Kirchhoffov zakon u elektrotehnici

U izračunima električni krugovi

U udaljenom 1845. godine njemački fizičar Gustav Kirchhoff na temelju Maxwellovih djela (očuvanje naboja i svojstava elektrostatičko polje) formulirao je dva pravila koja omogućuju označavanje odnosa struje i napona u zatvorenom električnom krugu. Zahvaljujući tome postalo je moguće riješiti praktički sve primijenjene zadaće vezane uz struju. Kirchhoffov zakon, koji se rabi za izračunavanje linearnog električnog kruga, omogućuje dobivanje klasičnog sustava linearnih jednadžbi koje uzimaju u obzir napone i struje koje postaju poznate nakon rješavanja problema.

Izrazi podrazumijevaju uporabu pojmova električni "kontura, čvor i grana". Podružnica je bilo koji dvostrani dio lanca, proizvoljni segment lanca. Kontura je sustav petlji grana, tj. Pokretanjem mentalnog kretanja iz proizvoljne točke bilo koje grane, završavate na mjestu gdje je pokret započeo. Jasnije, grane nazivaju "petlje", iako to nije sasvim točno. Čvor je točka u kojoj se susreću dvije ili više grana.

Kirchhoffov zakon je vrlo jednostavan. Temelji se na temeljnom zakonu zaštite prirode. Prvi zakon Kirchhoff kaže: zbroj struja (algebarska), koja teče uz grane na jedan čvor, je nula. To jest, I1 + I2 + I3 = 0. Za izračune se smatra da vrijednost struja koja teče u čvoru ima znak "+", a dobiveni ";". Stoga, proširena formula ima formu I1 + I2 - I3 = 0. Drugim riječima: količina struje koja teče u čvoru jednaka je količini istjecanja. Ovaj Kirchhoffov zakon je vrlo važan za razumijevanje načela rada električne opreme. Na primjer, on objašnjava zašto, pri povezivanju namota elektromotora prema shemi "zvijezde" ili "trokut", nema međufaza kratki spoj.

Kirchhoffov zakon obično se koristi za izračunavanje zatvorene petlje s određenim brojem grana. To je izravno povezano s trećim Maxwellovim zakonom (stalno magnetsko polje). Pravilo navodi da je algebarska suma naprezanja na svakoj grani konture jednaka zbroju vrijednosti emf za sve grane izračunate konture. Očito je da u nedostatku izvora električne energije (EMF) u zatvorenom krugu, ukupni pad napona također će biti nula. Na jednostavnijem jeziku, energija izvora pretvara se samo u potrošače, a kad se vrati, njezina je originalna vrijednost. Korištenje ovog zakona ima niz mogućnosti, kao u slučaju prvog.

Sastavljanje jednadžbu kruga, pretpostavlja se da je brojčana vrijednost elektromotorna sila ima pozitivan predznak kada je dobila smjer je u početku zaobići krug (normalno smjeru kazaljke na satu) poklapa se sa svojim smjeru, a negativna ako su pravci su suprotno. Isto vrijedi i za otpornike: ako je trenutni smjer jednak onom kao i odabrani zaobilaznik pad napona na njemu se dodjeljuje znak "+". Na primjer, E1 - E2 + E3 = I1R1 - I2R2 + I3R3 + I4R4 ...

Kao rezultat prelaska svih grana koje ulaze u konturu, sustav linearne jednadžbe, odlučujući o tome, moguće je naučiti sve struje grana (i čvorova). Dobiveni odnosi riješeni su metodom trenutne konture.

Teško je nadcijeniti važnost Kirchhoffovih zakona za elektrotehniku. Jednostavnost pisanja formula i njihova rješenja pomoću metoda klasične algebre bili su razlog njihove široke uporabe.