Pochopenie druhého Kirchhoffovho zákona
Kirchhoffov druhý zákon hovorí, že súčet zmien elektrického potenciálu v uzavretom obvode je nulový. Kirchhoffov druhý zákon je založený na zákone zachovania energie, ktorý hovorí, že energia sa zachováva.
Aby sme to lepšie pochopili, predstavte si elektrický náboj pohybujúci sa v uzavretom obvode, ako je znázornené na obrázku vpravo. Kedy elektrický náboj prejsť cez elektrický odpor (R) elektrická potenciálna energia klesá, pretože sa spotrebuje v odpore. Ak elektrický náboj prechádza cez iný elektrický odpor, elektrická potenciálna energia sa opäť zníži, pretože sa opäť spotrebuje v tomto odpore. Okrem toho, keď elektrický náboj prechádza cez zdroj elektrického napätia z nízkeho na vysoký potenciál, elektrická potenciálna energia sa zvyšuje. Keď sa vráti do pôvodného bodu, elektrická potenciálna energia rovnaké ako predtým, kde zmena elektrickej potenciálnej energie je nulová. Pri aplikácii druhého Kirchhoffovho zákona na elektrický obvod používame zmenu elektrického napätia, nie zmenu elektrickej potenciálnej energie.
Obvod ako ten na obrázku vyššie je možné analyzovať pomocou Ohmov zákon (V = IR) a vzorec sériový odpor alebo paralelný odporZložitejšie obvody, ako napríklad obrázok nižšie, je možné analyzovať pomocou Kirchhoffov prvý zákon dan Kirchhoffov druhý zákon.
Tu sú niektoré pravidlá znamienka pri použití druhého Kirchhoffovho zákona na analýzu obvodu.
Najprv si náhodne vyberte smer prúdu, či už v smere alebo proti smeru hodinových ručičiek. Ak je odpoveď záporná, skutočný smer prúdu je opačný ako zvolený smer. Ak je odpoveď kladná, skutočný smer prúdu je rovnaký ako zvolený smer.
Po druhé , pri prechode cez zdroj elektrického napätia z vysokého potenciálu na nízky potenciál (+ na -) dochádza k poklesu elektrického napätia, takže elektrické napätie má zápornú hodnotu ( ΔV = -ε ) . Naopak, pri prechode z nízkeho potenciálu na vysoký potenciál (- na +) dochádza k zvýšeniu elektrického napätia, takže elektrické napätie má kladnú hodnotu ( ΔV = ε).
Po tretie , pri prechode cez elektrický odpor, ak je slučka v rovnakom smere ako elektrický prúd, elektrické napätie je záporné (ΔV = –IR). Naopak, ak je slučka v opačnom smere ako elektrický prúd, elektrické napätie je kladné (ΔV = IR).
Príklad otázky 1:
R1 = 200 Ω a R2 = 300 Ω. ε = 12 voltov. Vypočítajte elektrický prúd pretekajúci obvodom pomocou druhého Kirchhoffovho zákona!
Diskusia
Smer prúdu je v smere hodinových ručičiek.
– IR1 – IR2 + ε = 0
– 200 I – 300 I + 12 = 0.
– 500 I + 12 = 0
– 500 I = – 12
I = 12/500
I = 0,024 ampéra
Ak sa vypočíta pomocou Ohmovho zákona a vzorca pre kombináciu sériových rezistorov:
R = R1 + R2 = 200 + 300 = 500 Ω.
Vzorec Ohmovho zákona:
V = IR
I = V / R = 12 / 500 = 0,024 ampéra.
Príklad otázky 2:
R1 = 100 Ω, R2 = 200 Ω, R3 = 300 Ω, ε1 = 9 voltov, ε2 = 12 voltov. Vypočítajte veľkosť a smer elektrického prúdu v obvode!
Diskusia
Vyberte smer elektrického prúdu a smer slučky je rovnaký ako smer otáčania v smere hodinových ručičiek.
– 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 ampéra
Elektrický prúd má kladnú hodnotu, takže jeho smer je rovnaký ako zvolený smer.
V tejto otázke je iba jedna slučka, v príklade Kirchhoffovho zákona je obvod, ktorý má niekoľko slučiek, takže výpočet tiež používa prvý Kirchhoffov zákon a existuje možnosť, že smer slučky je opačný ako smer elektrického prúdu.
