Ob Kirchhoffovi zakoni, poznan kot mrežni zakon in zakoni nas, so zakoni ohranitevnapolnitielektrični in od energija v pleteninah in vozlih električna vezja. Te zakone je ustvaril nemški fizik GustavRobertKirchoff in se uporabljajo za analizo zapletenih električnih vezij, ki jih ni mogoče poenostaviti.
Poglej več: Kaj povzroča udar strele? Dostopajte in razumejte, kaj je porušitev dielektrične trdnosti
Uvod v Kirchhoffove zakone
Če želite izvedeti, kako uporabljati zakonivKirchoff, moramo razumeti, kaj mi,veje in pletene električnih vezij. Preverimo preprosto in objektivno opredelitev vsakega od teh konceptov:
Mi: so tam, kjer so v vezjih veje, to je, kadar obstaja več poti za prehod skozi električni tok.
Podružnice: so odseki vezja, ki ležijo med dvema zaporednima vozliščema. Ob veji je električni tok vedno stalen.
Pletenine: so zaprte poti, kjer začnemo na vozlišču in se vrnemo na isto vozlišče. V očesu je vsota električni potenciali je vedno enako nič.
Na naslednji sliki prikazujemo vezje, ki predstavlja vozlišča, veje in očesa, preverite:
Kirchhoffov prvi zakon: zakon vozlov
V skladu s Kirchoffovimi zakoni je vsotavseh tokov, ki pridejo do vozla vezja mora biti enaka vsoti vseh tokov, ki zapustijo isto vozlišče.. Ta zakon je posledica načela ohranjanja električnega naboja. Po njegovem bo ne glede na pojav začetni električni naboj vedno enak končnemu električnemu naboju procesa.
Omeniti velja, da je električni tok a skalarna veličina in zato, nima smeri ali pomena. Ko torej seštejemo jakosti električnih tokov, upoštevamo le, če je tok prispeti ali oditi vozel.
Preverite spodnjo sliko, v njej uporabljamo prvi zakon Kirchhoffa za dohodne električne tokove, ki puščajo vozel:
Kirchhoffov drugi zakon: mrežni zakon
Kirchhoffov drugi zakon določa, da vsotaOdpotencialielektrični vzdolž zaprte zanke mora biti enako nič. Tak zakon izhaja iz načelo varčevanja z energijo, kar pomeni, da vse energija dovedeni v mrežo vezja porabijo elementi, ki so v tej mreži.
Formalno je Kirchhoffov drugi zakon zapisan kot seštevek vseh električnih potencialov, kot je prikazano na tej sliki:
Vsota N tokov, ki prihajajo in zapustijo vozlišče v vezju, je enaka 0.
Glej tudi: Koliko stane polnjenje baterije mobilnega telefona? Izračune smo opravili namesto vas!
Ti potencialielektrični Od upori mreže se izračuna z uporom vsakega od teh elementov, pomnoženim z električnim tokom, ki gre skozi njih, v skladu z 1. zakon Ohma:
U - napetost ali električni potencial (V)
R - električni upor (Ω)
jaz - električni tok (A)
Če prehojena mreža vsebuje druge elemente, kot je generatorji ali sprejemniki, vedeti moramo, kako jih prepoznati, saj je simboli nekoč predstavljal generatorji in sprejemniki so enako. Zato opazujemo smer električnega toka ki teče skozi te elemente, ne pozabite pa, da dolga vrstica za generatorje in sprejemnike predstavlja potencialpozitivno, medtem ko manjša vrstica predstavlja potencialnegativno:
generatorji vedno jih prenaša električni tok, ki vstopi skozi negativni priključek z manj potenciala in zapusti skozi pozitivni terminal z večjim potencialom. Z drugimi besedami, pri prehodu skozi generator se električni tok poveča v potencialu ali pridobi energijo.
sprejemniki prečka jih električni tok, ki vstopi v pozitivni terminal in zapusti negativni terminal, tako da električni tok med potovanjem skozi njih "izgubi" energijo.
Ne ustavi se zdaj... Po oglaševanju je še več;)
Ko se naučimo prepoznati generatorje in sprejemnike mrežnega očesa, moramo razumeti, kako konvencija znakov Kirchhoffovega drugega zakona. Oglejte si korake:
Izberite poljubno smer električnega toka: če ne veste, v katero smer teče električni tok skozi vezje, preprosto izberite eno od smeri (v smeri urnega kazalca ali v nasprotni smeri urnega kazalca). Če je trenutna smer drugačna, boste preprosto dobili tok z negativnim predznakom, zato ne skrbite toliko, da bo smer pravilno.
