Hiểu về Định luật thứ hai của Kirchhoff
Định luật thứ hai của Kirchhoff phát biểu rằng tổng các biến thiên điện thế xung quanh một mạch kín bằng không. Định luật thứ hai của Kirchhoff dựa trên định luật bảo toàn năng lượng, trong đó nêu rằng năng lượng được bảo toàn.
Để hiểu rõ hơn điều này, hãy tưởng tượng một điện tích di chuyển trong một mạch kín, như trong hình bên phải. Khi điện tích đi qua điện trở (R), thế năng điện giảm vì nó bị tiêu hao trong điện trở. Nếu điện tích đi qua một điện trở khác, thế năng điện lại giảm vì nó lại bị tiêu hao trong điện trở đó. Hơn nữa, khi điện tích đi qua một nguồn điện áp từ điện thế thấp đến điện thế cao, thế năng điện tăng lên. Khi nó trở lại điểm xuất phát ban đầu, năng lượng điện thế Tương tự như trước, trong đó sự thay đổi điện thế năng bằng không. Khi áp dụng định luật Kirchhoff thứ hai vào một mạch điện, ta sử dụng sự thay đổi điện áp, chứ không phải sự thay đổi điện thế năng.
Một mạch điện như trong hình trên có thể được phân tích bằng cách sử dụng Định luật Ohm (V = IR) và công thức điện trở nối tiếp atau điện trở song songCác mạch điện phức tạp hơn, như hình ảnh bên dưới, có thể được phân tích bằng cách sử dụng... Định luật thứ nhất của Kirchhoff dan Định luật thứ hai của Kirchhoff.
Dưới đây là một số quy tắc về dấu khi sử dụng định luật Kirchhoff thứ hai để phân tích mạch điện.
Đầu tiên , hãy chọn ngẫu nhiên chiều dòng điện hiện tại, theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ. Nếu kết quả là âm, chiều dòng điện thực tế ngược với chiều đã chọn. Nếu kết quả là dương, chiều dòng điện thực tế cùng chiều với chiều đã chọn.
Thứ hai , khi đi qua nguồn điện áp từ điện thế cao đến điện thế thấp (từ cực dương sang cực âm), điện áp giảm xuống, do đó điện áp có giá trị âm ( ΔV = -ε ) . Ngược lại, nếu đi từ điện thế thấp đến điện thế cao (từ cực âm sang cực dương), điện áp tăng lên, do đó điện áp có giá trị dương ( ΔV = ε).
Thứ ba , khi đi qua điện trở, nếu vòng dây cùng chiều với dòng điện, điện áp sẽ âm (ΔV = – IR). Ngược lại, nếu vòng dây ngược chiều với dòng điện, điện áp sẽ dương (ΔV = IR).
Ví dụ câu hỏi 1:
R1 = 200 Ω và R2 Điện trở suất = 300 Ω. Điện áp ε = 12 V. Hãy tính cường độ dòng điện trong mạch bằng định luật Kirchhoff thứ hai!
Cuộc thảo luận
Dòng điện chạy theo chiều kim đồng hồ.
– IR 1 – IR 2 + ε = 0
– 200 I – 300 I + 12 = 0.
– 500 I + 12 = 0
– 500 I = – 12
Tôi = 12 / 500
I = 0,024 Ampe
Nếu tính toán bằng định luật Ohm và công thức kết hợp điện trở nối tiếp:
R = R 1 + R 2 = 200 + 300 = 500 Ω.
Công thức định luật Ohm:
V = IR
I = V / R = 12 / 500 = 0,024 Ampe.
Ví dụ câu hỏi 2:
R1 = 100Ω, R2 = 200Ω, R3 = 300 Ω, ε1 = 9 Vôn, ε2 = 12 Vôn. Tính độ lớn và chiều của dòng điện trong mạch!
Cuộc thảo luận
Chọn chiều dòng điện sao cho chiều của vòng dây trùng với chiều quay theo chiều kim đồng hồ.
– 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
Tôi = 3 / 600
I = 0,005 Ampe
Dòng điện có giá trị dương nên chiều của nó trùng với chiều đã chọn.
Trong câu hỏi này chỉ có một vòng mạch, trong ví dụ về định luật Kirchhoff thì có một mạch điện có nhiều vòng, vì vậy phép tính cũng sử dụng định luật Kirchhoff thứ nhất và có khả năng chiều của vòng mạch ngược với chiều của dòng điện.
