В Закони Кірхгофа, відомий як закон сітки і закони нас, є, відповідно, законами Росії збереженнязарядуелектричний і з енергія в трикотаж і вузлики електричні схеми. Ці закони були створені німецьким фізиком ГуставРобертКірхофф і використовуються для аналізу складних електричних ланцюгів, які не можна спростити.
Побачити більше: Що спричиняє удари блискавки? Доступ і зрозуміти, що таке розрив діелектричної міцності
Вступ до законів Кірхгофа
Щоб навчитися користуватися законивКірхофф, нам потрібно зрозуміти, що таке ми,гілки і в'яже електричних ланцюгів. Давайте перевіримо просте та об’єктивне визначення кожного з цих понять:
Ми: знаходяться там, де в ланцюгах є розгалуження, тобто коли існує більше одного шляху для проходження електричний струм.
Галузі: - це ділянки ланцюга, які лежать між двома послідовними вузлами. Уздовж гілки електричний струм завжди постійний.
В'язані це закриті шляхи, де ми починаємо з вузла і повертаємось до того самого вузла. У сітці - сума електричні потенціали завжди дорівнює нулю.
На наступному малюнку ми показуємо схему, яка представляє вузли, гілки та сітки, перевірка:
1-й закон Кірхгофа: закон вузлів
Відповідно до законів Кірхоффа, сумавсіх струмів, що доходять до вузла ланцюга має дорівнювати сумі всіх струмів, що залишають той самий вузол.. Цей закон є наслідком принципу збереження електричного заряду. За його словами, незалежно від явища, початковий електричний заряд завжди буде дорівнює кінцевому електричному заряду процесу.
Примітно, що електричний струм становить a скалярна велич і тому, не має напряму чи значення. Таким чином, коли ми додаємо інтенсивності електричних струмів, ми враховуємо лише струм прибути або піти вузол.
Перевірте малюнок нижче, в ньому ми застосовуємо перший закон Кірхгофа до вхідних електричних струмів, які залишають вузол:
2-й закон Кірхгофа: закон сітки
Другий закон Кірхгофа стверджує, що сумаВідпотенціалиелектричний уздовж замкнутого циклу повинен дорівнювати нулю. Такий закон випливає з принцип енергозбереження, що означає, що все енергія подається в сітку ланцюга споживається елементами, присутніми в цій сітці.
Формально другий закон Кірхгофа записаний як підсумовування всіх електричних потенціалів, як показано на цьому малюнку:
Сума N струмів, що надходять і залишають вузол в ланцюзі, дорівнює 0.
Дивіться також: Скільки коштує зарядка акумулятора стільникового телефону? Ми зробили для вас розрахунки!
ти потенціалиелектричний Від резистори сітки розраховується за опорами кожного з цих елементів, помноженими на електричний струм, що проходить через них, відповідно до 1-й закон Ома:
U - напруга або електричний потенціал (В)
Р. - електричний опір (Ω)
i - електричний струм (А)
Якщо обведена сітка містить інші елементи, такі як генератори або приймачі, ми повинні знати, як їх ідентифікувати, оскільки символи використовується для представлення генератори і приймачі вони є дорівнює. Тому ми спостерігаємо напрямок електричного струму що проходить через ці елементи, пам'ятаючи, що як для генераторів, так і для приймачів довгий стовпчик представляє потенціалпозитивний, тоді як менша смужка представляє потенціалнегативний:
генератори вони завжди несуться електричним струмом, який надходить через негативну клему з меншим потенціалом і виходить через позитивну клему з більшим потенціалом. Іншими словами, проходячи через генератор, електричний струм зазнає збільшення потенціалу або набирає енергію.
приймачі їх проходить електричний струм, який потрапляє в позитивну клему і виходить з негативної клеми, так що електричний струм "втрачає" енергію, проходячи крізь них.
Навчившись ідентифікувати генератори та приймачі сітки, необхідно зрозуміти, як підписати конвенцію 2-го закону Кірхгофа. Перевірте кроки:
Виберіть довільний напрямок електричного струму: якщо ви не знаєте, в якому напрямку протікає електричний струм по ланцюгу, просто виберіть один із напрямків (за годинниковою стрілкою або проти). Якщо поточний напрямок відрізняється, ви просто отримаєте струм із від’ємним знаком, тому не варто так турбуватися про те, щоб правильно вказати напрямок.
Виберіть напрямок для циркуляції сітки: так само, як це було для електричного струму, ми зробимо це для напрямку, в якому проходить сітка: оберіть довільний напрямок для обходу кожної сітки.