Izberite smer kroženja mreže: tako kot smo to storili za električni tok, bomo to storili tudi za smer, v kateri je mreža prečkana: izberite poljubno smer za prehod vsake mreže.
Dodajte električne potenciale: če zaženete upor v korist električnega toka, bo znak električnega potenciala pozitiven, če prečkani upor prečka električni tok v nasprotni smeri, uporabite negativni znak. Pri prehodu skozi generator ali sprejemnik bodite pozorni, kateri terminal najprej grete: če gre za negativni priključek, mora biti na primer električni potencial negativen.
Izvedite več: Združenje uporov - kaj je to, vrste in formule
Primer Kirchhoffovih zakonov za električna vezja
Preverimo uporabo Kirchoffovih zakonov. Na naslednji sliki bomo prikazali električni tokokrog, ki vsebuje tri očesa, A, B in C:
Zdaj prikazujemo vsako zanko vezja posebej:
Na naslednji sliki bomo prikazali, kako je bila izbrana smer, v katero se prenašajo mrežna očesa, in arbitrirana smer električnega toka:
Poleg tega, da je bila uporabljena za določanje smeri, v kateri bomo šli skozi mrežna očesa, prejšnja slika določa, da električni tok, ki prispe na vozlišče A, jazT, je enako vsoti tokov jaz1 in jaz2. V skladu s 1. zakonom Kirchhoffa električni tok na vozlišču A upošteva naslednje razmerje:
Ko dobimo prejšnjo zvezo, bomo uporabili Kirchoffov drugi zakon ob očesa A, B in C. Začenši z mrežo A in teče v smeri urnega kazalca od vozlišča A, gremo skozi upor 8 Ω, teče tok jaz1 tudi v smiselurnik, zato je potencialelektrični v tem elementu je preprosto 8i1. Potem najdemo terminalanegativno 24 V, ki bo tako imel signalnegativno:
Ko dobimo električni tok jaz1, ki bo na podlagi uporabe Kirchhoffovega drugega zakona v mreži A, naredil enak postopek v mreži B, začenši od vozlišča A, prav tako v smeri urnega kazalca:
S prvo enačbo, ki smo jo dobili, lahko s pomočjo Kirchhoffovega prvega zakona določimo trenutna intenzivnost iT:
Upoštevajte, da za vezje, uporabljeno kot primer, ni bilo treba določiti enačbe zunanje zanke C, vendar nekaj nekoliko bolj zapletena vezja od nas zahtevajo, da določimo enačbe vseh očes in se običajno rešujejo z metodami. v skaliranje, za Cramerjevo pravilo ali drugi metode reševanja linearni sistemi.
Dostop tudi: Razmerje med matričnimi in linearnimi sistemi
Vaje o Kirchhoffovih zakonih
Vprašanje 1) (Espcex - Aman) Spodnja risba predstavlja električni tokokrog, sestavljen iz ohmičnih uporov, idealnega generatorja in idealnega sprejemnika.
Električna moč, ki se odvaja v 4 Ω uporu vezja, je:
a) 0,16 W
b) 0,20 W
c) 0,40 W
d) 0,72 W
e) 0,80 W
Predloga: Črka a
Resolucija:
Da bi našli moč, ki se razprši v uporu, moramo izračunati električni tok, ki teče skozi njega. Za to bomo uporabili Kirchhoffov drugi zakon, ki bo vezje prehodil v smeri urinega kazalca.
Znak, ki smo ga našli v odgovoru, kaže, da je smer sprejetega toka v nasprotju z realno smerjo toka, zato za izračun potenco razpršeni v uporu, samo uporabite formulo moči:
Na podlagi izračunov je odgovor na vajo 0,16 W. Zato je pravilna alternativa črka a ".
Vprašanje 2) (Udesc) Glede na sliko so vrednosti električnih tokov i1, jaz2 zdravo3 so enaki:
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
Predloga: Črka a
Resolucija:
Rešimo mrežo na levi z uporabo Kirchhoffovega drugega zakona, da bomo to storili, bomo šli skozi očesa v smeri urnega kazalca:
Nato bomo uporabili isti zakon za mrežo na desni strani, ki jo bomo vodili v isti smeri:
Na koncu še opazovanje vozlišča, iz katerega potopimo tok i3, je mogoče videti, da so tokovi i1 zdravo2, zato lahko po Kirchhoffovem 1. zakonu zapišemo, da sta ta dva toka seštevala enak tok i3:
Na podlagi dobljenih rezultatov smo ugotovili, da so tokovi i1, jaz2 zdravo3 so enaki 2,0, 3,0 in 5,0 A. Tako je pravilna alternativa črka "a".
Avtor Rafael Hellerbrock
Učitelj fizike
