Считается, что каждый образованный человек должен обладать минимальными знаниями физики, например, знать закон Ома.
Но знать закон Ома мало, ведь вокруг нас действует гораздо больше. Ученый из Германии Г. Кирхгоф, занимавшийся рядом естественных наук, вывел закон, по которой сегодня работают все электрические цепи.
Закон Кирхгофа объясняют, как распределяется ток на контуре цепи. Поговорим о правилах, которые вывел немецкий учёный.
Первое правило
В первом определении закона Кирхгофа описано, что общее суммирование токов, проходящим по веткам, равняется 0. Постоянство токов объясняется тем, что неважно, сколько токов втекает в узлы пересечения — такое же количество будет вытекать.
Точку в соединении ветвей обозначают как узел в электрической цепи. В каждой ветке на своё сопротивление есть свой ток.
Эта формула соответствует тем электрическим цепям, где ток считается постоянным.
Когда закон Кирхгофа применяется для цепи, где ток считается переменным, используется I, обозначающее мгновенное напряжение.
Формула производится в форме комплекса, но расчёт при этом не изменится:
Благодаря такому подходу к расчётам учитывается реактивные и активные значения, присутствующие в цепи.
Второе правило Кирхгофа
Первое правило закона Кирхгофа существует для описания распределения тока среди веток цепи.
Второе правило Кирхгофа описывает, что суммарное падение напряжения будет равно суммарному количеству электродвижущих сил.
Это значит, что электродвижущие силы, воздействующие на определённые места в цепи, распределятся пропорционально сопротивлению. Об этом говорится в законах Ома.
Для переменного тока суммарное количество электродвижущих сил будет равна сумме падений напряжений в ветках электрической цепи.
В формуле Z означает абсолютное сопротивление, включающее реактивную и резистивную элементы, зависящие от частоты переменного тока. Формула суммы сопротивления и индуктивности:
Более наглядно данная формула может выглядеть следующим образом:
При этом:
Какими могут быть варианты расчёта правила Кирхгофа
Теперь рассмотрим, как можно применять описанные правила в жизни. Выбрав направления обходов контура Вы сможете верно разместить знаки в формуле. Рассмотрим следующий вариант:
Выберем путь, идущий параллельно стрелке часов, отметим на примере:
Пунктиром мы обозначили, как будет проходить ток в схеме.
Далее составим само уравнение закона Кирхгофа согласно правилам, сначала по второму.
Перед ЭДС ставим минус, если сила будет двигаться против часовой стрелки. Для всех контуров используются свои знаки.
При первом контуре сила будет совпадать с направлением контура. Первый будет выглядеть так:
Второе будет выглядеть так:
Третий будет выглядеть так:
Напряжение зависит от направления. По часовой стрелке значения будут положительными. Против часовой стрелки значения будут отрицательными.
Обход контура является своего рода условным значением, который нужен для того, чтобы правильно поставить знаки в формулах. На правильность вычисления это значение не влияет. Иногда это может затруднить расчёт в целом, но скорее всего значение останется то же.
Теперь посмотрим на эту цепь:
В этой схеме у электродвижущей силы четыре источника. Не забудьте сначала выбрать направление контура.
Составляем формулу по первому рассмотренному закону. Начальный узел рассчитывается следующим образом:
Второй будет таким:
Третий таким:
Узла 4, но уравнения при этом 3, и эти цифры не являются ошибкой. Число формул согласно первому правилу выглядит так:
Так, уравнений будет на одно меньше, чем узлов, и при этом все токи будут описаны.
Строим формулы по второму закону Кирхгофа. Первый контур будет выглядеть так:
Второй контур будет таким:
Третий контур вычисляется следующим образом:
Подставляя значения из реальной жизни Вы сможете убедиться, что все эти законы действующие и правильные. Примеры к закону Кирхгофа, о которых мы рассказали, достаточно лёгкие, задачи из жизни бывают гораздо сложнее.
При вычислении путём применения данных правил главным образом нужно следить за тем, куда направлен ток и как обходит контур, чтобы подставить в уравнение правильные значения.
Действие правил и закона Кирхгофа в электромагнитной цепи
Расчёты магнитных цепей необходимы для вычислений верных значений. Расчёт будет тем же, но числа изменятся.
МДС, или магнитная движущая силы, определена витками в катушке и проходящее через них электричество:
МДС является множителем поля и тока.
Можно провести вычисление через сопротивление:
В этих формулах средняя длина участок цепи и проницаемость магнита разделены. Для магнитной цепи формула будет выглядеть следующим образом:
Через узел общее число магнитного потока будет равно нулю.
Сумма магнитной движущей силы в контуре равно сумме напряжения магнита.
Магнитный поток можно высчитать следующим образом:
А переменное поле магнита рассчитывается так:
Применяя эти знания на практике, посмотрим на следующий вариант контура.
Математическая формула будет следующей:
При наличии зазора рисунок будет выглядеть так:
Сопротивление магнитного потока будет вычисляться согласно описанным законам:
Сопротивление в зазоре будет таким:
Лучше понять всё написанное помогут наглядный урок по закону Кирхгофа от ведущего эксперта и профессора в области физики. Для того, чтобы разобраться в написанном и понять происходящее, советуем посмотреть данный урок:
Учёные веками вносили неоценимый вклад в развитие науки и объяснения жизни вокруг нас, это касается и Г. Кирхгофа.
Благодаря его правилам и выведенному закону можно рассчитать многие значения в электрической цепи. Пользуйтесь ими, чтобы легко проводить расчёты!
