Comprensió de la segona llei de Kirchhoff
La segona llei de Kirchhoff estableix que la suma dels canvis de potencial elèctric al voltant d'un circuit tancat és zero. La segona llei de Kirchhoff es basa en la llei de conservació de l'energia, que estableix que l'energia es conserva.
Per entendre-ho millor, imagineu-vos una càrrega elèctrica que es mou en un circuit tancat, com a la figura de la dreta. Quan càrrega elèctrica passar per un resistència elèctrica (R), l'energia potencial elèctrica disminueix perquè s'utilitza en la resistència. Si la càrrega elèctrica passa a través d'una altra resistència elèctrica, l'energia potencial elèctrica torna a disminuir perquè es torna a utilitzar en aquesta resistència. A més, quan la càrrega elèctrica passa a través d'una font de tensió elèctrica de baix potencial a alt potencial, l'energia potencial elèctrica augmenta. Quan torna al seu punt original, energia potencial elèctrica el mateix que abans, on el canvi d'energia potencial elèctrica és zero. Quan apliquem la segona llei de Kirchhoff a un circuit elèctric, utilitzem el canvi de voltatge elèctric, no el canvi d'energia potencial elèctrica.
Un circuit com el de la imatge superior es pot analitzar utilitzant llei d'Ohm (V = IR) i la fórmula resistència en sèrie o bé resistència paral·lela. Es poden analitzar circuits més complexos com els de la imatge següent utilitzant Primera llei de Kirchhoff Dan Segona llei de Kirchhoff.
Aquí teniu algunes regles de signe quan s'utilitza la segona llei de Kirchhoff per analitzar un circuit.
Primer , trieu la direcció del corrent a l'atzar, ja sigui en sentit horari o antihorari. Si la resposta és negativa, la direcció real del corrent és oposada a la direcció escollida. Si la resposta és positiva, la direcció real del corrent és la mateixa que la direcció escollida.
En segon lloc , quan es passa per una font de tensió elèctrica d'alt potencial a baix potencial (+ a -), hi ha una disminució de la tensió elèctrica de manera que la tensió elèctrica té un valor negatiu ( Δ V = - ε ). Per contra, si es passa d'un potencial baix a un potencial alt (- a +), hi ha un augment de la tensió elèctrica de manera que la tensió elèctrica té un valor positiu ( Δ V = ε).
En tercer lloc , en passar per una resistència elèctrica, si el bucle està en la mateixa direcció que el corrent elèctric, el voltatge elèctric és negatiu (ΔV = –IR). Per contra, si el bucle està en la direcció oposada al corrent elèctric, el voltatge elèctric és positiu (ΔV = IR).
Exemple de pregunta 1:
R1 = 200 Ω i R2 = 300 Ω. ε = 12 volts. Calcula el corrent elèctric que circula pel circuit utilitzant la segona llei de Kirchhoff!
Discussió
La direcció del corrent és en sentit horari.
– IR 1 – IR 2 + ε = 0
– 200 I – 300 I + 12 = 0.
– 500 I + 12 = 0
– 500 I = – 12
I = 12 / 500
I = 0,024 amperes
Si es calcula utilitzant la llei d'Ohm i la fórmula de combinació de resistències en sèrie:
R = R1 + R2 = 200 + 300 = 500 Ω.
Fórmula de la llei d'Ohm:
V = IR
I = V / R = 12 / 500 = 0,024 amperes.
Exemple de pregunta 2:
R1 = 100 Ω, R2 = 200 Ω, R3 = 300 Ω, ε1 = 9 volts, ε2 = 12 volts. Calcula la magnitud i el sentit del corrent elèctric al circuit!
Discussió
Seleccioneu la direcció del corrent elèctric i la direcció del bucle és la mateixa que la direcció de la rotació en sentit horari.
– IR 1 – IR 2 – ε 1 – IR 3 + ε 2 = 0
– 100 I – 200 I – 9 – 300 I + 12 = 0
– 100 I – 200 I – 300 I + 3 = 0
– 600 I + 3 = 0
– 600 I = – 3
I = 3 / 600
I = 0,005 amperes
El corrent elèctric té un valor positiu, de manera que la seva direcció és la mateixa que la direcció escollida.
En aquesta pregunta només hi ha un bucle, en l'exemple de la llei de Kirchhoff hi ha un circuit que té diversos bucles, de manera que el càlcul també utilitza la primera llei de Kirchhoff i hi ha la possibilitat que la direcció del bucle sigui oposada a la direcció del corrent elèctric.
