În 1845, fizician german Gustav Kirchhoff mai întâi au descris două legi care au devenit centrale în domeniul ingineriei electrice. Legea actuală a lui Kirchhoff, cunoscută și sub numele de Legea de joncțiune a lui Kirchhoff și prima lege a lui Kirchhoff, definesc modul în care curent electric este distribuit atunci când traversează o joncțiune - un punct în care se întâlnesc trei sau mai mulți conductori. Altfel spus, Legile lui Kirchhoff afirmă că suma tuturor curenților care lasă un nod într-o rețea electrică este întotdeauna egală cu zero.
Aceste legi sunt extrem de utile în viața reală, deoarece descriu relația valorilor curenților care circulă printr-un punct de joncțiune și tensiuni într-o buclă de circuit electric. Aceștia descriu modul în care curentul electric curge în toate miliardele de aparate și dispozitive electrice, precum și în întreaga casă și întreprinderi, care sunt utilizate continuu pe Pământ.
Legile lui Kirchhoff: Bazele
Mai exact, legile precizează:
Suma algebrică a curentului în orice joncțiune este zero.
Deoarece curentul este fluxul de electroni printr-un conductor, acesta nu se poate acumula la o joncțiune, ceea ce înseamnă că curentul este conservat: Ceea ce intră trebuie să iasă. Imaginează un exemplu binecunoscut de joncțiune: a cutie de distribuție. Aceste cutii sunt instalate pe majoritatea caselor. Sunt cutiile care conțin cablarea prin care trebuie să curgă toată energia electrică din casă.
Când se efectuează calcule, curentul care curge în și din joncțiune are, de obicei, semne opuse. De asemenea, puteți declara Legea curentă a lui Kirchhoff după cum urmează:
Suma de curent într-o joncțiune este egală cu suma curentului ieșit din joncțiune.
Puteți defalca în continuare cele două legi mai precis.
Legea actuală a lui Kirchhoff
În imagine, este prezentată o joncțiune de patru conductoare (fire). Curenții v2 și v3 curg în joncțiune, în timp ce v1 și v4 curge din ea. În acest exemplu, Regula de joncțiune a lui Kirchhoff produce următoarea ecuație:
v2 + v3 = v1 + v4
Legea tensiunii lui Kirchhoff
Legea tensiunii lui Kirchhoff descrie distribuirea tensiune electrică într-o buclă sau o cale de conducere închisă a unui circuit electric. Legea tensiunii Kirchhoff prevede că:
Suma algebrică a diferențelor de tensiune (potențial) în orice buclă trebuie să fie egală cu zero.
Diferențele de tensiune includ cele asociate cu câmpuri electromagnetice (EMF) și elemente rezistive, cum ar fi rezistențe, surse de alimentare (baterii, de exemplu) sau dispozitive - lămpi, televizoare și amestecuri - conectate la aparat circuit. Imaginează-l ca tensiunea să crească și să scadă în timp ce mergeți în jurul oricărei bucle individuale din circuit.
Legea tensiunii lui Kirchhoff se datorează faptului că câmpul electrostatic dintr-un circuit electric este un câmp de forță conservator. Tensiunea reprezintă energia electrică din sistem, așa că gândiți-vă la ea ca la un caz specific de conservare a energiei. Pe măsură ce parcurgeți o buclă, când ajungeți la punctul de plecare are același potențial ca și când ai început, deci orice creștere și scădere de-a lungul buclei trebuie să se anuleze pentru o schimbare totală a zero. Dacă nu ar face acest lucru, atunci potențialul la punctul de pornire / final ar avea două valori diferite.
Semne pozitive și negative în legea tensiunii Kirchhoff
Utilizarea regulii de tensiune necesită unele convenții de semn, care nu sunt neapărat la fel de clare ca cele din regula curentă. Alegeți o direcție (în sens orar sau în sens invers acelor de ceasornic) pentru a merge de-a lungul buclei. Când călătoriți de la pozitiv la negativ (+ la -) într-o EMF (sursă de alimentare), tensiunea scade, deci valoarea este negativă. Când treceți de la negativ la pozitiv (- la +), tensiunea crește, deci valoarea este pozitivă.
Amintiți-vă că atunci când călătoriți în jurul circuitului pentru a aplica Legea de tensiune a lui Kirchhoff, asigurați-vă că veți merge întotdeauna la fel direcție (în sensul acelor de ceasornic sau în sensul acelor de ceasornic) pentru a determina dacă un element dat reprezintă o creștere sau o scădere a Voltaj. Dacă începeți să săriți, deplasându-vă în direcții diferite, ecuația dvs. va fi incorectă.
La traversarea unui rezistor, modificarea tensiunii este determinată de formula:
I * R
Unde eu este valoarea curentului și R este rezistența rezistorului. Trecerea în aceeași direcție ca curentul înseamnă că tensiunea scade, deci valoarea sa este negativă. Când traversați un rezistor în direcția opusă curentului, valoarea tensiunii este pozitivă, deci crește.
Aplicarea Legii tensiunii Kirchhoff
Cele mai de bază aplicații pentru Legile lui Kirchhoff se referă la circuitele electrice. Poate vă amintiți din fizica școlii medii că energia electrică într-un circuit trebuie să curgă într-o direcție continuă. Dacă opriți un comutator de lumină, de exemplu, întrerupeți circuitul și, prin urmare, stingeți lumina. Odată ce faceți din nou comutatorul, reînchideți circuitul și luminile se aprind din nou.
Sau, gândiți-vă la luminile cu șnur pe casa sau bradul de Crăciun. Dacă se stinge doar un bec, întreaga șir de lumini se stinge. Acest lucru se datorează faptului că energia electrică, oprită de lumina spartă, nu are unde să meargă. Este la fel ca oprirea întrerupătorului de lumină și ruperea circuitului. Celălalt aspect în ceea ce privește legile lui Kirchhoff este că suma tuturor electricității care intră și iese dintr-o joncțiune trebuie să fie zero. Energia electrică care intră în joncțiune (și care curge în jurul circuitului) trebuie să fie egală cu zero, deoarece energia electrică care intră trebuie să iasă.
Așa că, data viitoare lucrați la cutia dvs. de joncțiune sau observați un electrician care face acest lucru, strângând lumini electrice de sărbători sau pornind sau oprind televizorul sau computerul, nu uitați că Kirchhoff a descris pentru prima dată modul în care funcționează toate acestea, apărând astfel în epoca electricitate.