Νόμοι του Kirchhoff

Οι κανόνες του Kirchhoff μας βοηθούν να κατασκευάσουμε περίπλοκα κυκλώματα, συμπεριλαμβανομένων μιας ποικιλίας ηλεκτρικών εξαρτημάτων που συναντάμε στην καθημερινή μας ζωή. Βοηθά επίσης στην ανάλυση οποιουδήποτε ηλεκτρικού κυκλώματος, όπως στον προσδιορισμό του πόσο ρεύμα ρέει σε διαφορετικά τμήματα ενός ηλεκτρικού κυκλώματος. Αυτό το άρθρο θα συζητήσει τους κανόνες ρεύματος και τάσης του Kirchhoff και τη χρήση τους σε σύγχρονες ηλεκτρικές συσκευές για τον υπολογισμό της ροής ρεύματος και της πτώσης τάσης σε διαφορετικές περιοχές περίπλοκων κυκλωμάτων.

Ο Kirchhoff έχει διατυπώσει δύο νόμους. Σε αυτό το υλικό μελέτης του Kirchhoff's Laws, θα μελετήσουμε αυτούς τους νόμους λεπτομερώς. Ο πρώτος νόμος είναι του ρεύματος και ο δεύτερος είναι της τάσης. Αυτοί οι νόμοι ονομάζονται ο τρέχων νόμος του Kirchhoff και ο νόμος της τάσης του Kirchhoff. Σε οποιαδήποτε διασταύρωση, σε ένα κύκλωμα, το άθροισμα των ρευμάτων που ρέουν στο κύκλωμα είναι ίσο με το άθροισμα των ρευμάτων που ρέουν έξω από το κύκλωμα. Αυτό είναι το ίδιο με το «τα τέλη δεν μπορούν ούτε να δημιουργηθούν ούτε να καταστραφούν».

Ο τρέχων νόμος του Kirchhoff

Αυτός ο κανόνας υπονοεί ότι το άθροισμα των ρευμάτων που εισέρχονται στη διασταύρωση ισούται με το άθροισμα των ρευμάτων που εξέρχονται από τη διασταύρωση. Με απλά λόγια, η ποσότητα του συνολικού ρεύματος που εισέρχεται σε οποιαδήποτε διασταύρωση είναι η ίδια με την ποσότητα του συνολικού ρεύματος που εξέρχεται από τη διασταύρωση. Αυτό ονομάζεται επίσης κανόνας διασταύρωσης, ο πρώτος νόμος του Kirchhoff.

Η απόδειξη αυτού του κανόνα είναι όταν το ρεύμα είναι σταθερό, δεν υπάρχει συσσώρευση φορτίου σε κανένα σημείο. Έτσι, το συνολικό ρεύμα που εισρέει ισούται με το συνολικό ρεύμα που ρέει έξω.

Iin =Iout

Για τον αριθμό n των καλωδίων, η έκφραση είναι,

n =1kIn=0

Τώρα εξετάστε ένα παράδειγμα, τρία καλώδια συνδέονται σε ένα κοινό σημείο. Σε δύο καλώδια, έρχονται ρεύμα I1 και I2 και το ρεύμα I3 εξέρχεται από το τρίτο καλώδιο. Έτσι, σύμφωνα με το νόμο του Kirchhoff:

I1 + I2 =I3

Το συστατικό του ηλεκτρικού κυκλώματος είτε κερδίζει ηλεκτρική ενέργεια είτε απώλειες.

Κανόνας τάσης του Kirchhoff

Ο νόμος τάσης του Kirchhoff δηλώνει ότι σε κάθε πλήρη βρόχο μέσα σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, το άθροισμα όλων των τάσεων στα εξαρτήματα που παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια πρέπει να είναι ίσο με το άθροισμα όλων των τάσεων στα άλλα στοιχεία.

Με άλλα λόγια, το αλγεβρικό άθροισμα όλων των τάσεων σε έναν βρόχο είναι ίσο με 0.

Αυτός ο νόμος υποδεικνύει το νόμο της διατήρησης της ενέργειας.

Η εργασία γίνεται από τα ηλεκτρικά φορτία ή τα ηλεκτρικά φορτία λόγω των ηλεκτρικών δυνάμεων μέσα στο ηλεκτρικό εξάρτημα.

Η συνολική εργασία που γίνεται από τους φορείς φορτίου στο υπόλοιπο εξάρτημα είναι ίση με τη συνολική εργασία που γίνεται στους φορείς φορτίου λόγω ηλεκτρικών δυνάμεων. Έτσι, σημαίνει ότι οι διαφορές δυναμικού μεταξύ του στοιχείου πρέπει να είναι 0.

