Кирцххофф-ови закони за струју и напон

1845. немачки физичар Густав Кирцххофф прво описао два закона која су постала централна у електротехници. Кирцххофф-ов тренутни закон, познат и као Кирцххофф-ов закон о спајању и Кирцххофф-ов први закон, дефинишу начин на који електрична струја дистрибуира се када прође кроз спој - тачку у којој се сусрећу три или више проводника. Другим речима, Кирцххофф-ови закони наводе да је збир свих струја које напуштају чвор у електричној мрежи увек једнак нули.

Ови закони су изузетно корисни у стварном животу, јер описују однос вредности струја које струју кроз спојну тачку и напона у петљи електричног круга. Они описују како електрична струја тече у свим милијардама електричних уређаја и уређаја, као и у кућама и предузећима, који се непрекидно користе на Земљи.

Закони конкретно кажу:

Алгебарска сума струје у било којем споју је нула.

Пошто је струја проток електрона кроз проводник, она се не може саградити на месту спајања, што значи да се струја чува: Оно што уђе мора изаћи. Замислите добро познати пример спајања: а

Приликом израчунавања, струја која тече у спојницу и ван ње обично има супротне знакове. Такође можете навести тренутни закон Кирцххоффа на следећи начин:

Збир струје у спој је једнак збиру струје ван споја.

Два закона можете прецизније разбити.

На слици је приказан спој четири проводника (жица). Струје в₂ и в₃ уливају се у раскрсницу, док в₁ и в₄ тећи из ње. У овом примјеру, Кирцххоффово правило спајања даје сљедећу једначину:

в₂ + в₃ = в₁ + в₄

Кирцххоффов закон о напону описује дистрибуцију електрични напон унутар петље или затвореног проводног круга електричног круга. Закон о напону Кирцххоффа каже да:

Алгебарска сума разлика напона (потенцијала) у било којој петљи мора бити једнака нули.

Разлике напона укључују оне повезане са електромагнетним пољима (ЕМФ) и отпорничким елементима, као што су отпорници, извори напајања (на пример батерије) или уређаји - лампе, телевизори и мешалице - укључени у струјно коло. Замислите ово како напон расте и опада док настављате око било које појединачне петље у кругу.

Кирцххоффов закон о напону настаје зато што је електростатичко поље унутар електричног круга конзервативно поље силе. Напон представља електричну енергију у систему, па мислите на то као на посебан случај очувања енергије. Док идете око петље, кад стигнете на почетну тачку има исти потенцијал као и када започели сте, тако да свако повећање и смањење дуж петље морају отказати ради потпуне промене нула. Да нису, тада би потенцијал у почетној / крајњој точки имао двије различите вриједности.

Употреба правила напона захтева неке уговоре о знаку, који нису нужно тако јасни као они у важећем правилу. Изаберите правац (или у смеру супротном од казаљке на сату) да бисте ишли дуж петље. Када путујете од позитивног до негативног (+ до -) у ЕМФ (извор напајања), напон опада, па је вредност негативна. При преласку са негативног на позитиван (- до +) напон расте, тако да је вредност позитивна.

Имајте на уму да када путујете око круга да примените Кирцххоффов напон, будите сигурни да увек идете у истом правцу (у смеру казаљке на сату или у смеру супротном од казаљке на сату) како би се утврдило да ли дати елемент представља повећање или смањење вредности Напон. Ако почнете да скачете около, крећете се у различитим правцима, ваша једнаџба ће бити нетачна.

При преласку отпорника, промена напона одређује се формулом:

И * Р

где Ја је вредност струје и Р је отпор отпорника. Прелазећи у истом смеру као струја значи да напон опада, тако да је његова вредност негативна. При преласку отпорника у правцу супротном од струје, вредност напона је позитивна, тако да расте.

Најосновније примјене за Кирцххоффове законе односе се на електрична кола. Можда се сећате из физике средње школе да струја у једном кругу мора да тече у једном непрекидном правцу. На пример, ако искључите прекидач за светло, прекидате круг, па искључујете светло. Једном када поново укључите прекидач, поново активирате круг и лампице се поново укључују.

Или размислите о жицама за жице на вашој кући или божићној дрвци. Ако само једна сијалица угаси, угаси се цео низ лампица. То је зато што електрична енергија, заустављена светлошћу из прекида, нема где да оде. То је исто као да искључите прекидач за светло и прекините круг. Други аспект овога у вези са Кирцххоффовим законима је да зброј све електричне енергије која улази и пролази из неког споја мора бити нула. Електрична енергија која улази у спој (и тече око круга) мора бити једнака нули, јер и електрична енергија која улази мора такође изаћи.

Дакле, следећи пут када радите на својој разводној кутији или посматрате електричара како то ради, навлачите електрична празничка светла или укључивање или искључивање телевизора или рачунара, сетите се да је Кирцххофф прво описао како то све ради, чиме је започео у доба електрична енергија.