-3 61444
Kcell平均 61536
2、25℃时的结果
KCl浓度/mol•L-1 KCl浓度mol/m3 KCl浓度平方根 次数 R1/W R2/W R3/W R/W G/S k/ S•m-1 ∧m/S•m2•mol-1
002/16 125 1118033989 1 1000 1000 3322 3322 00003010 0018522 00148176
2 1000 2000 6645
3 1000 3000 9965
002/8 25 158113883 1 1000 1000 1702 1704 0000587 0036122 00144488
2 1000 2000 3410
3 1000 3000 5118
002/4 5 2236067977 1 1000 1000 844 880 00011364 006993 0013986
2 1000 2000 1690
3 1000 3000 2538
002/2 10 316227766 1 1000 1000 447 4475 00022346 0137508 00137508
2 1000 2000 895
3 1000 3000 224
002 20 4472135955 1 1000 1000 226 2268 00044092 0271325 00135663
2 1000 2000 453
3 1000 3000 114
以KCl浓度的平方根对∧m作散点图并进行线性回归分析得到如下图形：
3 的计算
通过图所拟合的线性回归方程可知,当 =0时,∧m=0015 S•m2•mol-1,即
=0015 S•m2•mol-1
六、实验结果与分析
查阅KCl溶液 的标准值为001499 S•m2•mol-1
则可以计算其相对误差 Er=|001499-0015|/001499=0667‰
七、讨论与心得
1、实验中不必扣除水的电导因为经测定,实验所使用的去离子水的电导与待测溶液的电导相差几个数量级,因此不会对实验结果产生很大的影响
2、溶液配制时的问题：溶液时由大浓度向小浓度一瓶一瓶稀释过来的一旦某一瓶配制出现偏差,则将影响到后面的几瓶,因此在溶液配制的时候要及其小心,我认为这也是影响实验准确性的一个很重要的因素
3、浓度较小时,信号不明显,即某个电阻改变一个大阻值,其示波器的变化不大,可能会导致大的偏差
思考题：
1、如何定性地解释电解质的摩尔电导率随浓度增加而降低
答：对强电解质而言,溶液浓度降低,摩尔电导率增大,这是因为随着溶液浓度的降低,离子间引力变小,粒子运动速度增加,故摩尔电导率增大
对弱电解质而言,溶液浓度降低时,摩尔电导率也增加在溶液极稀时,随着溶液浓度的降低,摩尔电导率急剧增加
2、为什么要用音频交流电源测定电解质溶液的电导交流电桥平衡的条件是什么
答：使用音频交流电源可以使得电流处于高频率的波动之中,防止了使用直流电源时可能导致的电极反应,提高测量的精确性
3、电解质溶液电导与哪些因素有关
答：电解质溶液导电主要与电解质的性质,溶剂的性质,测量环境的温度有关
4、测电导时为什么要恒温实验中测电导池常数和溶液电导,温度是否要一致
答：因为电解质溶液的电导与温度有关,温度的变化会导致电导的变化实验中测电导池常数和溶液电导时的温度不需要一致,因为电导池常数是一个不随温度变化的物理量,因此可以直接在不同的温度下使用
电工学中什么是最主要的
叠加原理的验证 一、实验目的 验证线性电路叠加原理的正确性加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。 二、原理说明 叠加原理指出在有多个独立源共同作用下的线性电路中通过每一个元件的电流或其两端的电压可以看成是由每一个独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。 线性电路的齐次性是指当激励信号某独立源的值增加或减小K 倍时电路的响应即在电路中各电阻元件上所建立的电流和电压值也将增加或减小K倍。 