Перший і другий закони Кірхгофа

Німецький вчений Густав Кірхгоф – один з найвидатніших фізиків усіх часів, який написав цілу купу робіт з електрики.

Ці роботи отримали визнання серед передових учених дев’ятнадцятого століття і стали основою для робіт безлічі інших вчених, а також подальшого розвитку науки і техніки. Він був людиною який присвятив все своє життя науці і безсумнівно зробив наш світ трішки краще.

У теорії, закони Ома встановлюють взаємозв’язок між силою, напругою і опору струму для простих замкнутих одноконтурних ланцюгів.

Але на практиці найчастіше використовуються набагато більш складні, розгалужені ланцюги, в систему яких може входити кілька контурів і вузлів, в які сходяться проходять по других відгалужень електроструму та їх неможливо описати за стандартними правилами для розрахунку комбінацій паралельних і послідовних ланцюгів. Правило Кірхгофа уможливлює визначення сили і напруги струму в таких ланцюгах.

Загальні поняття і опис першого закону Кірхгофа

Перший закон Кірхгофа показує зв’язок струмів і вузлів електричного кола. Формула зв’язку дуже проста. Це правило говорить, що сума струмів всіх гілок, які сходяться в один вузол електричного кола, дорівнює нулю (мова йде про значеннях алгебри).

При цьому накопичення електричних зарядів в одній точці замкнутої електричного кола неможливо.
При підсумовуванні струмів прийнято брати позитивний знак, якщо електрострум йде у напрямку до вузлу, і негативний знак, якщо струм йде в протилежну від вузла сторону. Для опису зрозумілою аналогії для цього випадку, доречні порівняння з течіями води в з’єднаних між собою трубопроводах.

Приклад вищеописаної формули першого закону:

Загальні поняття і опис другого закону Кірхгофа

Другий закон Кірхгофа описує алгебраїчну залежність між електродинамічної силою і напругою в замкнутій електроланцюзі. У будь-якому замкнутому контурі сума електродинамічної сили дорівнює сумі падання напруги на опорах, що належать до даного контуру.

Для написання формул, що визначають другий закон Кірхгофа, беруть позитивне значення електродинамічної сили і падіння напруги, якщо напрямок на що відносяться до них відрізках контуру збігається з довільним напрямком обходу контуру. А якщо ж напрямок електродинамічної сили і струмів протилежні обраним напрямом, то ці електродинамічні сили і падіння напруг беруть негативними:

Алгоритм визначення знака величини електродинамічної сили і падіння напруг:

  1. Вибираємо напрям обходу контурних ланцюгів. Тут можливі кілька варіантів: або за годинниковою стрілкою, або проти годинникової стрілки.
  2. Довільним чином вибираємо напрямок руху струмів що протікають через елементи контурних ланцюгів.
  3. І нарешті, розставляємо знаки для електродинамічної сили і падіння напруги (не забуваючи про збіг або розбіжності напрямки електродинамічної сили з напрямком руху обходу контуру)

Приклад вищеописаної формули другого закону:

Області застосування

Закономірності Кирхгофа застосовуються на практиці для складних контурних ланцюгів, для з’ясування розподілів і значень струмів в цих електроланцюгах.

За допомогою рівнянь, покладених в основу цих закономірностей моделюється система контурних напружень і струмів, після рішення якої можна сказати який напрямок електроструму необхідно вибрати. Перше і Друге правило Кірхгофа отримали велике застосування при побудові паралельних і послідовних контурних ланцюгів.

При послідовному будові електроланцюзі (як приклад відмінно підійде новорічна ялинкова гірлянда) опір на кожному наступному елементі падає відповідно до закону Ома.

При паралельному будові напруга дорівнює подається на всі елементи електричного кола, і для визначення значень струмів в будь-якому місці електроланцюзі використовується другий закон Кірхгофа. Також часто ці правила поєднуються з іншими прийомами, такими як принцип суперпозиції і метод еквівалентного електрогенератора і складання потенційної діаграми.

Цікаві факти:

  • Існує безліч помилок про третьому, четвертому і т.д. правилах Кірхгофа. Густав Кірхгофф був всебічно розвиненою людиною, який вивчав безліч наук;
  • Він зробив кілька відкриттів в галузі теоретичної механіки для абсолютно пружних тіл, в області хімії, фізики, термодинаміки. Саме до цих відкриттів відносяться ці закони, а з електродинаміки і контурними електричними ланцюгами не мають нічого спільного;
  • У його честь названий один з кратерів на Місяці;
  • Ще один найбільший винахідник Джеймс Максвелл засновував свої ідеї саме на цих двох головних закономірностях електродинаміки.
Ссылка на основную публикацию