第三章 稳态研究方法
物理实验技术中的稳态与非稳态测试
物理实验技术中的稳态与非稳态测试概述：物理实验技术中的稳态与非稳态测试是科学研究中的重要环节。
通过对实验稳定性的测试，可以获得可靠的实验数据，使科学研究结果更加准确和可信。
本文将从稳态测试的概念、稳态测试的方法以及非稳态测试的重要性和应用等方面进行阐述。
稳态测试的概念：稳态测试是指在物理实验中，通过对实验条件的控制和调整，使实验系统达到一个相对稳定的状态，进行实验数据的采集和测量。
稳态测试要求实验系统的各种参数在一定时间范围内保持相对稳定的状态，以确保实验的可重现性和可靠性。
常见的稳态测试方法包括温度稳态测试、压力稳态测试、电流稳态测试等。
温度稳态测试是通过控制和调整实验系统的温度，使其达到一个相对稳定的状态，以确保实验结果的准确性。
压力稳态测试是通过控制和调整实验系统的压力，使其达到一个相对稳定的状态，以确保实验结果的可靠性。
电流稳态测试是通过控制和调整实验系统的电流，使其达到一个相对稳定的状态，以确保实验结果的可重复性。
稳态测试的方法：稳态测试的方法有多种，其中常用的方法包括恒温法、恒压法和恒流法等。
恒温法是通过调节实验系统的温度，使其维持在一个恒定的数值范围内进行实验。
恒压法是通过调节实验系统的压力，使其维持在一个恒定的数值范围内进行实验。
恒流法是通过调节实验系统的电流，使其维持在一个恒定的数值范围内进行实验。
稳态测试的方法选择应根据实验的具体情况和要求进行，不同的实验系统可能需要采用不同的稳态测试方法。
在稳态测试过程中，需要对实验系统的参数进行实时监测和调整，确保实验结果的准确性和可靠性。
非稳态测试的重要性和应用：与稳态测试相对应的是非稳态测试，指的是在物理实验中，实验系统处于不稳定状态下进行测试和观测。
非稳态测试在某些情况下可能更为适用，并且能够提供更多的信息。
非稳态测试常见的应用领域包括动力学研究、材料研究和生物医学研究等。
在动力学研究中，非稳态测试可以用于对反应速率和化学动力学等进行测量和分析。
第三章暂态研究方法总论
2、暂态电流
• (1)、Faraday电流：
– 因为电极表面的氧化或还原反应，给出或接
受电子而产生的电流，这类电流对应的电量 符合Faraday定律。
• (2)、非Faraday电流：
– 因为双电层电荷的改变—表面充电或放电， 所产生的电流，这类电流对应的电量不符合 Faraday定律。
2、暂态电流
双电层电容改变时产 生的双电层充电电流
•非Faraday电流是暂态电流，利用它可以研究电极表面活性物 质的吸附和测定电极的实际表面积。
4、研究暂态体系的物理模型
•总的暂态电流由多种电流迭加构成，每一个电流可以 用一条支路表示，这些支路相互并联，然后与所有电 流必须经过的路径串联就构成电极体系的等效电路。
Rr
1 Rr
5、电化学反应电阻Rr
nF RT i
d a di
nF RT
i C
i
RT 1 nF i i 1 Rr
1 Rr
电化学反应电阻Rr由正向反应电阻和逆向反应 电阻并联组成，它们与电极极化程度有关，不 一定是常数。 平衡电位时： i i +=1 i 0
Cw
Rw
2D C
0
'
' 2 DC 0
平衡电位时： i i i i
1 Cw
其中：
' nRT F
2
2
' nRT F
2
2
i i i i i i
Zw Rw
O物质 R物质
Rw
1 Cw
电路与电极等效的含义！
直流电路的稳态实验 - 研究直流电路中的稳态电流分布和电压
利用示波器观察电路中的电压波形 ，通过测量波形的幅值和时间参数 来计算电压，适用于交流和直流电 路。
数据记录与处理
数据记录
在实验中，需要详细记录测量得到的电压值和对应的电流值，以及实验条件（ 如电源电压、电阻值等）。
数据处理
对测量数据进行整理、分析和计算，得出电压与电流之间的关系，以及电路中 的稳态电流分布和电压。
03
电源
提供稳定的直流电压，通 常使用干电池或直流电源 供应器。
导线
用于电路的连接，一般使 用铜导线以减少电阻。
电阻器
限制电流大小，保护电路 中的其他元件。
所需器材
电流表
测量电路中的电流强度。
电压表
测量电路中的电压降。
开关
控制电路的通断。
面包板（可选）
方便搭建和测试电路。
搭建步骤
01
02
03
04
数据对比分析
将实验数据与理论计算值进行对比分析，观察数 据的一致性和偏离程度，以评估误差对结果的影 响。
不确定度分析
根据测量设备的精度和实验过程中的其他因素， 进行不确定度分析，给出测量结果的置信区间和 可靠程度。
06
实验结论与拓展应用
实验结论总结
稳态电流分布规律
在直流电路中，当电路达到稳态时，电流的分布遵循基尔霍夫电 流定律，即流入节点的电流等于流出节点的电流。
数据处理
对测量数据进行整理、分类和计算，如求平均值 、最大值、最小值等，以减小误差和提高精度。
图表绘制
根据处理后的数据绘制电流、电压分布图，直观 展示电路中的稳态电流分布情况。
结果分析
电流分布规律
01
根据测量结果分析电路中的电流分布规律，如串联电路中电流
以及计算稳态误差的方法
1 0.1 要求ts=0.1s，即3T=0.1s, 即 100K ,得 K h 0.3 3 h
• 解题关键：化闭环传递函数为标准形式。
3.3 二阶系统的时域分析
3.3.1 二阶系统(second order system)的数学模型
3.3.2
3.1 3.2 3.4 3.5 3.6
3.3.3 3.3.4 3.3.5
dt
•传递函数:
U c ( s) 1 1 U r ( s ) R C s 1 1 Ts
E(s) (- ) 1/Ts C(s)
ur (t )
C
uc (t )
•结构图 ： R(s)
动画演示
C ( s) 1 dc( t ) 一般地，将微分方程为 T c( t ) r ( t ) 传递函数为 R( s ) Ts 1 dt