三、实验设备 高性能电工技术实验装置DGJ-01直流稳压电压、直流数字电压表、直流数字电流表、叠加原理实验电路板DGJ-03。 四、实验步骤 1 用实验装置上的DGJ-03线路, 按照实验指导书上的图3-1将两路稳压电源的输出分别调节为12V和6V接入图中的U1和U2处。 2 通过调节开关K1和K2分别将电源同时作用和单独作用在电路中完成如下表格。 表3-1 测量项目 实验内容 U1 (V) U2 (V) I1 (mA) I2 (mA) I3 (mA) UAB (V) UCD (V) UAD (V) UDE (V) UFA (V) U1单独作用 12 0 8693 -2427 6300 2429 0802 3231 4446 4449 U2单独作用 0 6 -1198 3589 2379 -3590 -1184 -1215 -0608 -0608 U1、U2共同作用 12 0 7556 1160 8629 -1162 -0382 4446 3841 3841 2U2单独作用 0 12 -2395 7180 4758 -7175 -2370 2440 -1217 -1218 3 将U2的数值调到12V重复以上测量并记录在表3-1的最后一行中。 4 将R3(330)换成二极管IN4007继续测量并填入表3-2中表3-2 测量项目 实验内容 U1 (V) U2 (V) I1 (mA) I2 (mA) I3 (mA) UAB (V) UCD (V) UAD (V) UDE (V) UFA (V) U1单独作用 12 0 8734 -2569 6198 2575 0607 4473 4477 U2单独作用 0 6 0 0 0 0 -6 0 0 U1、U2共同作用 12 6 7953 0 7953 0 -1940 4036 4040 2U2单独作用 0 12 0 0 0 0 -12 0 0 0 五、实验数据处理和分析 对图3-1的线性电路进行理论分析利用回路电流法或节点电压法列出电路方程借助计算机进行方程求解或直接用EWB软件对电路分析计算得出的电压、电流的数据与测量值基本相符。验证了测量数据的准确性。电压表和电流表的测量有一定的误差都在可允许的误差范围内。 验证叠加定理以I1为例U1单独作用时I1a=8693mA,U2单独作用时I1b=-1198mAI1a+I1b=7495mAU1和U2共同作用时测量值为7556mA因此叠加性得以验证。2U2单独作用时测量值为-2395mA而2I1b=-2396mA因此齐次性得以验证。其他的支路电流和电压也可类似验证叠加定理的准确性。 对于含有二极管的非线性电路表2中的数据不符合叠加性和齐次性。 六、思考题 1 电源单独作用时将另外一出开关投向短路侧不能直接将电压源短接置零。 2 电阻改为二极管后叠加原理不成立。 七、实验小结 测量电压、电流时应注意仪表的极性与电压、电流的参考方向一致这样纪录的数据才是准确的。 在实际操作中开关投向短路侧时测量点F延至E点B延至C点否则测量出错。 线性电路中叠加原理成立非线性电路中叠加原理不成立。功率不满足叠加原理
三表法测量电容和电感时，功率表的读数大小分别说明什么问题？
一、课程的地位、性质和任务
《电工学》课程是制冷与冷藏技术专业的一门专业基础课。它的任务是通过本课程的教学使学生获得电工技术必要的基本理论、基本知识和基本技能，了解电工技术的应用及发展概况，为学习后续课程以及从事与本专业有关的工程技术等工作打下一定的基础。
二、课程教学基本要求
21 电路部分：
1．了解电路模型和理想电路元件，电压和电流参考方向的意义。
2．掌握基尔霍夫定律并能正确应用，了解电源的有载工作、开路和短路状态，理解电功率和额定值的意义，掌握电位的概念，会计算简单直流电路和电路中各点的电位。
3．理解实际电源的两种模型及其等效变换。
4．熟练掌握用支路电流法、叠加原理和戴维宁定理分析电路的方法。
5．了解非线性电阻元件的伏安特性及动态电阻、静态电阻的概念，了解简单非线性电阻电路的图解分析法。
6．理解正弦交流电的三要素及相位差的概念，掌握正弦交流电的各种表示方式以及相互间的转化，理解电路基本定律的相量形式和复阻抗的概念。
