Zrozumienie drugiego prawa Kirchhoffa
Drugie prawo Kirchhoffa głosi, że suma zmian potencjału elektrycznego w obwodzie zamkniętym wynosi zero. Drugie prawo Kirchhoffa opiera się na prawie zachowania energii, które głosi, że energia jest zachowywana.
Aby lepiej to zrozumieć, wyobraź sobie ładunek elektryczny poruszający się w obwodzie zamkniętym, jak na rysunku po prawej. Kiedy ładunek elektryczny przejść przez opór elektryczny (R), energia potencjalna elektryczna maleje, ponieważ jest zużywana w oporze. Jeśli ładunek elektryczny przechodzi przez kolejny opór elektryczny, energia potencjalna ponownie maleje, ponieważ jest ponownie zużywana w tym oporze. Ponadto, gdy ładunek elektryczny przechodzi przez źródło napięcia elektrycznego od niskiego do wysokiego potencjału, energia potencjalna elektryczna rośnie. Po powrocie do punktu początkowego, energia potencjalna elektryczna Tak samo jak poprzednio, gdzie zmiana energii potencjalnej elektrycznej wynosi zero. Stosując drugie prawo Kirchhoffa do obwodu elektrycznego, bierzemy pod uwagę zmianę napięcia elektrycznego, a nie zmianę energii potencjalnej elektrycznej.
Obwód taki jak na powyższym rysunku można analizować za pomocą Prawo Ohma (V = IR) i wzór rezystancja szeregowa atau opór równoległyBardziej złożone obwody, takie jak na poniższym obrazku, można analizować za pomocą Pierwsze prawo Kirchhoffa dan Drugie prawo Kirchhoffa.
Poniżej przedstawiono kilka reguł dotyczących znaków przy stosowaniu drugiego prawa Kirchhoffa do analizy obwodu.
PierwszyWybierz losowo kierunek prądu, zgodny z ruchem wskazówek zegara lub przeciwny. Jeśli odpowiedź jest negatywna, rzeczywisty kierunek prądu elektrycznego jest przeciwny do wybranego. Jeśli odpowiedź jest pozytywna, rzeczywisty kierunek prądu elektrycznego jest taki sam, jak wybrany.
Drugi, podczas przepływu przez źródło napięcia elektrycznego od potencjału wysokiego do potencjału niskiego (+ do -), następuje spadek napięcia elektrycznego tak, że napięcie elektryczne ma wartość ujemną (ΔV = –ε). Odwrotnie, jeśli przesunie się z niskiego potencjału do wysokiego (od - do +), nastąpi wzrost napięcia elektrycznego, tak że napięcie elektryczne będzie miało wartość dodatnią (ΔV = ε).
KetigaPodczas przechodzenia przez opór elektryczny, jeśli pętla jest w tym samym kierunku co prąd elektryczny, napięcie elektryczne jest ujemne (ΔV = – IR). I odwrotnie, jeśli pętla jest w kierunku przeciwnym do prądu elektrycznego, napięcie elektryczne jest dodatnie (ΔV = IR).
Przykładowe pytanie 1:
R1 = 200 Ω i R2 = 300 Ω. ε = 12 woltów. Oblicz natężenie prądu elektrycznego płynącego w obwodzie, korzystając z drugiego prawa Kirchhoffa!
Pembahasan
Kierunek prądu jest zgodny z ruchem wskazówek zegara.
– IR1 – IR2 + ε = 0
– 200 I – 300 I + 12 = 0.
– 500 I + 12 = 0
– 500 I = – 12
Ja = 1 000 000 / 500
I = 0,024 ampera
Jeśli obliczymy to przy użyciu prawa Ohma i wzoru na kombinację rezystorów szeregowych:
R = R1 + R2 = 200 + 300 = 500 .
Wzór prawa Ohma:
V = IR
I = V / R = 12 / 500 = 0,024 ampera.
Przykładowe pytanie 2:
R1 = 100 Ω, R2 = 200 Ω, R3 = 300 Ω, ε1 = 9 woltów, ε2 = 12 woltów. Oblicz natężenie i kierunek prądu elektrycznego w obwodzie!
Pembahasan
Wybierz kierunek prądu elektrycznego, a kierunek pętli będzie taki sam, jak kierunek obrotu zgodnie z ruchem wskazówek zegara.
– IR1 – IR2 - ε1 – IR3 + ε2 = 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
Ja = 1 000 000 / 600
I = 0,005 ampera
Prąd elektryczny ma wartość dodatnią, więc jego kierunek jest taki sam, jak kierunek wybrany.
W tym problemie jest tylko jedna pętla, na przykład prawa Kirchhoffa Istnieją obwody posiadające kilka pętli, więc w obliczeniach stosuje się również pierwsze prawo Kirchhoffa i istnieje możliwość, że kierunek pętli jest przeciwny do kierunku prądu elektrycznego.
