Kirchhoffi voolu ja pinge seadused

1845. aastal saksa füüsik Gustav Kirchhoff kirjeldas kõigepealt kahte seadust, mis said elektrotehnika keskmeks. Kirchhoffi kehtiv seadus, tuntud ka kui Kirchhoffi ristmike seadus ja Kirchhoffi esimene seadus, määratlevad viisi, kuidas elektrivool jaotub, kui see ristub ristmiku kaudu - kohas, kus kohtuvad kolm või enam juhti. Teisisõnu, Kirchhoffi seadused väidavad, et kõigi elektrivõrgust sõlmest lahkuvate voolude summa võrdub alati nulliga.

Need seadused on reaalses elus eriti kasulikud, kuna need kirjeldavad ühenduspunktis voolavate voolude väärtuste ja elektriskeemi ahelas olevate pingete suhet. Need kirjeldavad, kuidas elektrivool voolab kõigis miljardites elektriseadmetes ja seadmetes, aga ka kodudes ja ettevõtetes, mis on pidevalt Maal kasutuses.

Täpsemalt, seadused sätestavad:

Suvalise ristmiku voolu algebraline summa on null.

Kuna vool on elektronide voog läbi juhi, ei saa see ristmikule koguneda, see tähendab, et vool on säilinud: see, mis sisse tuleb, peab välja tulema. Pilt ristmikust tuntud näitel: a

Arvutuste tegemisel on ristmikku voolav ja sellest väljuv vool tavaliselt vastupidiste märkidega. Võite ka Kirchhoffi kehtiva seaduse öelda järgmiselt:

Ristmikul oleva voolu summa võrdub ristmikust väljuva voolu summaga.

Neid kahte seadust saate veelgi täpsemalt lahti rikkuda.

Pildil on näidatud nelja juhi (juhtmete) ristmik. Hoovused v₂ ja v₃ voolavad ristmikku, samal ajal v₁ ja v₄ voolab sellest välja. Selles näites annab Kirchhoffi ristmike reegel järgmise võrrandi:

v₂ + v₃ = v₁ + v₄

Kirchhoffi pingeseadus kirjeldab elektripinge elektriskeemi ahelas või suletud juhtivast teest. Kirchhoffi pingeseadus väidab, et:

Mis tahes ahela pinge (potentsiaalsete) erinevuste algebraline summa peab olema võrdne nulliga.

Pinge erinevused hõlmavad elektromagnetiliste väljadega (EMF) ja takistuselementidega, nagu näiteks takistid, vooluallikad (näiteks patareid) või seadmed - lambid, telerid ja segistid - on ühendatud vooluvõrku vooluring. Kujutlege seda kui pinge tõuseb ja langeb, kui liigute ringi ahelas olevate üksikute silmuste ümber.

Kirchhoffi pingeseadus tuleneb sellest, et elektriahela elektrostaatiline väli on konservatiivne jõuväli. Pinge tähistab süsteemi elektrienergiat, nii et mõelge sellele kui energiasäästu konkreetsele juhtumile. Lükates ringi, on lähtepunkti jõudes sama potentsiaal, mis ta siis, kui alustasite, seega peavad kõik silmuse suurenemised ja vähenemised tühistama, et muutuda täielikult null. Kui nad seda ei teinud, oleks potentsiaalil algus- / lõpppunktis kaks erinevat väärtust.

Pingereegli kasutamine nõuab mõningaid allkirjastamisviise, mis pole tingimata nii selged kui kehtiva reegli reeglid. Silmuse minemiseks valige suund (päripäeva või vastupäeva). EMF-is (jõuallikas) positiivsest negatiivse (+ kuni -) liikumisel pinge langeb, seega on väärtus negatiivne. Negatiivsest positiivseks (- kuni +) minnes tõuseb pinge, seega on väärtus positiivne.

Pidage meeles, et Kirchhoffi pingeseaduse kohaldamisel ringrajal ringi liikudes veenduge, et lähete alati sama suund (päripäeva või vastupäeva), et teha kindlaks, kas antud element tähistab Pinge. Kui hakkate ringi hüppama, liikudes eri suundades, siis on teie võrrand vale.

Takisti ületamisel määratakse pinge muutus järgmise valemi abil:

I * R

kus Mina on voolu ja R on takisti takistus. Vooluga samas suunas ristumine tähendab, et pinge langeb, seega on selle väärtus negatiivne. Takisti ületamisel voolu vastassuunas on pinge väärtus positiivne, seega suureneb.

Kirchhoffi seaduste kõige põhilisemad rakendused on seotud elektriskeemidega. Võib-olla mäletate keskkooli füüsikast, et vooluahelas olev elekter peab voolama ühes pidevas suunas. Näiteks kui lülitate valgustuslüliti välja, siis katkestate vooluringi ja lülitate tule välja. Kui lülitit uuesti ümber lülitate, lülitate vooluringi uuesti sisse ja tuled süttivad uuesti.

Või mõelge oma maja või jõulupuu tulede kinnitamiseks. Kui põleb ainult üks lambipirn, kustub kogu tulede jada. Selle põhjuseks on asjaolu, et elektril, mille peatab katkine tuli, pole kuskile minna. See on sama, kui valgustuslüliti välja lülitada ja vooluringi katkestada. Teine aspekt Kirchhoffi seaduste osas on see, et kogu ristmikule siseneva ja sellest väljuva elektri summa peab olema null. Ristmikku suunduv (ja vooluringis voolav) elekter peab olema võrdne nulliga, sest ka sissejuhitav elekter peab välja tulema.

Niisiis, kui töötate järgmine kord oma harukarbi kallal või jälgite, kuidas elektrik seda tegemas töötab, kinnitage elektrilised puhkusetuled või teleri või arvuti sisse või välja lülitades pidage meeles, et Kirchhoff kirjeldas kõigepealt, kuidas see kõik töötab, käivitades seega vanuse elekter.