7．掌握用相量法计算简单正弦交流电路的方法，掌握有功功率和功率因数的计算方法。
8．了解瞬时功率、无功功率及视在功率的概念和提高功率因数的意义，了解交流电路的频率特性。
9．掌握三相四线制电路中负载的正确联结，掌握中性线的作用，熟练掌握对称三相交流电路中电压、电流和功率的计算。
10．了解非正弦周期量的傅立叶展开，了解非正弦周期量的平均值和有效值的计算方法。
11．理解电路的暂态、稳态的概念以及时间常数的物理意义，掌握一阶线性电路暂态分析的三要素法。
22 电工测量部分
1．掌握常用电工仪表的正确使用方法。
2．了解测量误差和仪表准确度等级的意义，了解仪表类型、量程及测量范围。
23 安全用电部分
1．了解发电、输电的原理，了解企业配电的原理。
2．掌握触电方式及安全用电的措施。
三、课程的内容
第一部分 电路
1．电路的基本概念与基本定律
电路模型，电压和电流的参考方向，欧姆定律，电源有载工作、开路与短路，基尔霍夫定律，简单直流电路和电路中电位计算。
2．电路的分析方法
电阻串并联联接的等效变换，电压源与电流源及其等效变换，支路电流法、节点电压法、叠加原理、戴维宁定理与诺顿定理，非线性电阻电路的图解分析法。
3．正旋交流电路
正弦电压与电流的相量表示， 电阻、电感和电容的单一参数的交流电路，电阻、电感与电容元件串联的交流电路，阻抗的串联与并联，有功功率、无功功率和视在功率，功率因数，交流电路的频率特性。
4．三相电路
三相电压 、三相电源和三相负载，线电压（线电流）、相电压（相电流）及三相功率的概念，负载星形联接和三角形联接的三相电路。
5．非正弦周期电流的电路
非正弦周期量的分解，非正弦周期电流电路的有效值和平均值的计算。
6．电路的暂态分析
换路定则及电压、电流初始值的确定，电路时间常数的物理意义，RC电路的响应、一阶线性电路暂态分析的三要素法，微分电路与积分电路。
第二部分：安全用电
1 工业企业供电与安全用电
发电及输电概述，工业企业配电和安全用电。
第三部分：电工测量
1电工测量
电工测量仪表的分类和型式，电流、电压和功率的测量，万用表 、兆欧表等仪表的认识和使用。
四、课程的重点、难点
第一部分：电路
1电路的基本概念与基本定律
重点：基尔霍夫定律，电路中电位的概念及计算。
难点：电压和电流的参考方向的概念。
2电路的分析方法
重点：支路电流法，叠加原理，戴维宁定理。
难点：非线性电阻电路的分析与计算方法。
3正弦交流电路
重点：正弦交流电的相量表示法，正弦交流电路的分析与计算，有功功率，提高功率因数的意义和方法，串联谐振。
难点：相量图，无功功率，复杂正弦交流电路的分析与计算。
4三相电路
重点：三相电路的联接方法，对称三相电路电压、电流和功率的计算方法。
难点：三相电路中的电压电流关系。
5电路的暂态分析
重点：时间常数的物理意义，换路定则，一阶RC线性电路暂态分析的三要素法。
第二部分：安全用电
1 工业企业供电与安全用电
重点：供电过程，安全用电常识。
难点：安全用电章程。
第三部分：电工测量
1电工测量
重点：常用电工仪表的正确使用方法。
难点：用电桥测量电阻、电容与电感的方法。
五、课时分配表
序号 课程内容 总学时 讲课 实验 习题课 机动
1 电路 36 30 2 4
2 电工测量 2 2
3 安全用电 2 2
合计 40 32 4 4
六、实验项目及基本要求
实验一：戴维宁定理和诺顿定理的验证
要求：掌握直流电压表和直流电流表及欧姆表等直流仪表的使用，掌握实验测量和数据处理和误差分析的方法，验证戴维宁定理和诺顿定理,分析实验结果的正确性，写出完整的实验报告。
实验二：交流电路中基本物理量的测量
要求：掌握示波器，信号发生器等交流仪器仪表的使用方法，掌握交流电压和电流的测量方法，并能根据测量结果进行分析并写出完整的实验报告。
三表法测量单相交流参数
一、实验目的
1、学习使用交流电压表、电流表和功率表测量元件的交流等效参数
2、了解电路阻抗的性质
二、实验设备与器材
1、单相交流自耦调压器（0～250V） 一台
2、交流电压、电流表各 一块