• 稳态过程：指系统在典型输入信号作用下，当时间t趋于无穷时， 系统输出量的表现形式。 • 相应地，性能指标分为动态指标和稳态指标。
阶跃响应性能指标
动态性能
c(t) 1
动画演示
1. 延迟时间(delay time)td： td 稳态误差 响应曲线第一次达到其终值 0.5 一半所需时间。 0 tr 2. 上升时间(rise time) tr： t tp ts 响应从终值10%上升到终值 90%所需时间；对有振荡系统亦可定义为响应从零第一次上升 到终值所需时间。上升时间是响应速度的度量。
语音动画
=0
0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.1 0.2 0.3
1.0 2.0
1
2
3
4
5
6 nt
7
8
9
10 11 12
第三章 稳态研究方法
真实表面积无关
电化学测量技术
34
（3）欧姆极化ηR
¾影响因素
ηR = −iRL
① 溶液的电导率；
② 浓度———影响电导率；
③ 温度（主要对弱电解质），影响扩散过程和离子导电过程。 ④ 电极间距 ¾特点 ① 跟随性；
② ηR与i成正比。
电化学测量技术
35
三、控制电流法与控制电位法(稳态测量)
控制电流（电位）法：控制流经研究电极的电流（研究 电极的电位），按人为规律发生变化，同时测量极化电位 （电流）的方法。
电化学测量技术
2
注意：
①稳态不是平衡态
平衡态： Zn − 2e− 稳态： Zn − 2e−
Zn2+ ，I=0，Ja=Jc， ϕe ； Zn2+ ，I≠0，Ja>Jc，ϕ极 ；
②绝对的稳态是不存在的
上述Zn2+/Zn溶解中，达到稳态时，Zn电极表 面还在溶解，只是达到稳态扩散而已。
电化学测量技术
3
③稳态和暂态是相对的
26
ηk
=
RT
αnF
ln
jk j0
+ RT
αnF
ln(
jd
jd −
jk
)
④ 当 jk ≈ jd >> j0 时，
jk ≈ jd jk >> j0
扩散步骤控制 电化同控制。
电化学测量技术
27
12
3
电化学极化和浓差极化共 存负时移，，j由d不电变化，学半极波化电引位起。
强极化区
ϕ平
ηc
=
−
2.3RT
αnF
log
j0
+
稳态法常用方法
稳态法常用方法
嘿，朋友们！今天咱就来聊聊稳态法常用方法。
你说这稳态法啊，就像是一个神奇的魔法盒子，里面装满了各种奇妙的招数。
比如说热传导的稳态法吧，这就好比是冬天里我们围坐在火炉边，热量慢慢地从火炉传递到我们身上，稳定而持续。
我们通过测量不同位置的温度呀，就能搞清楚这热量是怎么传递的啦。
你想想看，要是没有这种方法，我们怎么能知道这些看不见摸不着的热量在搞什么鬼呢！
还有啊，在研究热流密度的时候，稳态法可就派上大用场了。
就好像是在一条河流中，我们要知道水的流量是多少，就得找个稳定的地方去测量。
这稳态法不就是这样嘛，找到那个稳定的状态，然后准确地算出热流密度。
这多有意思呀！
再说说电导率的稳态法测量吧，这就像是在走一条路，我们要知道这条路通不通畅，就得看看电流能不能顺利地通过。
通过测量电压和电流，我们就能知道这电导率到底是个啥情况。
你说神奇不神奇？
在实际应用中，稳态法那可是立下了汗马功劳呢！就好比是一位默默奉献的老黄牛，虽然不起眼，但却超级重要。
没有它，很多科学研究和工程应用都没法开展啦！
你难道不觉得这稳态法很厉害吗？它能让我们了解那些隐藏在背后的物理现象，让我们对这个世界有更深刻的认识。
这可不是一般的方法能做到的哟！
所以呀，可别小瞧了这稳态法常用方法，它就像是我们探索未知世界的一把钥匙，能打开很多神秘的大门呢！让我们一起好好利用它，去发现更多的奇妙之处吧！。
电化学测量原理及方法
a、电解池/容器：是装电解质溶液、WE、CE所用，是一种容器，要求稳定性好，不溶出杂质，不与电极物质、电解液发生反应，大部分无机电解质是玻璃的，强碱电解液例外，具体要求如下：
① 化学稳定性高；
② 体积适中，太小：研究体系浓度变化；太大：浪费。
浓度变化： ，可见c与J0有关→η。
③ 鲁金Luggin毛细管距离；太近：电位测不准；太远：较大的欧姆压降；距离(管直径) ，这是半定性半定量关系。
④辅助电极的位置、大小及形状；
位置：与WE平行放置；大小：SCE>5SWE。
φ研-φ参=φ研-φ界+IRΩ
⑥恒电位测量中，电解池的内阻要小。
b、参比电极
作用：比较，本身电位的稳定。
应具备的条件：
b、电极表面处反应物的浓度只与位置有关，与时间无关，c=f(x)
Fick（费克扩散）定律：单位时间内通过单位平面的扩散物质的量与浓差梯度成正比，即：
又根据法拉第定律： ；所以有： ，对稳态系统，是常数，与x无关，所以上式极化电流可以写成：
④稳态极化的种类及其影响因素
电极过程往往是复杂的、多步骤的过程，因此极化的类型也有许多种，例如电化学极化(或称为电荷传递极化，也称为活化极化)、由传质过程控制引起的浓差极化、欧姆极化(或称为电阻极化)、匀相或多相化学反应极化、电结晶极化等。现只讨论电化学极化、由扩散控制引起的浓差极化和欧姆极化等三种基本极化类型，三种类型极化的过电位分别用：ηe、ηc和ηR表示。
电流通过电极时，从鲁金毛细管管口至研究电极表面上存在溶液的电阻—溶液电阻RL。通电时所产生的压降叫欧姆压降，欧姆极化，。
减小或消除欧姆压降的方法：
①鲁金毛细管管口尽可能靠近研究电极表面；太近，产生屏蔽作用；太远，欧姆压降大；
2022人教版高中生物选择性必修1稳态与调节第三章体液调节 学案(知识点汇总及配套习题)
