הבנת החוק השני של קירכהוף
החוק השני של קירכהוף קובע כי סכום השינויים בפוטנציאל החשמלי סביב מעגל סגור הוא אפס. החוק השני של קירכהוף מבוסס על חוק שימור האנרגיה, הקובע כי אנרגיה נשמרת.
כדי להבין זאת טוב יותר, דמיינו מטען חשמלי הנע במעגל סגור, כמו באיור מימין. כאשר מטען חשמלי לעבור דרך א התנגדות חשמלית (R), האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית פוחתת מכיוון שהיא מנוצלת בהתנגדות. אם המטען החשמלי עובר דרך התנגדות חשמלית אחרת, האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית פוחתת שוב מכיוון שהיא מנוצלת שוב בהתנגדות זו. יתר על כן, כאשר המטען החשמלי עובר דרך מקור מתח חשמלי מפוטנציאל נמוך לפוטנציאל גבוה, האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית עולה. כאשר היא חוזרת לנקודתה המקורית, אנרגיה פוטנציאלית חשמלית אותו דבר כמו קודם, כאשר השינוי באנרגיה הפוטנציאלית החשמלית הוא אפס. כאשר מיישמים את החוק השני של קירכהוף על מעגל חשמלי, אנו משתמשים בשינוי במתח החשמלי, ולא בשינוי באנרגיה הפוטנציאלית החשמלית.
ניתן לנתח מעגל כמו זה שבתמונה למעלה באמצעות חוק אוהם (V = IR) והנוסחה התנגדות סדרתית atau התנגדות מקביליתניתן לנתח מעגלים מורכבים יותר כמו בתמונה למטה באמצעות החוק הראשון של קירכהוף דן החוק השני של קירכהוף.
הנה כמה כללי סימן בעת שימוש בחוק השני של קירכהוף לניתוח מעגל.
ראשית , בחרו את כיוון הזרם באופן אקראי, עם כיוון השעון או נגד כיוון השעון. אם התשובה שלילית, כיוון הזרם בפועל הפוך לכיוון הנבחר. אם התשובה חיובית, כיוון הזרם בפועל זהה לכיוון הנבחר.
שנית , כאשר עוברים דרך מקור מתח חשמלי מפוטנציאל גבוה לפוטנציאל נמוך (+ ל-), יש ירידה במתח החשמלי כך שהמתח החשמלי יהיה שלילי ( ΔV = -ε ). לעומת זאת, אם עוברים מפוטנציאל נמוך לפוטנציאל גבוה (- ל-+), יש עלייה במתח החשמלי כך שהמתח החשמלי יהיה חיובי ( ΔV = ε ).
שלישית , כאשר עוברים דרך התנגדות חשמלית, אם הלולאה נמצאת באותו כיוון כמו הזרם החשמלי, המתח החשמלי הוא שלילי (ΔV = –IR). לעומת זאת, אם הלולאה נמצאת בכיוון ההפוך לזרם החשמלי, המתח החשמלי הוא חיובי (ΔV = IR).
שאלה לדוגמה 1:
R1 = 200 Ω ו-R2 = 300 Ω. ε = 12 וולט. חשב את הזרם החשמלי הזורם במעגל באמצעות החוק השני של קירכהוף!
דִיוּן
כיוון הזרם הוא עם כיוון השעון.
– IR1 – IR2 + ε = 0
– 200 I – 300 I + 12 = 0.
– 500 I + 12 = 0
– 500 אני = – 12
אני = 12 / 500
אני = 0,024 אמפר
אם מחושב באמצעות חוק אוהם ונוסחת שילוב נגדים טוריים:
R = R1 + R2 = 200 + 300 = 500 אוהם.
נוסחת חוק אוהם:
V = IR
I = V / R = 12 / 500 = 0,024 אמפר.
שאלה לדוגמה 2:
R1 = 100 אוהם, R2 = 200 אוהם, R3 = 300 Ω, ε1 = 9 וולט, ε2 = 12 וולט. חשב את גודל וכיוון הזרם החשמלי במעגל!
דִיוּן
בחר את כיוון הזרם החשמלי וכיוון הלולאה זהה לכיוון הסיבוב עם כיוון השעון.
– 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 אני = – 3
אני = 3 / 600
אני = 0,005 אמפר
לזרם החשמלי ערך חיובי ולכן כיוונו זהה לכיוון הנבחר.
בשאלה זו יש רק לולאה אחת, בדוגמה של חוק קירכהוף יש מעגל שיש בו מספר לולאות ולכן החישוב משתמש גם בחוק הראשון של קירכהוף וקיימת אפשרות שכיוון הלולאה הפוך לכיוון הזרם החשמלי.