3、低功率因数瓦特表 一块（05A—lA/150V—300V—600V）
4、15W镇流器 一个
5、高压电容4pF／500V 一个
6、lKΩ／l00W大功率电阻 一个
7、安全导线 若干
8、万用表 一块
三、预习任务
1、复习止弦交流电路中RL串联、RC串联及并联的简单二端网络的伏安特性和功率的计算，熟练掌握阻抗三角形电压三角形并应用向量图分析各物理量之间的关系。
2、了解实验箱和实验用的仪器仪表的功能及使用方法。
3、了解应有的测量值及计算值。
四、原理说明
l、交流电路中元件的阻抗值或无源一端口网络的等效阻抗值，可用交流电压表、交流电流表和功率表分别测出元件（或网络）两端的电压U、流过的电流I和它所消耗的有功功率P再通过计算得出其关系式为：
阻抗的模 ｜Z｜＝U／I
功率因数 cosp ＝P／IU 无功功率 Q = U sin I
等效电阻 R = P／I 2 =｜Z｜cos X =｜Z｜sin
这种测量方法简称三表法，它是测量交流阻抗的基本方法
2、用示波器观测阻抗元件的电流及端电压之间的相位关系，若电流超前电压负载为容性。若电流滞后于电压负载为感性。也可电路中接入功率因数表，从表上直接读出被测阻抗的cosΦ值，读数超前为容性，读数滞后为感性；还可在被测元件两端并联一只小电容，若电流读数增大，则所测的元件为容性，若电流表读数小，则所测的元件为感性，实验电容器的容量C＇可根据下列不等式选定：
b＇＜｜2b｜
式中：b＇一实验电容的容纳
b一被测元件的等值电纳
3、前述交流参数的计算公式是在忽略仪表内阻的情况下得出的和伏安法类似。三表法也有两种接法如图1-1
图1-1
3．1 低功率因数瓦特表是用来测量功率因数比较低的交流电路中的功率，也可用来测量直流电路中的小功率。
3．2 普通功率表是按额定电压Um、额定电流Im及额定功率因数COSΦm＝1的情况下进行刻度的，也就是当被测功率P＝Um Im时功率表指针有满刻度偏转。
五、实验内容
l、设计出用三表法测量感性元件和容性元件交流参数的电路，把测量结果记录于表l - l中（在这里不允许用电感表和电容表测量L或C）
2、测量电感元件A、电容元件B的交流参数按图接线，调节调压器使电流表的读数为≤02A，
测量数据U、P
3、分别测量 A、B串联和并联时的等值阻抗。
4、辨别测量阻抗的性质
5、观察功率表电压线圈前接和后接对测量结果的影响。
L－I5W镇流器 C＝4uF／500V R=1KΩ /1 00W
表1－1：
被测元件
测量值 计算值
U（Ⅴ）
I（I） P（W）
Z（Ω）
cos
R（Ω）
X（Ω）
电感性元件 A
电容性元件 B
A、B串联
A、B并联
六、注意事项
1、遵守纪律，安全用电。
2、单相调压器一次侧二次侧不能接反，使用之前先把电压调节到零的位置，接通电源再从零位开始逐渐提高电压，做完实验应把调压器调回到零的什置再断开电源，
3、对1于电感来说它本身存在一定的直流电阻值，所以把它等效为一个电阻串按一个纯电感元件。它的电流与电压的相位差角为：
其中：UR—所在支路的电阻
URL一电感本身的直流电阻
UL一电感两端电压值
4、对于l 00W电阻来说本身存在一定的电感量精度要求很高时不应忽略。
5、功率表的电流线圈应申了电路中，电压线圈应并于电路中两线圈带号的端钮应短接。同
时要注意电流电压表的量程。在这个实验箱上应充分利用电流插座这样做可节省很多时间。
6、在表1-1计算值中注意x的正负号。
7、本实验所用电源电压较高，必须严格遵守安全操作规程。身体不要接触带电体特别是电流插座，以保证人身安全。
七、实验报告要求
1、完成表一要求的各项计算，并用实验内容l验证实验内容2的结果。
2、根据实测的A、B阻抗值做出A、B串、并联时的阻抗三角形：注意坐标比例要适当。
3、说明如果改变外加电阻值后对 的影响？
4、结合本实验分析功率表电压线圈前后接对测量结果的影响？
八、思考题
1、若用功率因数表替换三表法中的功率表是否也能测出元件的等值阻抗？为什么？
2、用三表法测参数时，为什么在被测元件两端并接电容可判断元件的性质？试用向量图加以说明。