第3章体液调节第1节激素与内分泌系统 (1)第2节激素调节的过程 (12)第3节体液调节与神经调节的关系 (26)章末总结 (37)第1节激素与内分泌系统课标解读课标要求学习目标学法指导说明人体内分泌系统主要由内分泌腺组成，它们分泌的各类激素参与生命活动的调节1. 分析促胰液素的发现过程，感悟不迷信权威，大胆尝试的科学精神（生命观念、社会责任）2. 结合案例分析，掌握激素研究的思路和科学方法（科学思维、科学探究）3. 归纳总结内分泌系统的组成及各类激素的功能（科学思维）1. 基于对内分泌系统的组成、激素的种类和功能的学习，形成结构与功能观，阐述生命的本质2. 分析实例，运用“加法原理”和“减法原理”，掌握激素研究的思路和科学方法必备知识一、激素的发现1. 促胰液素的发现（1）斯他林和贝利斯提出的假设：在①盐酸的作用下，小肠黏膜细胞产生②促胰液素能够促进胰液的分泌。
（2）实验验证过程2. 激素调节的概念由③内分泌器官或④细胞分泌的⑤化学物质——激素进行调节的方式，就是激素调节。
科学方法沃泰默、斯他林、贝利斯的实验都体现了“发现问题→提出问题→实验验证→得出结论”的科学方法。
二、激素研究的实例实例1：胰岛素的发现（1）1869年，研究者在显微镜下观察⑥胰腺组织时，发现胰岛。
（2）1889年，科学家发现切除胰腺的狗患糖尿病，提出⑦ 胰腺能分泌某种抗糖尿病的物质 的假说。
（3）1921年，班廷和助手贝斯特利用狗进行实验。
实验实验现象 实验结论 结扎狗的胰管，使⑧ 胰腺 萎缩，提取胰岛提取液，注入因摘除胰腺而患糖尿病的狗狗的血糖迅速下降 ⑨ 胰岛分泌物 可以治疗糖尿病 抑制胰蛋白酶的活性，直接提取正常胰腺中的胰岛素，用于糖尿病的治疗效果很好 胰岛素的化学本质是⑩ 蛋白质 实例2：睾丸分泌雄激素的研究（1）实验过程Ⅰ.公鸡→摘除丸 雄性性征消失→移植丸 特征恢复。
Ⅱ.从动物睾丸提取出睾酮。
（2）实验结论：动物⑪ 睾丸 分泌睾酮，维持⑫ 雄性性征 。
电化学研究方法介绍
应 用 电 化 学
2.暂态 （1）在暂态阶段，电极电势、电极表面的吸附 状态以及电极/溶液界面扩散层内的浓度分布等 都可能与时间有关，处于变化中。 （2）暂态的电流： 法拉第电流： 由电极/溶液界面的电荷传递反应所产生， 可用来计算电极反应的量。 非法拉第电流： 由双电层的结构改变引起，通过非法拉第电 流可以研究电极表面的吸附和脱附行为，测定电 极的实际表面积。
应 用 电 化 学
五、光谱电化学方法
1.光谱电化学（Spectroelectrochemistry)) 通常以电化学技术为激发信号，在检测电极过程 信号的同时，可以检测大量光学的信号，获得电极/ 溶液界面分子水平的，实时的信息。 2.光谱电化学的种类： ①红外光谱电化学法 ②紫外可见光谱电化学法 ③拉曼光谱电化学法
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应 用 电 化 学
2.扩散控制下的电位阶跃法实验结果的处理 （1）i—t关系（计时电流法）
当反应开始前只有氧化态物Ox而不存在 还原态物种Red时，i—t关系可由Cottrell方程 1/ 2 * 给出： nFADO X cO X (1.74) i( t ) i ( t )
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应 用 电 化 学
二、电位扫描技术—循环伏安法 1.循环伏安法
指电势从原始电位E0开始，以一定的速度V扫 描到一定的电势E1后，再将扫描方向反向进行扫 描到原始电势E0 (或再进一步扫描到另一电势 E2），然后在E0和E1之间进行循环扫描。 其施加电势和时间的关系为： E=E0-Vt
d
1/ 2 1/ 2
t
（2）计时电量法： 指在电势阶跃实验中将通过电极/溶 液界面的总电量作为时间函数进行记录， 得到了相应的电量Q—t的响应。
物理学上稳态过程
物理学上稳态过程稳态过程是指系统中各物理量的变化随时间的推移趋于稳定的过程，系统的平均状态不再发生显著的变化。
物理学中有许多与稳态过程相关的现象和理论，下面将从热力学和量子力学两个方面介绍一些常见的稳态过程。
1.热力学中的稳态过程热力学中的稳态过程指的是系统经过一段时间的演化后，各宏观性质达到稳定的状态。
下面介绍两个常见的热力学稳态过程。
1.1热平衡过程热平衡过程是指系统与外界之间没有能量交换的过程，系统的温度稳定不变。
在热平衡过程中，系统的内能保持稳定，各部分之间的温度分布也保持不变。
热平衡过程在日常生活中很常见，例如将一杯热水放在室温下，热水会逐渐冷却直至与室温相等。
1.2动态平衡过程动态平衡过程是指系统内各部分之间存在能量交换，但系统整体性质保持稳定。
在动态平衡过程中，不同部分之间的能量传输相互平衡，使得系统的宏观性质保持不变。
例如，将两个热传导性能相同的物体连接在一起，并分别与两个不同的温度热源接触，两物体之间的热量传输平衡后，系统就达到了动态平衡。
2.量子力学中的稳态过程量子力学中的稳态过程指的是系统在长时间演化之后，各量子态之间的几率分布达到平衡的过程。
下面介绍两个常见的量子力学稳态过程。
2.1纯态稳态纯态稳态是指系统的量子态不随时间演化而保持不变的情况。
对于一个隔离的量子系统，如果它的量子态在演化的过程中始终保持为一些确定的态，那么就称之为纯态稳态。
例如，在一个均匀的磁场中，一个自旋1/2的粒子的自旋态将始终保持为上旋态或下旋态，不会发生改变。
2.2混合态稳态混合态稳态是指系统经过一段时间演化后，其量子态变成混合态的情况。
对于一个开放的、与外界发生作用的量子系统，其量子态可能会由于与外界的相互作用而演化成混合态。
例如，在量子力学中，一个系统与外界发生纠缠后，系统的量子态将变为混合态。
混合态稳态的分布可能与系统与外界的相互作用有关。
综上所述，稳态过程是指系统在演化过程中各物理量的变化随时间的推移趋于稳定的过程。