Додайте електричні потенціали: якщо запустити резистор на користь електричного струму, знак електричного потенціалу буде додатним, якщо перехрещений резистор перетинається електричним струмом у зворотному напрямку, використовуйте від’ємний знак. Проходячи через генератор або приймач, зверніть увагу, через який термінал ви проходите в першу чергу: якщо це негативний термінал, електричний потенціал повинен бути негативним, наприклад.
Дізнайтеся більше: Асоціація резисторів - що це, види та формули
Приклад законів Кірхгофа для електричних схем
Давайте перевіримо застосування законів Кірхоффа. На наступному малюнку ми покажемо електричну схему, яка містить три сітки, A, B і C:
Тепер ми покажемо кожну з петель схеми окремо:
На наступному малюнку ми покажемо, як був обраний напрямок руху сіток, а також довільний напрямок електричного струму:
На додаток до того, що ми використовувались для визначення напрямку, в якому ми будемо проходити через сітки, попередня фігура визначає, що електричний струм, що надходить у вузол A, iТ, дорівнює сумі струмів i1 і i2. Отже, згідно з 1-м законом Кірхгофа, електричний струм у вузлі А підпорядковується наступному співвідношенню:
Після того, як ми отримаємо попередні стосунки, ми застосуємо 2-й закон Кірхоффа в сітки A, B і C. Починаючи з сітки А і проходячи за годинниковою стрілкою від вузла А, ми проходимо через резистор 8 Ω, пролітається течією i1 також у сенсграфік, отже, потенціалелектричний в цьому елементі просто 8i1. Тоді ми знаходимо терміналнегативний 24 В, який, таким чином, матиме сигналунегативний:
Після того, як ми отримали електричний струм i1, заснований на застосуванні другого закону Кірхгофа в сітці A, ми виконаємо той самий процес у сітці B, починаючи від вузла A, також за годинниковою стрілкою:
За першим отриманим нами рівнянням, за 1-м законом Кірхгофа, ми можемо визначити інтенсивність струму iТ:
Зверніть увагу, що для схеми, використаної як приклад, не потрібно було визначати рівняння зовнішньої петлі C, проте деякі дещо складніші схеми вимагають від нас рівнянь усіх сіток і зазвичай вирішуються методами. в масштабування, для Правило Крамера або іншими вирішення методів лінійні системи.
Також доступ: Зв'язок між матричною та лінійною системами
Вправи з законів Кірхгофа
Питання 1) (Espcex - Aman) На кресленні нижче представлена електрична схема, що складається з омічних резисторів, ідеального генератора та ідеального приймача.
Електрична потужність, що розсіюється в резисторі схеми 4 Ом, становить:
а) 0,16 Вт
б) 0,20 Вт
в) 0,40 Вт
г) 0,72 Вт
д) 0,80 Вт
Шаблон: Літера а
Дозвіл:
Щоб знайти потужність, що розсіюється в резисторі, нам потрібно розрахувати електричний струм, що проходить через нього. Для цього ми скористаємося другим законом Кірхгофа, обходячи ланцюг за годинниковою стрілкою.
Знак, який ми знайшли у відповіді, вказує, що напрямок струму, який ми приймаємо, суперечить реальному напрямку струму, отже, для обчислення потенція розсіюється в резисторі, просто використовуйте формулу потужності:
На підставі розрахунків відповідь на вправу становить 0,16 Вт. Тому правильною альтернативою є буква а ".
Питання 2) (Udesc) Відповідно до малюнка, значення електричних струмів i1, i2 Привіт3, відповідно, дорівнюють:
а) 2,0 А, 3,0 А, 5,0 А
б) -2,0 А, 3,0 А, 5,0 А
в) 3,0 А, 2,0 А, 5,0 А
г) 5,0 А, 3,0 А, 8,0 А
д) 2,0 А, -3,0 А, -5,0 А
Шаблон: Літера а
Дозвіл:
Розв’яжемо сітку ліворуч, використовуючи другий закон Кірхгофа, для цього ми пройдемо сітки за годинниковою стрілкою:
Далі ми застосуємо той самий закон до сітки праворуч, просуваючи її в тому ж напрямку:
Нарешті, спостереження за вузлом, з якого занурюється струм i3, можна побачити, що струми i1 Привіт2, отже, згідно з 1-м законом Кірхгофа, ми можемо записати, що ці два струми складали однаковий струм i3:
На основі отриманих результатів ми зрозуміли, що струми i1, i2 Привіт3, відповідно, дорівнюють 2,0, 3,0 та 5,0 А. Таким чином, правильною альтернативою є буква "а".
Автор: Рафаель Хеллерброк
Вчитель фізики
Джерело: Бразильська школа - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/leis-de-kirchhoff.htm
