To ciekawe

Prawa Kirchhoffa dotyczą obwodów prądu elektrycznego i razem z prawem Ohma, stanowią zestaw wzorów, pozwalających rozwiązać niemal każde zadanie i problem z tej dziedziny. Reguły stosowania tych praw są łatwe do zapamiętania i wykonania. To niezwykła sytuacja, gdy można użyć tak niewiele zasad, by rozwiązać tak wiele zadań. Zapraszamy do zapoznania się z pierwszym z tych praw.

R1YiC8X1KuZmo

Rys. a. Zdjęcie przedstawia układ elektroniczny umieszczony na czarnej płytce drukowanej PCB z wieloma wejściami. Na czarnej płytce PCB widoczna jest biała płytka z wieloma otworami, do których można podłączyć przewody. Biała płytka umieszczona jest w centralnej części płytki PCB. Obok białego elementu elektronicznego znajdują się również czerwone, niebieskie oraz zielone wyjścia elektroniczne z czarnego elementu głównego. W układzie widoczne są połączenia kolorowymi przewodami pomiędzy płytką PCB a białym elementem. Przewody są zielone, niebieskie, czerwone, białe oraz czarne. Na górnym białym elemencie układu elektronicznego umieszczone są diody elektroluminescencyjne – sześć sztuk. Diody wpięte są jedna obok drugiej w szeregu. Najbardziej po lewej stronie widoczna jest przezroczysta dioda biała. druga od lewej jest dioda żółta, a trzecia od lewej jest dioda czerwona. Obok diody czerwonej po prawej stronie widoczna jest dioda zielona. druga od prawej jest dioda żółta. Ostatnia dioda po prawej stronie układu jest czerwona.

Warto przeczytać

Prawa fizyki opierają się na czterech podstawowych zasadach zachowania: energii, pędu, momentu pędu i ładunku. W fizyce jądrowej istnieje jeszcze zasada zachowania liczby barionowejLiczba barionowaliczby barionowej. W układach izolowanych od otoczenia wielkości te pozostają niezmienne.

Zajmiemy się teraz zasadą zachowania ładunku. Układem izolowanym będzie tu zamknięty obwód elektryczny. Jeżeli nie działają żadne czynniki zewnętrzne, elektrony będące nośnikami ładunku w przewodnikach i jony, nośniki ładunku w elektrolitach, nie wydostają się na zewnątrz.

Weźmy pod uwagę jakiekolwiek rozgałęzienie przewodów elektrycznych (tzw. węzeł).

RXfl2oLuUEH0A

Rys. 1. Schemat przedstawia rozgałęzienie przewodów elektrycznych. Jest to przykład węzła obwodu elektrycznego. Przewody narysowane są czarnymi liniami. Przewody spotykają się w jednym punkcie w centralnej części schematu. Jeden z przewodów biegnie do węzła z lewej, pozostałe przewody biegną z lewego górnego rogu, prawego górnego rogu, prawego dolnego rogu schematu oraz pionowo z dołu. Należy pamiętać, że w tak narysowanym węźle obwodu elektrycznego część przewodów musi służyć do dostarczenia ładunku, a część przewodów musi odprowadzać ładunek.

Niektórymi przewodami prąd wpływa do tego węzła, pozostałymi wypływa. Zasada zachowania ładunku nakazuje, aby suma ładunków wpływających w określonym czasie do tego rozgałęzienia była równa sumie ładunków wypływających z niego w tym samym czasie. Ponieważ natężenie prądu w przewodzie elektrycznym, to wielkość zdefiniowana jako całkowity ładunek przepływający przez ten przewód w jednostce czasu, zasadę tę możemy sformułować używając pojęcia natężenia prądu.

I prawo Kirchhoffa będzie w naszym przypadku brzmiało następująco:

Suma natężeń prądów wpływających do węzła obwodu elektrycznego jest równa sumie natężeń prądów wypływających z niego.

Mając konkretny obwód elektryczny analizujemy umiejscowienie sił elektromotorycznych i strukturę połączeń i wiemy, w jakim kierunku płynie prąd w danej gałęzi. Załóżmy, że na Rys. 1. prądy IIndeks dolny 2₂, IIndeks dolny 5₅ to prądy wpływające do węzła, a IIndeks dolny 1₁, IIndeks dolny 3₃ i IIndeks dolny 4₄ - wypływające z węzła (patrz Rys. 2.). A zatem, I prawo Kirchhoffa w tym przypadku zapiszemy w postaci równania:

Przystępując do rozwiązywania zadania, zazwyczaj nie wiemy jeszcze, w którym kierunku płynie każdy z prądów, znając tylko umiejscowienie sił elektromotorycznychSiła elektromotorycznasił elektromotorycznych i strukturę połączeń. Ustalmy wiec kierunki dowolnie, wedle własnego uznania. Jeśli z obliczeń otrzymamy ujemną wartość któregoś z natężeń, oznacza to, że prawdziwy kierunek prądu jest po prostu przeciwny do przyjętego przez nas początkowo.

R1KjbtSdX5VcM

Rys. 2. Schemat przedstawia rozgałęzienie przewodów elektrycznych. Jest to przykład węzła obwodu elektrycznego. Przewody narysowane są czarnymi liniami. Przewody spotykają się w jednym punkcie w centralnej części schematu, dwa spośród pięciu przewodów doprowadzają prąd elektryczny do węzła. Prąd doprowadzany jest do węzła przewodami biegnącymi z lewego górnego rogu schematu – wielka litera I z indeksem dolnym dwa oraz przewodem biegnącym pionowo od dołu – wielka litera I z indeksem dolnym pięć. Pozostałe przewody odprowadzają prąd elektryczny z węzła. Prąd o natężeniu wielka litera I z indeksem dolnym jeden odprowadza prąd w kierunku lewego dolnego rogu schematu. Prąd o natężeniu wielka litera I z indeksem dolnym trzy odprowadza ładunek z węzła w kierunku prawego górnego rogu schematu. Ostatni przewód odprowadzający prąd elektryczny z węzła skierowany jest ku prawemu i dolnemu rogowi schematu. Odprowadza on prąd o natężeniu wielka litera I z indeksem dolnym cztery.

Słowniczek