自动控制原理-胡寿松-第三章-线性系统的时域分析法
1.典型输入信号 在控制系统分析和设计中常用的典型输入信号有
单位脉冲函数
时域表达式 (t),t 0
复域表达式
1
单位阶跃函数 单位斜坡函数
单位加速度函数 正弦函数
1(t),t 0
t,t 0
1 t2 , t 0 2
Asint
1 s
1 s2
1 s3
A s2 2
应用时究竟采用哪一种典型输入信号, 取决于系统的 常见工作状态；
动态性能指标（阶跃输入）
振荡——第一次上升到终值所需时间；
上升时间 tr : 非振荡——从终值的10%上升到终值的90%所需的时间；
t 延迟时间 d: 第一次达到其终值一半所需的时间；
峰值时间 t p: 超过其终值后, 到达第一个峰值所需的时间；
调节时间 ts : 到达并保持在终值±5%(或±2%)的误差带内所需的最短时间。
讨论: 系统（闭环）传递函数与脉冲响应函数之间是拉氏变
换的关系，即:
G(s) Lg(t)
g(t) L1 G(s)
1）在初始条件为零的情况下, 一阶系统的闭环传递函数与脉冲响应函数之间, 包含着 相同的动态过程信息。这一特点同样适用于其他各阶线性系统, 因此常以单位脉冲输 入信号作用于系统, 根据被测定系统的单位脉冲响应, 可以求得被测系统的闭环传递 函数。 2）工程上无法得到理想的单位脉冲函数, 常用具有一定脉宽b和有限幅度的矩形脉动 函数来代替。为了得到近似度较高的脉冲响应函数, 要求实际脉动函数的宽度b远小 于系统的时间常数T。一般规定b<0.1T。
impulse(G) 简单介绍一下m文件的用法 Simulink 用法
课前提问
3-3 二阶系统的时域分析（非常重点、难点）
流体力学中的流体流动的稳态和非稳态
流体力学中的流体流动的稳态和非稳态流体力学是研究液体和气体在运动中所表现的力学性质的学科。
在流体力学中，流体流动可以分为稳态和非稳态两种类型。
本文将着重探讨流体力学中的流体流动的稳态和非稳态，并对其特点和应用进行分析。
一、稳态流动稳态流动指的是当流体的特性参数（如速度、压力、密度等）在空间和时间中均保持不变时的流动状态。
在稳态流动中，流体的各个物理量在流动方向上无变化，且流动速度场和压力场在稳定的条件下保持不变。
稳态流动的特点是流体的各个物理量（如速度和压力）仅与空间坐标有关，而与时间无关。
这意味着对于给定的几何形状，流体在稳态流动中的速度与压力分布是确定的，可以通过数学模型和实验方法来描述和预测。
稳态流动的研究对于工程设计和流体力学理论的发展具有重要意义。
稳态流动的应用广泛，例如在管道输送系统中，研究稳态流动可以确定管道内流体的流量和压力损失，以指导输送系统的设计和运行；在飞行器和汽车等运输工具的设计中，稳态流动的研究可以优化车辆的气动性能，提高运载能力和燃油利用率。
二、非稳态流动非稳态流动指的是流体的某些特性参数在空间和时间中都发生变化的流动状态。
在非稳态流动中，流体的各个物理量随着时间和空间位置的变化而变化。
非稳态流动的特点是流体的各个物理量（如速度和压力）随着时间的推移而发生变化，且在空间上存在流动方向上的变化。
非稳态流动的研究需要考虑流体的运动变化，需要建立复杂的数学模型和进行精确的数值模拟。
非稳态流动的研究广泛应用于天气预报、河流流量预测和海洋环境模拟等领域。
例如，在气象学中，研究非稳态流动可以模拟和预测大气环流和降水分布，提高天气预报的准确性；在海洋科学中，研究非稳态流动可以模拟和预测海洋潮汐、海流和海洋生态系统等复杂现象。
结论流体力学中的流体流动可以分为稳态和非稳态两种类型。
稳态流动是指流体的各个物理量在空间和时间上均保持不变的流动状态，而非稳态流动是指流体的某些特性参数在空间和时间上都发生变化的流动状态。
电力系统的稳定性研究方法
电力系统的稳定性研究方法电力系统是现代社会不可或缺的重要基础设施，电力系统的稳定性研究是电力系统运行的关键。
电力系统的稳定性研究涉及到电力系统的动态稳定、静态稳定与转动惯量等问题，下面就这几个问题进行探讨。
一、电力系统的动态稳定研究方法电力系统的动态稳定性是指电力系统从扰动中恢复到稳态的过程中保持稳定的能力，是电力系统稳定运行的重要保证。
对于动态稳定的研究，通常采用模拟和实验的方法进行。
1、模拟方法模拟方法是指通过建立电力系统模型进行仿真，分析电力系统的响应及稳态稳定情况的方法。
通过对电力系统仿真分析，可以了解电力系统的运行情况，同时为电力系统的运行提供指导方案。
2、实验方法实验方法是指通过现场实验观察电力系统的响应及稳态稳定情况的方法。
实验方法可以模拟电力系统的扰动情况，进而了解电力系统的动态稳定特性。
二、电力系统的静态稳定研究方法电力系统的静态稳定性是指电力系统在不发生扰动的情况下，其节点电压和功率可以保持在稳定的范围内的能力。
静态稳定的研究采用功率流分析和稳定裕度分析。
1、功率流分析功率流分析是评估电力系统节点电压的方法，是电力系统静态稳定研究中最基本的方法。
功率流分析可以根据电力系统的电压及负荷，来计算电力系统节点电压向量和相角向量，为电力系统的静态稳定提供信息。
2、稳定裕度分析稳定裕度分析是指通过计算电力系统在紊流扰动的条件下的稳定裕度，来评估电力系统的静态稳定性的方法。
稳定裕度分析可以通过计算电力系统在负荷变化、故障和扰动等情况下的稳定裕度，以了解电力系统的静态稳定程度。
三、电力系统的转动惯量研究方法电力系统的转动惯量是指电力系统在运行时所受的转动惯量，是电力系统运行的重要参数。
电力系统的转动惯量研究通常从母线角动量方程的分析入手。
1、母线角动量方程的分析母线角动量方程是电力系统稳定性分析的基础公式，可以描述电力系统在发生扰动时的响应变化。
通过分析母线角动量方程，可以了解电力系统在扰动下的运行特性。
第3章 稳态极化及研究方法(rev).
