Kratka razlaga o delovanju Kirchhoffovih zakonov

Kratka razlaga o delovanju Kirchhoffovih zakonov

Leta 1845 Gustav Kirchhoff (nemški fizik) uvede sklop zakonov, ki obravnavajo tok in napetost v električnih tokokrogih. Kirchhoffovi zakoni se na splošno imenujejo KCL (Kirchhoffs Current Law) in KVL (Kirchhoffs Voltage Law). KVL navaja, da je algebraična vsota napetosti na vozlišču v zaprtem krogu enaka nič. Zakon KCL določa, da je v zaprtem krogu vhodni tok na vozlišču enak toku, ki zapusti vozlišče. Ko v vadnici uporov opazimo, da je mogoče najti en ekvivalenten upor (RT), ko je več uporov priključenih zaporedno ali vzporedno, ta vezja spoštuj Ohmov zakon . Ampak, v kompleksu električna vezja , tega zakona ne moremo uporabiti za izračun napetosti in toka. Za tovrstne izračune lahko uporabimo KVL in KCL.



Kirchhoffovi zakoni

Kirchhoffovi zakoni se v glavnem ukvarjajo z napetostjo in tokom v električnih tokokrogih. Te zakone lahko razumemo kot rezultat Maxwellovih enačb v nizkofrekvenčni meji. So kot nalašč za enosmerna in izmenična vezja na frekvencah, kjer so valovne dolžine elektromagnetnega sevanja zelo primerljive z drugimi vezji.


Kirchhoff

Kirchhoff's Circuit Laws





Med napetostmi in tokovi električnega tokokroga obstajajo različna razmerja. Ta razmerja določajo Kirchhoffsovi zakoni, kot sta KVL in KCL. Ti zakoni se uporabljajo za določanje impedance zapletenega omrežja ali enakovrednega električnega upora in tokov, ki tečejo v več vejah n / w.

Kirchhoffov sedanji zakon

Trenutni zakon KCL ali Kirchhoffs ali prvi zakon Kirchhoffs določa, da je skupni tok v zaprtem krogu, vhodni tok na vozlišču enak toku, ki zapusti vozlišče, ali je algebraična vsota toka na vozlišču v elektronskem vezju enaka nič.



Kirchhoff

Sedanji zakon Kirchhoffa

V zgornjem diagramu so tokovi označeni z a, b, c, d in e. Po zakonu KCL so vhodni tokovi a, b, c, d, izhodni tokovi pa e in f z negativno vrednostjo. Enačbo lahko zapišemo kot

a + b + c + d = e + f


Na splošno se v električnem vezju izraz vozlišče nanaša na spoj ali povezavo več komponent ali elementov ali pasovi za prenos toka, kot so sestavni deli in kabli. V zaprtem krogu mora obstajati tok toka, ki je v voznem pasu ali iz njega. Ta zakon se uporablja za analizo vzporednih vezij.

Kirchhoffov zakon o napetosti

KVL ali Kirchhoffov zakon o napetosti ali drugi Kirchhoffsov zakon določa, da je algebraična vsota napetosti v zaprtem krogu enaka nič ali je algebrski vsota napetosti na vozlišču enaka nič.

Kirchhoff

Kirchhoffov zakon o napetosti

Ta zakon obravnava napetost. Pojasnjeno je na primer zgornje vezje. Vir napetosti 'a' je povezan s petimi pasivnimi komponentami, in sicer b, c, d, e, f, ki imajo na sebi napetostne razlike. Aritmetično se napetostna razlika med temi komponentami sešteva, ker so te komponente povezane zaporedno. Po zakonu KVL je napetost na pasivnih komponentah v tokokrogu vedno enaka in nasprotna viru napetosti. Zato je vsota napetostnih razlik med vsemi elementi v vezju vedno enaka nič.

a + b + c + d + e + f = 0

Pogosti izrazi teorije enosmernega tokokroga

Skupno enosmerno vezje je sestavljeno iz različnih teoretskih izrazov

Krog: Enosmerni tokokrog je zaprt vozni pas, v katerem teče električni tok
Pot: Za povezavo virov ali elementov se uporablja en pas
Vozlišče: Vozlišče je povezava v vezju, kjer je več elementov povezanih skupaj, in je označeno s piko.
Podružnica: veja je posamezna ali zbirka elementov, ki so povezani med dvema vozliščema, kot so upori ali vir
Zanka: Zanka v vezju je zaprta pot, pri kateri noben element vezja ali vozlišče ni izpolnjen več kot enkrat.
Mreža: Mreža ne vsebuje nobene zaprte poti, je pa ena sama odprta zanka in ne vsebuje nobenih komponent znotraj mreže.

Primer Kirchhoffovih zakonov

Z uporabo tega vezja lahko izračunamo pretok v uporu 40Ω

Primer vezja za KVL in KCL

Primer vezja za KVL in KCL

Zgornje vezje je sestavljeno iz dveh vozlišč, in sicer A in B, treh vej in dveh neodvisnih zank.

Uporabite KCL na zgornje vezje, potem lahko dobimo naslednje enačbe.

Na vozliščih A in B lahko dobimo enačbe

I1 + I2 = I2 in I2 = I1 + I2

Z uporabo enačb KVL lahko dobimo naslednje enačbe

Iz zanke1: 10 = R1 X I1 + R2 X I2 = 10I1 + 40I2
Iz zanke2: 20 = R2 X I2 + R2 X I3 = 20I2 + 40I3
Iz zanke3: 10-20 = 10I1-20 I2

Enačbo I2 lahko prepišemo kot

Enačba 1 = 10 = 10I1 + 40 (I1 + I2) = 50 I1 + 40 I2
Enačba 2 = 20 = 20I2 +40 (I1 + I2) = 40 I1 + 60 I2

Zdaj imamo dve hkratni enačbi, ki ju lahko zmanjšamo, da dobimo vrednosti I1 in I2

Zamenjava I1 v smislu I2 daje vrednost I1 = -0,143 amperov
Zamenjava I2 v smislu I1 daje vrednost I2 = +0,429 amperov

Poznamo enačbo I3 = I1 + I2

Pretok toka v uporu R3 je zapisan kot -0,143 + 0,429 = 0,286 amperov
Napetost na uporu R3 je zapisana kot: 0,286 x 40 = 11,44 voltov

Znak –ve za „I“ pomeni, da je bila smer toka toka, ki je bila sprva zaželena, napačna, pravzaprav 20-voltna baterija polni 10-voltno baterijo.

Tu gre za vse Kirchoffovi zakoni , ki vključuje KVL in KCL. Ti zakoni se uporabljajo za izračun toka in napetosti v linearnem vezju, za izračun toka v vsaki zanki pa lahko uporabimo tudi analizo zanke. Poleg tega, če imate kakršna koli vprašanja v zvezi s temi zakoni, dajte svoje dragocene predloge s komentarjem v spodnjem oddelku za komentarje.

Zasluge za fotografije: