Das zweite Kirchhoffsche Gesetz verstehen
Das zweite Kirchhoffsche Gesetz besagt, dass die Summe der Änderungen des elektrischen Potenzials in einem geschlossenen Stromkreis null ist. Es basiert auf dem Energieerhaltungssatz, der besagt, dass Energie erhalten bleibt.
Um dies besser zu verstehen, stellen Sie sich eine elektrische Ladung vor, die sich in einem geschlossenen Stromkreis bewegt, wie in der Abbildung rechts. Wenn elektrische Ladung durch ein elektrischer Widerstand (R) Die elektrische potenzielle Energie nimmt ab, da sie im Widerstand verbraucht wird. Durchfließt die elektrische Ladung einen weiteren elektrischen Widerstand, nimmt die elektrische potenzielle Energie erneut ab, da sie auch hier wieder verbraucht wird. Fließt die elektrische Ladung hingegen durch eine Spannungsquelle von niedrigem zu hohem Potenzial, so nimmt die elektrische potenzielle Energie zu. Kehrt sie zu ihrem Ausgangspunkt zurück, elektrische potenzielle Energie Dasselbe gilt wie zuvor, wo die Änderung der elektrischen potenziellen Energie null ist. Wendet man das zweite Kirchhoffsche Gesetz auf einen Stromkreis an, verwendet man die Änderung der elektrischen Spannung, nicht die Änderung der elektrischen potenziellen Energie.
Eine Schaltung wie die im obigen Bild kann analysiert werden mit Ohmsches Gesetz (V = IR) und die Formel Serienwiderstand atau ParallelwiderstandKomplexere Schaltungen, wie die unten abgebildete, können analysiert werden mithilfe von Kirchhoffs erstes Gesetz Dan Kirchhoffs zweites Gesetz.
Hier sind einige Vorzeichenregeln für die Anwendung des zweiten Kirchhoffschen Gesetzes zur Analyse eines Stromkreises.
Wählen Sie zunächst die Stromrichtung zufällig, entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn. Ist das Ergebnis negativ, verläuft die tatsächliche Stromrichtung entgegengesetzt zur gewählten Richtung. Ist das Ergebnis positiv, stimmt die tatsächliche Stromrichtung mit der gewählten Richtung überein.
Zweitens : Beim Durchlaufen einer elektrischen Spannungsquelle von hohem zu niedrigem Potenzial (+ nach -) sinkt die Spannung und nimmt einen negativen Wert an ( ΔV = -ε ). Umgekehrt steigt die Spannung beim Übergang von niedrigem zu hohem Potenzial (- nach +) und nimmt einen positiven Wert an ( ΔV = ε).
Drittens : Beim Durchfließen eines elektrischen Widerstands ist die elektrische Spannung negativ (ΔV = –IR), wenn die Leiterschleife in Stromrichtung verläuft. Umgekehrt ist die elektrische Spannung positiv (ΔV = IR), wenn die Leiterschleife entgegen der Stromrichtung verläuft.
Beispielfrage 1:
R1 = 200 Ω und R2 = 300 Ω. ε = 12 Volt. Berechnen Sie die Stromstärke im Stromkreis mithilfe des zweiten Kirchhoffschen Gesetzes!
Diskussion
Die Stromrichtung ist im Uhrzeigersinn.
– IR 1 – IR 2 + ε = 0
– 200 I – 300 I + 12 = 0.
– 500 I + 12 = 0
– 500 I = – 12
Ich = 12 / 500
I = 0,024 Ampere
Berechnet nach dem Ohmschen Gesetz und der Formel für die Reihenschaltung von Widerständen:
R = R 1 + R 2 = 200 + 300 = 500 Ω.
Formel des Ohmschen Gesetzes:
V = IR
I = V / R = 12 / 500 = 0,024 Ampere.
Beispielfrage 2:
R1 = 100 Ω, R2 = 200 Ω, R3 = 300 Ω, ε1 = 9 Volt, ε2 Die Spannung beträgt 12 Volt. Berechnen Sie die Stärke und Richtung des elektrischen Stroms im Stromkreis!
Diskussion
Wählt man die Richtung des elektrischen Stroms, so entspricht die Richtung der Schleife der Drehrichtung im Uhrzeigersinn.
– 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
Ich = 3 / 600
I = 0,005 Ampere
Der elektrische Strom hat einen positiven Wert, daher ist seine Richtung die gleiche wie die gewählte Richtung.
Bei dieser Aufgabe gibt es nur eine Masche, im Beispiel des Kirchhoffschen Gesetzes gibt es einen Stromkreis mit mehreren Maschen, sodass die Berechnung auch das erste Kirchhoffsche Gesetz verwendet, und es besteht die Möglichkeit, dass die Richtung der Masche der Richtung des elektrischen Stroms entgegengesetzt ist.