3.1.1 稳态-特点
稳态系统具备的条件：电流、电极电势、电极表面状态和电 极界面区的浓度等均基本不变。 电极双电层的充电状态不变
i充 0
i吸 0
全部电流都用于 电化学反应
电极界面吸附覆盖状态不变
i稳 iF
在电极界面区的扩散层内反应物和产物粒子的浓度只是 位置的函数，与时间无关。
c x 常数
电化学极化 Butler-Volmer公式
nF nF i i 0 exp exp RT RT
在强极化条件，即 nF
RT
时：
RT RT 0 ln i ln i αnF αnF
在弱极化条件即在平衡电势附近，有
3.2.2 恒电势法和恒电流法 -两种方法选择
对于单调函数的极化曲线，且没有出现平台或极值 的情况下，用控制电流法和控制电势法可得到同样 的稳态极化曲线
当极化曲线中存在电流平台或电流极大值时，只能 用恒电势法
如果极化曲线中存在电势极大值或电势平台，则应 选用控制电流法
3.2.2 恒电势法和恒电流法 -两种方法选择
3.1.2 稳态极化及其影响因素
电化学极化与浓差极化的比较
3.1.2 稳态极化及其影响因素
只根据上述任何一种特征来判断电极反应是受电化学步 骤控制还是扩散控制不是绝对可靠的；
从极化开始到电极过程达到稳态需要一定的时间。 要在整个研究的电流密度范围内，保持电极表面积和表 面状态不变是非常困难的。 在实际测试中，除了合理地选择测量电极体系和实验条 件外，还需要合理地确定达到“稳态”的时间或扫描 速率。
第3章 稳态极化及研究方法
第三章一维稳态和非稳态导热
.
23
12
分别为：
.436
0
.20
1
2 1
s
0
.
46
1
t
t
q
1400
884
.
2
1116
.
8
℃
2
w
1
1
.
436
1
➢ 将求出的t2 与原假设的t2 相比较，若两者相差甚大，需重新计算。
重设t2=1120℃，计算的方法同上，中间过程略去，可以得到：
➢
s
0
.46
单位面积热阻：（1）导热热阻S/λ;
（2）对流给热热阻1/α
Si
多层：温度分布；热通量；界面温度的求解；
单位面积热阻:（1）导热热阻
i
（2）对流给热热阻1/ α
小
➢
结
对于一维圆筒壁：
单层：温度分布；热流量；
单位长度热阻:（1）导热热阻
1
d
ln 2
2 d 1
1
（2）对流给热热阻 d
多层：温度分布；热流量；界面温度的求解；
di1
1
单位长度热阻:（1）导热热阻
ln
2 d
i
i
（2）对流给热热阻 1
d
➢ 对于有内热源的情况：
温度分布，热通量或热流量均不为常数
热阻分析法的适用范围：一维、稳态、无内热源的情况。
临界绝热层：
2 x
dc
2
内容结构
1 稳态导热
第3章 稳态电化学研究方法
0
exp(
nF
RT
c
)
exp(
nF
RT
c
)
相差100倍以上 满足塔菲尔关系
250C时， (116/ n)mV c
• 半对数极化曲线与电化学极化方程式
log j
log j
强极化区
平
0
log j 0
log j 0
• 强极化区遵循Tafel式
c
2.3RT
电位和稳定电位。
6、过电位：在一定电位下，电极电位与平衡电位的
差值。
平
过电位取正值：
c 平 c
a a 平
7、极化值：有电流通过时的电极电位（极化电位） 和无电流通过时的电极电位（静止电位）的差值。
浓差极化和电化学极化
浓差极化：由于液相传质步骤的迟缓，使得电 极表面反应离子的浓度低于溶液本体浓度， 造成电极电位偏离平衡电位（稳定电位）的 现象。
电流密度
单位电流密度 温度系数 下的过电位
电极材料 表面状态 溶液组成 温度
一般为 0.12V
2、线性关系：
j 0时， 0
j
常数
～ 欧姆定律
电极材料表面状态溶液 组成温度：极化电阻
电极反应速度理论与速度方程式
电极反应 O + ne
R
速度方程式：
还原反应
j
j
0
Байду номын сангаас
exp(nF
• 对于极化曲线中有电流极大值的情况，只能用恒电位法，如测定 具有阳极钝化行为的阳极极化曲线时，由于这种极化曲线具有S 形，对应一个电流有几个电位值。若用恒电流法只能测得正程曲 线ABFF，或返程曲线FEDA，不能测得真实完整的极化曲线。用 恒电位法则可测得完整的阳极钝化曲线。
如何进行蛋白质稳态技术实验
如何进行蛋白质稳态技术实验蛋白质稳态技术实验是生物学研究中常用的方法，用于研究蛋白质的稳定性和降解机制。
通过这种实验可以帮助科学家了解蛋白质的结构、功能以及其在细胞中的代谢过程。
下面将介绍如何进行蛋白质稳态技术实验。
首先，在进行蛋白质稳态技术实验之前，需要准备实验所需的实验材料和设备。
其中包括细胞培养物、培养基、蛋白质样品、药物或其他干预物质等。
此外，还需要配备实验室常用的设备，如离心机、冰箱、显微镜、激光显微镜等。
第二步，是培养细胞以获取蛋白质样品。
选择合适的细胞系进行培养，常见的有HEK293、CHO等。
将细胞接种在含有培养基的培养皿中，放入恒温培养箱中培养。
在培养过程中，需要定期更换培养基，保持细胞的生长和健康状态。
第三步，是收集蛋白质样品。
待细胞达到一定的生长程度后，可以收集细胞上清液或细胞裂解物进行实验。
收集样品的方法可以根据实验的目的和需要进行选择，如收集培养上清液、进行细胞裂解或分离亚细胞结构等。
第四步，是处理蛋白质样品。
根据实验的需求，可以利用化学和生物学方法对蛋白质样品进行处理。
常见的处理方法包括，给样品添加药物、调节样品的温度、pH值或浓度等。
通过处理，可以改变蛋白质的稳定性，进而研究其降解机制。
第五步，是检测蛋白质样品的稳定性。
