O Kirchhoffove zákony, známy ako zákon oka a zákony nás, sú zákony v uvedenom poradí ochranapoplatokelektrický a energie v úpletoch a uzloch elektrické obvody. Tieto zákony vytvoril nemecký fyzik GustávRobertKirchoff a používajú sa na analýzu zložitých elektrických obvodov, ktoré sa nedajú zjednodušiť.
Pozrieť viac: Čo spôsobuje zásah blesku? Získajte prístup a pochopte, čo je prasknutie dielektrickej sily
Úvod do Kirchhoffových zákonov
Naučiť sa používať zákonyvKirchoff, musíme pochopiť, čo my,konáre a úplety elektrických obvodov. Poďme skontrolovať jednoduchú a objektívnu definíciu každého z týchto pojmov:
My: sú miesta, kde sú v obvodoch vetvy, to znamená, keď existuje viac ako jedna cesta na prechod cez elektrický prúd.
Pobočky: sú úseky obvodu, ktoré ležia medzi dvoma po sebe nasledujúcimi uzlami. Pozdĺž vetvy je elektrický prúd vždy konštantný.
Pleteniny: sú to uzavreté cesty, kde začíname v uzle a vraciame sa do toho istého uzla. V sieti, súčet elektrické potenciály sa vždy rovná nule.
Na nasledujúcom obrázku ukážeme obvod, ktorý predstavuje uzly, vetvy a siete, skontrolujte:
Kirchhoffov prvý zákon: zákon uzlov
Podľa Kirchoffových zákonov platí, že súčetvšetkých prúdov, ktoré sa stávajú uzlom okruhu sa musí rovnať súčtu všetkých prúdov opúšťajúcich ten istý uzol.. Tento zákon je dôsledkom zásady zachovania elektrického náboja. Podľa neho bude počiatočný elektrický náboj bez ohľadu na jav vždy rovnaký ako konečný elektrický náboj procesu.
Je pozoruhodné, že elektrický prúd je a skalárna veľkosť a preto, nemá smer ani význam. Keď teda pripočítame intenzitu elektrických prúdov, vezmeme do úvahy iba to, či je prúd prísť alebo odísť uzol.
Skontrolujte obrázok nižšie, v ktorom aplikujeme 1. zákon Kirchhoffa na prichádzajúce elektrické prúdy, ktoré zanechávajú uzol:
Kirchhoffov druhý zákon: zákon mesh
Druhý Kirchhoffov zákon to hovorí súčetOdpotenciályelektrický pozdĺž uzavretej slučky sa musí rovnať nule. Takýto zákon vyplýva z princíp úspory energie, z čoho vyplýva, že všetko energie dodávané do siete obvodu sú spotrebované prvkami prítomnými v tejto sieti.
Druhý Kirchhoffov zákon je formálne napísaný ako súčet všetkých elektrických potenciálov, ako je znázornené na tomto obrázku:
Súčet N prúdov prichádzajúcich a opúšťajúcich uzol v obvode sa rovná 0.
Pozri tiež: Koľko stojí nabitie batérie vášho mobilného telefónu? Výpočty sme vykonali za vás!
Vy potenciályelektrický Od rezistory oka sa vypočíta z odporov každého z týchto prvkov vynásobených elektrickým prúdom, ktorý nimi prechádza, v súlade s 1. Ohmov zákon:
U - napätie alebo elektrický potenciál (V)
R - elektrický odpor (Ω)
i - elektrický prúd (A)
Pokiaľ priechodná sieť obsahuje ďalšie prvky, ako napr generátory alebo prijímače, musíme ich vedieť identifikovať, pretože symboly zvykli reprezentovať generátory a prijímače oni sú rovná sa. Preto pozorujeme smer elektrického prúdu ktorý prechádza týmito prvkami a pamätá si, že ako pre generátory, tak aj pre prijímače predstavuje dlhá lišta potenciálpozitívne, zatiaľ čo menšia lišta predstavuje potenciálnegatívny:
generátory sú vždy vedené elektrickým prúdom, ktorý vstupuje cez záporný pól s menším potenciálom a odchádza cez kladný pól s väčším potenciálom. Inými slovami, pri prechode generátorom elektrický prúd podlieha zvýšeniu potenciálu alebo získaniu energie.
prijímačov prechádzajú elektrickým prúdom, ktorý vstupuje do kladnej svorky a opúšťa zápornú svorku, takže elektrický prúd pri prechode nimi „stráca“ energiu.
Potom, čo sa naučíte identifikovať generátory a prijímače siete, je potrebné pochopiť, ako podpísať dohovor druhého Kirchhoffovho zákona. Skontrolujte kroky:
Zvoľte ľubovoľný smer elektrického prúdu: v prípade, že nepoznáte smer, ktorým elektrický prúd preteká obvodom, stačí zvoliť jeden zo smerov (v smere alebo proti smeru hodinových ručičiek). Ak je aktuálny smer iný, jednoducho získate prúd so záporným znamienkom, takže si nerobte starosti s tým, že nastavíte správny smer.
Vyberte smer pohybu siete: rovnako ako pre elektrický prúd, urobíme to pre smer, ktorým sa prechádza sieťou: zvoľte ľubovoľný smer, ktorým prechádzate každú sieť.