Εφαρμογές των νόμων του Kirchhoff

• Χρησιμοποιείται για να προσδιορίσει πόσο ρεύμα ρέει και πόση τάση χάνεται σε διάφορα σημεία του περίπλοκου κυκλώματος.
• Βοηθά στον εντοπισμό της τρέχουσας κατεύθυνσης ροής σε διάφορους βρόχους κυκλώματος.
• Όταν πρόκειται για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο περνά η ενέργεια μέσω ενός ηλεκτρικού κυκλώματος, οι κανόνες του Kirchhoff μπορεί να είναι πολύ χρήσιμοι.

Πλεονεκτήματα των κανόνων του Kirchhoff

Οι κανόνες του Kirchhoff χρησιμοποιούνται ευρέως στη θεωρία κυκλωμάτων λόγω των πολυάριθμων πλεονεκτημάτων. Ως αποτέλεσμα, αποτελούν ένα σημαντικό μέρος των θεμελιωδών θεωριών κυκλωμάτων. Ο υπολογισμός της άγνωστης τάσης και του ρεύματος γίνεται πολύ πιο απλός. Υπάρχουν πολλά περίπλοκα κυκλώματα που είναι κλειστά σε ένα κτίριο και η ανάλυση κυκλώματος είναι συνήθως λίγο δύσκολη σε αυτές τις περιπτώσεις. Ο πρώτος κανόνας του Kirchhoff, από την άλλη πλευρά, καθιστά δυνατή την ανάλυση και τον υπολογισμό αυτών των περίπλοκων κυκλωμάτων με διαχειρίσιμο και απλό τρόπο. Ωστόσο, αυτά είναι τα πιο σημαντικά πλεονεκτήματα μεταξύ πολλών άλλων.

Περιορισμοί ή μειονεκτήματα του κανόνα του Kirchhoff

• Ο κανόνας του Kirchhoff δηλώνει ότι το μαγνητικό πεδίο στην περιοχή του βρόχου παραμένει σταθερό καθ' όλη τη διάρκεια, γεγονός που αποκλείει την πιθανότητα αλλαγής της μαγνητικής ροής και το σχηματισμό EMF στο κύκλωμα. Στην περίπτωση κυκλωμάτων εναλλασσόμενου ρεύματος υψηλής συχνότητας, αυτό μπορεί να οδηγήσει σε σφάλμα υπολογισμού.
• Ο Kirchhoff ήταν επίσης τυφλός στην επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου που δημιουργήθηκε από τα άλλα στοιχεία του κυκλώματος στους υπολογισμούς του.
• Ο κανόνας του κυκλώματος του Kirchhoff λειτουργεί με την υπόθεση ότι το ρεύμα ρέει μόνο μέσω αγωγών και καλωδίων. Στα κυκλώματα υψηλής συχνότητας, η παρασιτική χωρητικότητα δεν μπορεί πλέον να αγνοηθεί. Σε ορισμένες συνθήκες, η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να αρχίσει να ρέει μέσω αγωγών ή καλωδίων που λειτουργούν ως γραμμές μετάδοσης, με αποτέλεσμα ένα ανοιχτό κύκλωμα.

Συμπέρασμα:

Σε αυτό το υλικό μελέτης σημειώσεις σχετικά με τους νόμους του Kirchhoff, μάθαμε ότι οι νόμοι του Kirchhoff είναι ένας θεμελιώδης ηλεκτρικός νόμος που βοηθά στη γρήγορη επίλυση και ανάλυση του ηλεκτρικού κυκλώματος. Ως αποτέλεσμα, ο υπολογισμός του άγνωστου ρεύματος και τάσης σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα γίνεται ευκολότερος. Ο πρώτος νόμος του Kirchhoff βασίζεται στη διατήρηση των φορτίων και ο δεύτερος νόμος του Kirchhoff βασίζεται στη διατήρηση της ενέργειας. Ο Gustav Robert Kirchhoff το περιέγραψε το 1845.

Ο πρώτος νόμος του Kirchhoff είναι ο κανόνας διασταύρωσης ή ο τρέχων νόμος και ο δεύτερος νόμος του Kirchhoff είναι ο κανόνας βρόχου ή ο νόμος της τάσης. Είναι ο σημαντικός και θεμελιώδης νόμος του ηλεκτρισμού.