这一步骤通常包括多种实验技术的应用，如Western blot、质谱、射流推动高效液相色谱等。
通过这些技术的应用，可以定量地分析蛋白质样品的稳定性变化，进而推断其降解机制。
第六步，是数据分析与结果解读。
根据实验结果，可以使用统计学方法进行数据分析，获得蛋白质样品的降解速率、半衰期等数据。
同时，在解读结果时，还需要将实验结果与相关的文献或理论进行对比，以便更好地理解蛋白质的降解机制。
最后，为了保证实验结果的可靠性和重复性，需要重复实验并进行一定的质控。
在实验中应该严格控制实验条件，尽量避免干扰因素的影响。
同时，还应该使用适当的阳性和阴性对照进行验证。
总结起来，蛋白质稳态技术实验是一种常用的研究蛋白质稳定性和降解机制的方法。
人体的内环境与稳态教案
人体的内环境与稳态教案第一章：人体的内环境1.1 教学目标了解人体内环境的组成和特点理解内环境对人体健康的重要性1.2 教学内容人体内环境的组成：细胞外液、细胞内液人体内环境的特点：温度、pH值、电解质平衡内环境对人体生理功能的影响1.3 教学方法采用多媒体演示文稿，介绍人体内环境的组成和特点通过案例分析，让学生了解内环境对人体健康的重要性1.4 教学评估进行小组讨论，让学生分享对内环境的理解和认识设计问题问卷，测试学生对内环境知识的掌握程度第二章：稳态的概念与意义2.1 教学目标理解稳态的定义和意义掌握稳态的调节机制2.2 教学内容稳态的定义：内部环境相对稳定的状态稳态的意义：维持生理功能的正常进行和适应外界环境变化稳态的调节机制：神经调节、内分泌调节、肾脏调节等2.3 教学方法通过图片和实例，解释稳态的概念和意义利用实验演示，让学生观察稳态调节机制的实际操作2.4 教学评估分组讨论，让学生探讨稳态在实际生活中的应用和重要性设计问题测验，评估学生对稳态知识的理解程度第三章：神经调节与内环境稳态3.1 教学目标了解神经调节的基本原理和作用掌握神经调节在内环境稳态中的具体作用3.2 教学内容神经调节的基本原理：神经元传递、反射弧构成神经调节在内环境稳态中的作用：体温调节、血压调节等3.3 教学方法通过动画演示，讲解神经调节的基本原理和作用利用模拟实验，让学生体验神经调节在内环境稳态中的作用3.4 教学评估小组讨论，让学生分享对神经调节与内环境稳态的理解设计问题测验，评估学生对神经调节知识的掌握程度第四章：内分泌调节与内环境稳态4.1 教学目标理解内分泌系统的组成和功能掌握内分泌调节在内环境稳态中的作用4.2 教学内容内分泌系统的组成：内分泌腺、激素内分泌调节在内环境稳态中的作用：血糖调节、生长发育调节等4.3 教学方法通过图片和图表，介绍内分泌系统的组成和功能利用实验演示，让学生观察内分泌调节在内环境稳态中的作用4.4 教学评估分组讨论，让学生探讨内分泌调节在实际生活中的应用和重要性设计问题测验，评估学生对内分泌调节知识的理解程度第五章：肾脏调节与内环境稳态5.1 教学目标了解肾脏的结构和功能掌握肾脏调节在内环境稳态中的作用5.2 教学内容肾脏的结构和功能：肾小球、肾小管等肾脏调节在内环境稳态中的作用：水平衡调节、电解质平衡调节等5.3 教学方法通过图片和图表，讲解肾脏的结构和功能利用实验演示，让学生观察肾脏调节在内环境稳态中的作用5.4 教学评估小组讨论，让学生分享对肾脏调节与内环境稳态的理解设计问题测验，评估学生对肾脏调节知识的掌握程度第六章：内环境稳态的失衡与疾病6.1 教学目标理解内环境稳态失衡的原因和影响掌握内环境稳态失衡与疾病的关系6.2 教学内容内环境稳态失衡的原因：外部环境变化、生理功能障碍等内环境稳态失衡的影响：生理功能紊乱、疾病发生内环境稳态失衡与疾病的关系：糖尿病、高血压等疾病的发病机制6.3 教学方法通过案例分析，讲解内环境稳态失衡的原因和影响利用模拟实验，让学生体验内环境稳态失衡与疾病的关系6.4 教学评估小组讨论，让学生分享对内环境稳态失衡与疾病关系的理解设计问题测验，评估学生对内环境稳态失衡与疾病知识的掌握程度第七章：现代医学与内环境稳态7.1 教学目标了解现代医学对内环境稳态的研究和应用掌握现代医学在内环境稳态维护中的作用7.2 教学内容现代医学对内环境稳态的研究：生理学、生物化学等学科的研究进展现代医学在内环境稳态维护中的作用：药物治疗、透析治疗等7.3 教学方法通过多媒体演示文稿，介绍现代医学对内环境稳态的研究和应用利用实验演示，让学生观察现代医学在内环境稳态维护中的作用7.4 教学评估小组讨论，让学生分享对现代医学与内环境稳态关系的理解设计问题测验，评估学生对现代医学在内环境稳态维护知识的掌握程度第八章：生活中的内环境稳态维护8.1 教学目标了解日常生活中内环境稳态维护的方法和注意事项掌握保持内环境稳态的生活习惯和技巧8.2 教学内容日常生活中内环境稳态维护的方法：合理饮食、适度运动等8.3 教学方法通过案例分析，讲解日常生活中内环境稳态维护的方法和注意事项利用模拟实验，让学生体验保持内环境稳态的生活习惯和技巧8.4 教学评估小组讨论，让学生分享对生活中内环境稳态维护的理解和经验设计问题测验，评估学生对保持内环境稳态生活习惯和技巧的掌握程度第九章：内环境稳态与健康生活方式9.1 教学目标理解内环境稳态与健康生活方式的关系掌握建立健康生活方式的方法和原则9.2 教学内容内环境稳态与健康生活方式的关系：保持内环境稳态对身心健康的影响建立健康生活方式的方法和原则：均衡饮食、适度运动、心理平衡等9.3 教学方法通过案例分析，讲解内环境稳态与健康生活方式的关系利用模拟实验，让学生体验建立健康生活方式的方法和原则9.4 教学评估小组讨论，让学生分享对内环境稳态与健康生活方式关系的理解设计问题测验，评估学生对建立健康生活方式方法和原则的掌握程度第十章：内环境稳态的未来研究方向10.1 教学目标了解内环境稳态研究的现状和未来发展趋势掌握内环境稳态研究的最新进展和前沿领域10.2 教学内容内环境稳态研究的现状：基因调控、细胞信号传导等研究热点未来发展趋势：纳米医学、再生医学等新兴领域10.3 教学方法通过多媒体演示文稿，介绍内环境稳态研究的现状和未来发展趋势利用实验演示，让学生了解内环境稳态研究的最新进展和前沿领域10.4 教学评估小组讨论，让学生分享对内环境稳态未来研究方向的理解和展望设计问题测验，评估学生对内环境稳态研究最新进展和前沿领域的掌握程度重点和难点解析第六章：内环境稳态的失衡与疾病重点环节：内环境稳态失衡的原因和影响。
