På Kirchhoffs lagar, känd som nätlag och lagar av oss, är respektive lagar av bevarande avavgiftelektrisk och av energi i stickor och knutar av elektriska kretsar. Dessa lagar skapades av den tyska fysikern GustavRobertKirchoff och används för att analysera komplexa elektriska kretsar, vilket inte kan förenklas.
Se mer: Vad orsakar blixtnedslag? Få tillgång till och förstå vad som är brott av dielektrisk styrka
Introduktion till Kirchhoffs lagar
För att lära dig hur du använder lagariKirchoff, vi måste förstå vad vi,grenar och stickat av elektriska kretsar. Låt oss kontrollera en enkel och objektiv definition av vart och ett av dessa begrepp:
Vi: är där det finns grenar i kretsarna, det vill säga när det finns mer än en väg för passage av elektrisk ström.
Grenar: är sektionerna i kretsen som ligger mellan två på varandra följande noder. Längs en gren är den elektriska strömmen alltid konstant.
Stickat: de är stängda banor där vi börjar vid en nod och återgår till samma nod. I ett nät, summan av elektriska potentialer är alltid lika med noll.
I följande bild visar vi en krets som presenterar noder, grenar och maskor, kontrollera:
Kirchhoffs första lag: knutarlagen
Enligt Kirchoffs lagar, beloppav alla strömmar som kommer till en knut av kretsen måste vara lika med summan av alla strömmar som lämnar samma nod.. Denna lag är en följd av principen om bevarande av elektrisk laddning. Enligt honom, oavsett fenomen, kommer den ursprungliga elektriska laddningen alltid att vara lika med den slutliga elektriska laddningen i processen.
Det är anmärkningsvärt att den elektriska strömmen är en skalär storhet och därför, har ingen riktning eller mening. Således, när vi adderar intensiteten hos elektriska strömmar, tar vi bara hänsyn till om strömmen anländer eller lämnar knuten.
Kontrollera figuren nedan, i den tillämpar vi Kirchhoffs första lag på inkommande elektriska strömmar som lämnar en knut:
Kirchhoffs andra lag: nätlag
Kirchhoffs andra lag säger att beloppFrånpotentialerelektrisk längs en sluten slinga måste vara lika med noll. Sådan lag härrör från princip för energibesparing, vilket innebär att allt energi som matas till nätet i en krets förbrukas av elementen som finns i det nätet.
Formellt är Kirchhoffs andra lag skriven som en summering av alla elektriska potentialer, som visas i denna figur:
Summan av N-strömmarna som anländer och lämnar en nod i kretsen är lika med 0.
Se också: Hur mycket kostar det att ladda ditt mobiltelefonbatteri? Vi gjorde beräkningarna åt dig!
Du potentialerelektrisk Från motstånd av nätet ska beräknas med motstånden för vart och ett av dessa element, multiplicerat med den elektriska strömmen som passerar genom dem, i linje med 1: a lagen om Ohm:
U - spänning eller elektrisk potential (V)
R - elektriskt motstånd (Ω)
i - elektrisk ström (A)
Om det korsade nätverket innehåller andra element, till exempel generatorer eller mottagaremåste vi veta hur vi kan identifiera dem, eftersom symboler används för att representera generatorer och mottagare dom är är lika med. Därför observerar vi elektrisk strömriktning som går igenom dessa element, kom ihåg att för både generatorer och mottagare representerar den långa stapeln potentialpositiv, medan den mindre stapeln representerar potentialnegativ:
generatorerna de bärs alltid av en elektrisk ström som går in genom den negativa terminalen, med mindre potential och lämnar den positiva terminalen, med större potential. Med andra ord, när den passerar genom generatorn genomgår den elektriska strömmen en ökning av potentialen eller får energi.
mottagarna de passeras av en elektrisk ström som går in i den positiva terminalen och lämnar den negativa terminalen, så att den elektriska strömmen "förlorar" energi när den färdas genom dem.
Sluta inte nu... Det finns mer efter reklam;)
Efter att ha lärt sig att identifiera nätets generatorer och mottagare är det nödvändigt att förstå hur underteckna konvention av Kirchhoffs andra lag. Kolla in stegen:
Välj en godtycklig riktning för den elektriska strömmen: om du inte vet i vilken riktning den elektriska strömmen flyter genom kretsen, välj bara en av riktningarna (medurs eller moturs). Om strömriktningen är annorlunda kommer du helt enkelt att få en ström med ett negativt tecken, så oroa dig inte så mycket för att få riktningen rätt.
