Kirchhoffův druhý zákon

Pochopení druhého Kirchhoffova zákona

Kirchhoffův druhý zákon říká, že součet změn elektrického potenciálu v uzavřeném obvodu je nulový. Kirchhoffův druhý zákon je založen na zákonu zachování energie, který říká, že energie se zachovává.

Abychom tomu lépe porozuměli, představte si elektrický náboj pohybující se v uzavřeném obvodu, jako na obrázku vpravo. Když elektrický náboj projít skrz elektrický odpor (R) se elektrická potenciální energie snižuje, protože se spotřebuje v odporu. Pokud elektrický náboj prochází jiným elektrickým odporem, elektrická potenciální energie se opět snižuje, protože se v tomto odporu opět spotřebuje. Navíc, když elektrický náboj prochází zdrojem elektrického napětí z nízkého potenciálu na vysoký potenciál, elektrická potenciální energie se zvyšuje. Když se vrátí do původního bodu, elektrická potenciální energie stejné jako předtím, kde změna elektrické potenciální energie je nulová. Při aplikaci druhého Kirchhoffova zákona na elektrický obvod používáme změnu elektrického napětí, nikoli změnu elektrické potenciální energie.

Obvod jako ten na obrázku výše lze analyzovat pomocí Ohmův zákon (V = IR) a vzorec sériový odpor atau paralelní odporSložitější obvody, jako je obrázek níže, lze analyzovat pomocí Kirchhoffův první zákon dan Kirchhoffův druhý zákon.

Zde jsou některá pravidla znamének při použití druhého Kirchhoffova zákona k analýze obvodu.

Nejprve si náhodně vyberte směr proudu, zda ve směru hodinových ručiček nebo proti směru hodinových ručiček. Pokud je odpověď záporná, skutečný směr proudu je opačný než zvolený směr. Pokud je odpověď kladná, skutečný směr proudu je stejný jako zvolený směr.

Za druhé , při průchodu zdrojem elektrického napětí z vysokého potenciálu na nízký potenciál (+ na -) dochází k poklesu elektrického napětí, takže elektrické napětí má zápornou hodnotu ( ΔV = -ε ) . Naopak, při přechodu z nízkého potenciálu na vysoký potenciál (- na +) dochází k nárůstu elektrického napětí, takže elektrické napětí má kladnou hodnotu ( ΔV = ε).

Za třetí , při průchodu elektrickým odporem, pokud je smyčka ve stejném směru jako elektrický proud, je elektrické napětí záporné (ΔV = –IR). Naopak, pokud je smyčka v opačném směru než elektrický proud, je elektrické napětí kladné (ΔV = IR).

Příklad otázky 1:

R₁ = 200 Ω a R₂ = 300 Ω. ε = 12 V. Vypočítejte elektrický proud protékající obvodem pomocí druhého Kirchhoffova zákona!

Diskuse

Směr proudu je ve směru hodinových ručiček.

– IR1 _– IR2 ₊ ε = 0

– 200 I – 300 I + 12 = 0.

– 500 I + 12 = 0

– 500 I = – 12

I = 12/500

I = 0,024 ampéru

Pokud se vypočítá pomocí Ohmova zákona a vzorce pro kombinaci sériových rezistorů:

R = R1 ₊ R2 ₌ 200 + 300 = 500 Ω.

Vzorec Ohmova zákona:

V = IR

I = V / R = 12 / 500 = 0,024 ampéru.

Příklad otázky 2:

R₁ = 100 Ω, R₂ = 200 Ω, R₃ = 300 Ω, ε₁ = 9 voltů, ε₂ = 12 voltů. Vypočítejte velikost a směr elektrického proudu v obvodu!

Diskuse

Vyberte směr elektrického proudu a směr smyčky bude stejný jako směr otáčení ve směru hodinových ručiček.

– 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 ampéru

Elektrický proud má kladnou hodnotu, takže jeho směr je stejný jako zvolený směr.

V této otázce je pouze jedna smyčka, v příkladu Kirchhoffova zákona je obvod, který má několik smyček, takže výpočet také používá první Kirchhoffův zákon a existuje možnost, že směr smyčky je opačný než směr elektrického proudu.