稳态及稳态的调节(课件)
3.若图中组织细胞为人的肝脏细胞，其所需的氧气和 养料直接来自哪里、产生的二氧化碳和尿素代谢废 物又直接排到哪里去？ 4.组织液的成分是如何维持稳定的？血浆、组织液和淋 巴之间如何完成物质交换的？内环境的成分和理化性质 是如何维持相对稳定的？
神经调节
体液调节
食
物
外 界 环 境 中 的 物 质
稳态与调节专题复习
一、学习目标 1.说明稳态的生理意义 2.举例说明神经、体液调节在维持稳态中的作 用 3.描述体温调节、水盐调节、血糖调节 4.概述人体神经调节的结构基础和调节过程 5.说明神经冲动的产生和传导 6.描述动物激素的调节
二、学习过程 自主学习
1.人的体液包括＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿，其中＿＿＿＿＿＿＿ 是细胞直接生存的环境，又称为＿＿＿＿＿＿＿，主要包括＿＿＿＿＿、 ＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿。 2.在＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿等的调控下,通过人体自身的调节,机 体会对内环境的各种变化做出相应的调整,使得内环境的＿＿＿＿＿＿＿、 ＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿及＿＿＿＿＿＿＿保持＿＿＿＿＿＿＿ 的状态,称为稳态. 3.体温能够保持相对恒定，是在＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿等的共 同调节下，人体的＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 的结果。人 体的热量是由＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ ＿＿所产生的。 4.人体主要的产热器官是＿＿＿＿＿＿＿，安静状态下以＿＿＿＿＿＿＿ 产热为主，运动时以＿＿＿＿＿＿＿ 产热为主，产热的主要细胞器是＿＿ ＿＿＿＿＿。 5.人体主要的散热器官是 ，通过 、 、 等方式直接散热， 其散失热量的多少，取决于 ，而皮肤温度又为 所控制。
增 加 散 热
点拨探究2：内环境稳态调节实例的比较
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=ηe
+ηc
电化学极化过电
位ηe
浓差极化过 电位ηc
电化学测量技术
23
ηk
= RT
α nF
ln
jk j0
+ RT
α nF
ln(
jd
jd −
) jk
根据 jk、jd、j0 相对大小，判断电极过程的控制步骤。
① 当 jk << j0，jk << jd 时，
jk = j − j <<j0
电极电位接近于平衡电位。
i = nFf
=
nFD
⎛ ⎜⎝
dc dx
⎞ ⎟⎠
电化学测量技术
7
O + ne−
R
在稳态扩散条件下， 即：
⎛ dC ⎜⎝ d x
⎞ ⎟⎠ x = 0
为常数，
⎛ ⎜⎝
dC dx
⎞ ⎟⎠ x=0
=
C0
−
δ
Cs
扩散层有效厚度
i扩
=
nFD⎛⎜⎝
dcO dx
⎞ ⎟⎠x=0
=
nFD ΔcO Δx
=
nFD cO0 − cOs
稳态和暂态区分标准是参量变化是否显著，这 个标准是相对的。
例如：用不灵敏的仪器测量不变化，但用精度 较高的仪器测量，则变化；短时间参量不变化，但 长时间却发生变化。
在做稳态极化曲线时，就需要注意手动调节恒 电位仪的时间及量程。
电化学测量技术
4
2、稳态过程的特点
① 通过电极的电流全部用于电化学反应，i=ir 无双电层充电电流ic。
ϕ = ϕ 0 + RT ln C s
nF
代入Cs得：
ϕ
=
ϕ0
+
RT nF
ln C 0
+
RT nF
⎛ ln ⎜1 −
⎝
ik id
⎞ ⎟ ⎠
未发生浓差极化时的平衡电位 ：
ϕ 平 = ϕ 0 + RT ln C 0
nF
电化学测量技术
10
因此：
ϕ
= ϕ平+
RT nF
⎛ ln ⎜1 −
⎝
ik id
⎞ ⎟ ⎠
电化学测量技术
18
若i0很大，则电极上可以通过很大的净电流密度而电 极电势改变很小。这种电极常称为“极化容量大”或“难极 化电极”。有时也称为电极反应的“可逆性大”。
若i0→∞，则无论通过多大的净电流也不会引起电化学 极化。这种电极称为“理想可逆电极”或“理想不极化电极”。 电极电势测量时用作“参比电极”的体系应具有“不极化电 极”的性质。
17
当i0很小时，即使通过不大的净电流也能使电极电势 发生较大的变化，这种电极称为“极化容量小”或“易极化 电极”，有时也称为电极反应的“可逆性小”。
若i0=0，则不需要通过电解电流(即没有电极反应)也能 改变电极电势，因而称为“理想极化电极”。研究双电层构 造时所用电极体系最好应有近似于“理想极化电极”的性质。
真实表面积无关
电化学测量技术
34
（3）欧姆极化ηR
¾影响因素
ηR = −iRL
① 溶液的电导率；
② 浓度———影响电导率；
③ 温度（主要对弱电解质），影响扩散过程和离子导电过程。 ④ 电极间距 ¾特点 ① 跟随性；
② ηR与i成正比。
电化学测量技术
35
三、控制电流法与控制电位法(稳态测量)
控制电流（电位）法：控制流经研究电极的电流（研究 电极的电位），按人为规律发生变化，同时测量极化电位 （电流）的方法。
电化学测量技术
2
注意：
①稳态不是平衡态
平衡态： Zn − 2e− 稳态： Zn − 2e−
Zn2+ ，I=0，Ja=Jc， ϕe ； Zn2+ ，I≠0，Ja>Jc，ϕ极 ；
②绝对的稳态是不存在的
上述Zn2+/Zn溶解中，达到稳态时，Zn电极表 面还在溶解，只是达到稳态扩散而已。
电化学测量技术
3
③稳态和暂态是相对的
本节只讨论电化学极化、由扩散控制引起的浓差
极化和欧姆极化等三种基本极化类型，三种类型极化
的过电位分别用：η 、η 和η 表示。
e
c
R
电化学测量技术
6
1、各种类型的极化和过电位
（1）浓差极化
Fick（菲克扩散）定律：单位时间内通过单位平面的扩 散物质的量与浓差梯度成正比，即：
f = D dc dx
根据法拉第定律：
2、各种极化的特点与影响因素
（1）电化学极化ηe
¾特点 电化学极化是由电化学反应速度决定的，它与电化学
反应本质有关。化学反应的活化能比较高，且各种反应的 活化能相差悬殊，因此反应速度的差别是以数量级计(即通 常相差达几个数量级)。
电化学测量技术
30
¾影响因素
① 温度； ② 催化剂的活性； ③ 电极实际表面积； ④ 吸附或成相覆盖层(如钝化膜)； ⑤ 界面电场； ⑥ i； ⑦ i0。
或
ϕ
= ϕ平+
2 .3 0 3 R T nF
⎛ lg ⎜1 −
⎝
ik id
⎞ ⎟ ⎠
极化度： Δϕc = ϕ − ϕ平
Δϕc
=
RT nF
ln
⎛ ⎜1
−
⎝
ik id
⎞ ⎟ ⎠
浓差极化方程式
电化学测量技术
11
•相应的极化曲线如图1-4．若以 ϕ
可得图1-5所示的直线。
对 lg(1 − ik ) id
作图 求n
强极化区
ϕ平
ηc
=
−
2.3RT
αnF
log
j0
+
2.3RT
αnF
log
jc
ηa
=
−
2.3RT
βnF
logj0
+
2β.3nRFTlogja
η = a + b log j
电化学测量技术
22
（3）电化学极化和浓差极化共存时的动力学公式
ηk
= RT
αnF
ln
jk j0
+ RT
αnF
ln(
jd
jd −
jk
)
电化学测量技术
31
（2）浓差极化ηc
¾特点
① 各种物质的扩散系数D大都在同一数量级，D固=10-9
cm2/s；D液=10-5 cm2/s；D气=10-1 cm2/s； ② 温度对D的影响也较小，大约2 ﹪/℃； ③ 达到稳态的时间较长，一般需几秒至几十秒，甚至于 几百秒；
④ 当i接近id时ηc增长很快。
搅拌溶液对电流密度的影响
电极材料及表面状态对反应速 率的影响
不改变电流密度 有显著的影响
i ∝ 搅拌速度
无影响
改变界面电势分布对反应速率 的影响
有影响
无影响
反应速率的温度系数
一般比较高(活化能高)
较低，2%／℃
电极真实表面积对反应速率的 反应速率与电极的真实表 反应速率正比于表观面积，与
影响
面积成正比
δ
当 cOs = 0 时：
id
=
nFD
c
0 O
δ
电化学测量技术
8
当扩散步骤为控制步骤时，扩散速度既为电极反应速 度，由于扩散速度“缓慢”而引起的极化就是浓差极化。
ik
=
i扩＝nFD
Co0
−
δ
Co
s
id
=
nFD
cO0
δ
Cs
= C0
⎛⎜1−
ik
⎞ ⎟
⎝ id ⎠
电化学测量技术
9
因假定扩散过程为整个电极过程的控制步骤，也就意味 着电极反应本身仍处于可逆状态，能斯特公式仍适用。 因此，在电极上有电流通过时，反应产物生成独立相 （不可溶）时的电极电位为 ：
电化学测量技术
12
id
=
nFDC 0
δ
•当极化电位足够负时会出现极 限扩散电流。若己知反应粒子 的浓度，扩散层厚度及数值， 就可由极限扩散电流公式测得 反应粒子的扩散系数D。
•或者利用在己知浓度的溶液中 测出的求出值，再根据同样条 件下在未知浓度的溶液中测得 可求出未知溶液的浓度。这种 方法在电分析化学中得到广泛 应用。
③ 对于极化曲线有电位极大值，应选择恒电流法。
• CO 、·CR、：反应物、生成物的浓度，所以 j 0 与浓度有关。 • K：电极反应标准速度常数，即当电位为标准平衡电位时， 反应物的活度为1时电极反应的速度，单位为cm/s。特点： 与浓度无关。
•α，β：对称系数（传递系数），物理意义：电极电位对 阴极反应、阳极反应活化自由能的影响程度。
电化学测量技术
电化学测量技术
25
ηk
=
RT
αnF
ln
jk j0
+ RT
αnF
ln(
jd
jd −
jk
)
③ 当 jk ≈ jd << j0 时，
jk << j0
电化学反应步骤处于准平 衡态
jk ≈ jd
电极过程的控制步骤为扩散 步骤，电极发生浓差极化。 （接近于完全浓差极化）
电极过程的动力学规律遵循浓差极化规律
电化学测量技术
电化学测量技术
19
表 电极体系根据i0的大小分类
i0的数值 电极体系 的动力学性质 极化性能
电极反应的“可逆 程度”
I~η关系
i0→0
理想极化 电极 完全“不可 逆” 电极电势 可以任意 改变