Pridajte elektrické potenciály: ak spustíte odpor v prospech elektrického prúdu, bude znamenie elektrického potenciálu kladné, ak krížený odpor pretne elektrický prúd v opačnom smere, použite záporné znamienko. Pri prechode cez generátor alebo prijímač si všimnite, cez ktorú svorku prechádzate ako prvú: ak je to záporná svorka, musí byť napríklad záporný elektrický potenciál.
Vedieť viac: Asociácia rezistorov - čo to je, typy a vzorce
Príklad Kirchhoffových zákonov pre elektrické obvody
Pozrime sa na uplatnenie Kirchoffových zákonov. Na nasledujúcom obrázku si ukážeme elektrický obvod, ktorý obsahuje tri oká, A, B a C:
Teraz ukážeme každú zo slučiek obvodu osobitne:
Na nasledujúcom obrázku ukážeme, ako bol zvolený smer, v ktorom sa sieťky pohybujú, ako aj arbitrovaný smer elektrického prúdu:
Okrem toho, že sa na predchádzajúcom obrázku používa na definovanie smeru, ktorým pôjdeme sieťami, definuje sa, že elektrický prúd, ktorý prichádza do uzla A, iT, sa rovná súčtu prúdov i1 a i2. Podľa prvého Kirchhoffovho zákona sa teda elektrický prúd v uzle A riadi nasledujúcim vzťahom:
Po získaní predchádzajúceho vzťahu použijeme Kirchoffov 2. zákon o oká A, B a C. Počnúc sieťou A a prebiehajúcou v smere hodinových ručičiek od uzla A prechádzame cez odpor 8 Ω, preletel prúdom i1 tiež v zmyselharmonogram, preto potenciálelektrický v tomto prvku je jednoducho 8i1. Potom nájdeme terminálnegatívny 24 V, ktoré tak budú mať signálzáporné:
Potom, čo sme získali elektrický prúd i1, na základe aplikácie druhého zákona Kirchhoffa v sieti A, urobíme rovnaký proces v sieti B, počnúc uzlom A, tiež v smere hodinových ručičiek:
S prvou rovnicou, ktorú sme získali, môžeme prostredníctvom 1. Kirchhoffovho zákona určiť intenzita prúdu iT:
Upozorňujeme, že pre obvod použitý ako príklad nebolo potrebné určiť rovnicu vonkajšej slučky C, avšak niektoré trochu zložitejšie obvody vyžadujú, aby sme určili rovnice všetkých ôk a zvyčajne sa riešia metódami. v škálovanie, pre Cramerovo pravidlo alebo inými metódy riešenia lineárne systémy.
Tiež prístup: Vzťah medzi maticovými a lineárnymi systémami
Cvičenia o Kirchhoffových zákonoch
Otázka 1) (Espcex - Aman) Nasledujúci obrázok predstavuje elektrický obvod zložený z ohmických odporov, ideálneho generátora a ideálneho prijímača.
Elektrická energia rozptýlená v 4 Ω rezistore obvodu je:
a) 0,16 W
b) 0,20 W
c) 0,40 W
d) 0,72 W
e) 0,80 W
Šablóna: Písmeno A
Rozhodnutie:
Aby sme našli výkon rozptýlený v rezistore, musíme vypočítať elektrický prúd, ktorý ním preteká. Použijeme na to 2. zákon Kirchhoffa, ktorý bude prechádzať obvodom v smere hodinových ručičiek.
Znamenie, ktoré sme našli v odpovedi, naznačuje, že smer prúdu, ktorý prijmeme, je v rozpore so skutočným smerom prúdu, preto je potrebné vypočítať potencia rozptýlené v rezistore, stačí použiť vzorec výkonu:
Na základe výpočtov je odpoveď na cvičenie 0,16 W. Správnou alternatívou je preto písmeno A".
Otázka 2) (Udesc) Podľa obrázku sú hodnoty elektrických prúdov i1, i2 Ahoj3 sa rovnajú:
a) 2,0 A, 3,0 A, 5,0 A
b) -2,0 A, 3,0 A, 5,0 A
c) 3,0 A, 2,0 A, 5,0 A
d) 5,0 A, 3,0 A, 8,0 A
e) 2,0 A, -3,0 A, -5,0 A
Šablóna: Písmeno A
Rozhodnutie:
Vyriešime sieť vľavo pomocou 2. Kirchhoffovho zákona, aby sme tak urobili, prejdeme sieťami v smere hodinových ručičiek:
Ďalej použijeme rovnaký zákon na sieťku napravo a prechádzame ňou rovnakým smerom:
Na záver pozorovanie uzla, z ktorého sa prúd i ponára3, je možné vidieť, že prúdy i1 Ahoj2, preto podľa 1. Kirchhoffovho zákona môžeme napísať, že tieto dva prúdy sčítali rovnaký prúd i3:
Na základe získaných výsledkov si uvedomujeme, že prúdy i1, i2 Ahoj3 sa rovnajú 2,0, 3,0 a 5,0 A. Správnou alternatívou je teda písmeno „a“.
Autor: Rafael Hellerbrock
Učiteľ fyziky
Zdroj: Brazílska škola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/leis-de-kirchhoff.htm
