Kirchhoffov zakon v elektrotehnologiji

Pri izračunu električnih tokokrogov izmeničnega in neposrednega toka, poleg znane formule Ohm, velja tudi Kirchhoffova zakon. Oseba, ki dela z električno tehniko, celo sredi noči, brez obotavljanja, da poda definicije za vsakega od obeh zakonov. Pogosto je to potrebno ne toliko za izračune, ampak za razumevanje procesov, ki potekajo.

V daljnem letu 1845 je nemški fizik Gustav Kirchhoff na podlagi Maxwellovih del (ohranjanje polnjenja in lastnosti elektrostatičnih polj) oblikoval dva pravilnika, kar je omogočilo prikaz razmerja med tokom in napetostjo v zaprtem električnem krogu. Zahvaljujoč temu je bilo mogoče praktično rešiti vse uporabne naloge, povezane z električno energijo. Kirchhoffov zakon, ki se uporablja za izračun linearnega električnega vezja, omogoča pridobitev klasičnega sistema linearnih enačb, ki upoštevajo napetosti in tokove, ki postanejo znani po rešitvi problema.

Besedilo predvideva uporabo izrazov "kontura, vozel in veja". Podružnica je katerikoli dvostranski del verige, poljuben segment verige. Obris je sistem zankastih vej, to je z zagonom mentalnega gibanja iz poljubne točke vzdolž katere koli veje, končate v kraju, kjer se je gibanje začelo. Jasneje veje pokličejo "zanke", čeprav to ni povsem pravilno. Vozlišče je točka, na kateri se srečata dve ali več vej.

Kirchhoffov zakon je zelo preprost. Temelji na temeljnem zakonu ohranjanja pristojbin. Prvi zakon Kirchhoffa pravi: vsota tokov (algebrskih), ki teče vzdolž vej na eno vozlišče, je nič. To pomeni, da I1 + I2 + I3 = 0. Za izračune se šteje, da vrednost tokov, ki tečejo v vozlišče, ima znak "+" in posledično "-". Zato razširjena formula ima obliko I1 + I2-I3 = 0. Z drugimi besedami: količina toka, ki teče v vozlišče, je enaka količini izteka. Ta zakon Kirchhoff je zelo pomemben za razumevanje načel delovanja električnih naprav. Na primer, pojasnjuje, zakaj pri povezovanju navitij električnega motorja po shemi "star" ali "trikotnik" ni kratkega stika vmesnika .

Kirchhoffov zakon se navadno uporablja za izračun zaprtega kroga z določenim številom vej. Neposredna povezava s tretjim Maxwellovim zakonom (nespremenljivo magnetno polje). Pravilo navaja, da je algebraična vsota padcev napetosti na vsaki od vej konture enaka vsoti vrednosti emf za vse veje izračunane konture. Očitno je, da v odsotnosti virov električne energije (EMF) v zaprtem vezju bo skupni padec napetosti enak nič. V preprostejšem jeziku se energija vira pretvori samo v potrošnike in ob vrnitvi teži k prvotni vrednosti. Uporaba tega zakona ima številne značilnosti, kot v primeru prvega.

Pri konstrukciji enačbe tokokroga se šteje, da ima številčna vrednost EMF pozitiven znak, če prvotno sprejeta smer izogibanja (običajno v smeri urinega kazalca) sovpada s svojo smerjo in negativno, če so smeri nasprotni. Enako velja za upore: če je trenutna smer enaka kot za izbrani bypass, se znak za znak "+" dodeli padcu napetosti na njem. Na primer, E1 - E2 + E3 = I1R1 - I2R2 + I3R3 + I4R4 ...

Zaradi prehoda skozi vse veje, ki vstopajo v konturo, je sestavljen sistem linearnih enačb, pri čemer se lahko odločimo, kateri je mogoče ugotoviti vse tokove vej (in vozlišč). Nastala razmerja so rešena z metodo konturnega toka.

Težko je preceniti pomen Kirchhoffovih zakonov za elektrotehniko. Razlogi za njihovo široko uporabo so bili enostavnost pisanja formul in njihova rešitev s pomočjo metod klasične algebre.