17.2.3 电模拟实验装置的原理和模型实验材料
电模拟实验装置[1，4]是基于欧姆定律和惠斯登电桥原理制成的。图17.2所示为惠斯登电桥，图中I1和I2为电流，R1、R2、R3、R4为电阻，R1和R2以及R3和R4均为串联，然后再并联到a、b两点构成有4个臂的电桥。如果在c、d两点接一电位计，当电位计的指针指向零时，表示c、d两点无电位差或者说c、d两点的电位相同，根据欧姆定律，则
图17.2 惠斯登电桥图
由此得
因为R3=（Va-Vd）/I2，R4=（Vd-Vb）/I2，故式（17.27）可写成
式中：Va、Vd、Vb为图17.2相应点的电位（电压）。
式（17.29）表明，在并联电路中，ac段电阻与acb段全长电阻的比值等于另一支电路ad间的电位差与全路adb间总电位差的比值。(https://www.daowen.com)
将该原理用于模型，可组成图17.3所示的两并联电路。其中一支电路，被电位测点（相当于原理图中的c点）分为R1和R2，形成电桥的两个臂，另外一支电路，被另一测点（相当于原理图中的d点）分为R3和R4，形成电桥的另外两个臂，当两测点之间连接的电流计中无电流通过时，该电路系统就满足了式（17.28）或式（17.29），如果不断改变测点c在该支电路中的位置，就相当于改变了R1和R2的值和比例，当加在a和b之间的电压不变时，c点的电压就随着位置的改变而改变，为了保持电桥平衡，则d点的位置也要随着c点的变化而改变，利用这种原理就能测得模型上不同位置的等位（势）线的位置或某位置的电位。
图17.3 电桥测量线路（1）
在实用上也可以不用滑动变阻器，滑动变阻器可用多个相同阻值的串联电阻R代替，如图17.4所示。
图17.4 电桥测量线路（2）
在测量时设一波段开关，利用波段开关则可以同样起到滑动变阻器的作用。
根据上述原理制作电模拟实验装置，该装置由两部分组成，即电路系统和渗流场模拟系统。
电路系统包括电源、可分压电路支路，分压电压测量电压表，等电位测量装置。
其中电源一般采用交流电，对于导电液来讲，其中导电的主要是离子，如果采用直流电，则容易产生电离现象，经过大量测试，电离现象比较小的交流电频率大约在1000Hz左右；而该频率的电源可以通过低频信号发生器产生，也可以通过模拟和数字电路制作，电源部分电压等级一般采用5～12V；可分压电路支路部分由电位器或者等电阻串联电路、电阻切换装置、分压电压测量表组成；等电位测量装置包括验电器（微小电流测量表）或者电压表或者蜂鸣器（也可以是耳机）和探针。
渗流场模拟系统如上所述，其中电导液一般采用硫酸铜溶液，可以根据需要配比不同浓度的硫酸铜溶液，并测量其导电系数；最新的应用也有直接采用自来水的情况，如果自来水导电性不够，可以在自来水中加入少量食盐以增加导电性；还有一种透明导电薄膜也可用于替代电导液开展电模拟实验，采用导电薄膜时，渗流场的模拟部分相对更为简单，即直接做一个平板，平板上设置坐标系统，在其上铺贴根据渗流场几何形状裁剪出的薄膜，加上上、下游导体材料即可。