Välj en riktning för nätet som ska cirkulera: precis som vi gjorde för den elektriska strömmen, gör vi det för den riktning som nätet passeras i: välj en godtycklig riktning för att korsa varje nät.
Lägg till de elektriska potentialerna: om du kör ett motstånd till förmån för den elektriska strömmen kommer tecknet på den elektriska potentialen att vara positiv, om det korsade motståndet korsas av en elektrisk ström i motsatt riktning, använd negativtecken. När du passerar genom en generator eller mottagare, notera vilken terminal du går igenom först: om det är den negativa terminalen måste den elektriska potentialen vara negativ, till exempel.
Veta mer: Motståndsförening - vad är det, typer och formler
Exempel på Kirchhoffs lagar för elektriska kretsar
Låt oss kolla in en tillämpning av Kirchoffs lagar. I nästa figur visar vi en elektrisk krets som innehåller tre maskor, A, B och C:
Nu visar vi var och en av kretslopparna separat:
I följande figur kommer vi att visa hur riktningen maskorna rör sig i valdes, liksom den skiljedomsriktningen för den elektriska strömmen:
Förutom att den används för att definiera den riktning i vilken vi ska gå igenom maskorna, definierar den föregående figuren att den elektriska strömmen som kommer till nod A, iT, är lika med summan av strömmarna i1 och i2. Enligt Kirchhoffs första lag följer därför den elektriska strömmen vid nod A följande förhållande:
När vi har fått det tidigare förhållandet kommer vi att tillämpa Kirchoffs andra lag på maskorna A, B och C. Börjar med nät A och körs medurs från nod A passerar vi genom ett motstånd av 8 Ω, flygs av en ström i1 också i känslaschema, Därför potentialelektrisk i detta element är helt enkelt 8i1. Sedan hittar vi terminalnegativ 24 V, vilket därmed kommer att ha signalnegativ:
När vi har fått den elektriska strömmen i1, baserat på tillämpningen av Kirchhoffs andra lag i mesh A, kommer vi att göra samma process i mesh B, med start från nod A, även medurs:
Med den första ekvationen vi fick, genom Kirchhoffs första lag, kan vi bestämma strömintensitet iT:
Observera att det för kretsen som användes som exempel inte var nödvändigt att bestämma ekvationen för den yttre slingan C, dock vissa något mer komplexa kretsar kräver att vi bestämmer ekvationerna för alla maskor och löses vanligtvis med metoder. i skalning, för Cramer regel eller av andra lösningsmetoder för linjära system.
Också tillgång: Förhållandet mellan matris och linjära system
Övningar om Kirchhoffs lagar
Fråga 1) (Espcex - Aman) Ritningen nedan representerar en elektrisk krets som består av ohmiska motstånd, en ideal generator och en idealisk mottagare.
Den elektriska kraften som släpps ut i kretsens 4 Ω motstånd är:
a) 0,16W
b) 0,20W
c) 0,40 W
d) 0,72 W
e) 0,80 W
Mall: Bokstaven A
Upplösning:
För att hitta den ström som försvinner i motståndet måste vi beräkna den elektriska strömmen som strömmar genom den. För detta kommer vi att använda Kirchhoffs andra lag, genom att korsa kretsen medurs.
Tecknet vi hittade i svaret indikerar att strömriktningen vi antar strider mot den verkliga riktningen för strömmen, för att beräkna potens försvunnit i motståndet, använd bara effektformeln:
Baserat på beräkningarna är övningssvaret 0,16 W. Därför är det rätta alternativet bokstaven A".
Fråga 2) (Udesc) Enligt figuren är värdena för elektriska strömmar i1, jag2 Hallå3 är respektive lika med:
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
Mall: Bokstaven A
Upplösning:
Låt oss lösa nätet till vänster med Kirchhoffs 2: a lag, för att göra det, vi går igenom maskorna medurs:
Därefter kommer vi att tillämpa samma lag på nätet till höger och korsa det i samma riktning:
Slutligen observera noden från vilken strömmen jag sänker ner3, är det möjligt att se att strömmarna i1 Hallå2därför kan vi enligt Kirchhoffs första lag skriva att dessa två strömmar adderade lika ström i3:
Baserat på de erhållna resultaten insåg vi att strömmarna i1, jag2 Hallå3 är lika med 2,0, 3,0 och 5,0 A. Således är det korrekta alternativet bokstaven "a".
Av Rafael Hellerbrock
Fysiklärare
