Разумевање другог Кирхофовог закона
Кирхофов други закон каже да је збир промена електричног потенцијала око затвореног кола једнак нули. Кирхофов други закон се заснива на закону очувања енергије, који каже да се енергија чува.
Да бисмо ово боље разумели, замислимо електрично наелектрисање које се креће у затвореном колу, као на слици десно. Када електрични набој проћи кроз електрични отпор (R), електрична потенцијална енергија се смањује јер се троши у отпорнику. Ако електрично наелектрисање прође кроз други електрични отпорник, електрична потенцијална енергија се поново смањује јер се поново троши у том отпорнику. Штавише, када електрично наелектрисање прође кроз извор електричног напона од ниског до високог потенцијала, електрична потенцијална енергија се повећава. Када се врати у своју првобитну тачку, електрична потенцијална енергија исто као и пре, где је промена електричне потенцијалне енергије једнака нули. Приликом примене другог Кирхофовог закона на електрично коло, користимо промену електричног напона, а не промену електричне потенцијалне енергије.
Коло попут оног на горњој слици може се анализирати помоћу Омов закон (V = IR) и формула серијски отпор или паралелни отпорСложенија кола, као што је слика испод, могу се анализирати помоћу Кирхофов први закон dan Кирхофов други закон.
Ево неких правила знакова када се Кирхофов други закон користи за анализу кола.
Прво , изаберите смер струје насумично, било у смеру казаљке на сату или супротно од смера казаљке на сату. Ако је одговор негативан, стварни смер струје је супротан од изабраног смера. Ако је одговор позитиван, стварни смер струје је исти као изабрани смер.
Друго , при проласку кроз извор електричног напона од високог до ниског потенцијала (+ ка -), долази до смањења електричног напона тако да електрични напон има негативну вредност ( ΔV = -ε ) . Супротно томе, ако се креће од ниског до високог потенцијала (- ка +), долази до повећања електричног напона тако да електрични напон има позитивну вредност ( ΔV = ε).
Треће , при проласку кроз електрични отпорник, ако је петља у истом смеру као и електрична струја, електрични напон је негативан (ΔV = –IR). Насупрот томе, ако је петља у супротном смеру од електричне струје, електрични напон је позитиван (ΔV = IR).
Пример питања 1:
R1 = 200 Ω и R2 = 300 Ω. ε = 12 волти. Израчунајте електричну струју која тече у колу користећи други Кирхофов закон!
Пембахасан
Смер струје је у смеру казаљке на сату.
– IR1 – IR2 + ε = 0
– 200 I – 300 I + 12 = 0.
– 500 I + 12 = 0
– 500 I = – 12
I = 12 / 500
I = 0,024 ампера
Ако се израчуна помоћу Омовог закона и формуле за комбинацију серијских отпорника:
R = R1 + R2 = 200 + 300 = 500 Ω.
Формула Омовог закона:
В = ИР
I = V / R = 12 / 500 = 0,024 ампера.
Пример питања 2:
R1 = 100Ω, Р2 = 200Ω, Р3 = 300 Ω, ε1 = 9 волти, ε2 = 12 волти. Израчунајте јачину и смер електричне струје у колу!
Пембахасан
Изаберите смер електричне струје и смер петље је исти као и смер ротације у смеру казаљке на сату.
– ИР 1 – ИР 2 – ε 1 – ИР 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 ампера
Електрична струја има позитивну вредност тако да је њен смер исти као и изабрани смер.
У овом питању постоји само једна петља, у примеру Кирхофовог закона постоји коло које има неколико петљи тако да прорачун такође користи први Кирхофов закон и постоји могућност да је смер петље супротан од смера електричне струје.
