Kirchhoff'un Akım ve Gerilim Kanunları

1845'te Alman fizikçi Gustav Kirchhoff ilk olarak elektrik mühendisliğinin merkezi haline gelen iki kanunu tanımladı. Kirchhoff'un Kavşak Yasası olarak da bilinen Kirchhoff'un Mevcut Yasası ve Kirchhoff'un Birinci Yasası, elektrik akımı üç veya daha fazla iletkenin buluştuğu bir nokta olan bir bağlantı noktasından geçtiğinde dağıtılır. Başka bir deyişle, Kirchhoff Yasaları, bir elektrik şebekesinde bir düğüm bırakan tüm akımların toplamının her zaman sıfıra eşit olduğunu belirtir.

Bu yasalar gerçek hayatta son derece kullanışlıdır, çünkü bir bağlantı noktasından geçen akım değerlerinin ve bir elektrik devresi çevrimindeki voltajların ilişkisini tanımlarlar. Elektrik akımının, Dünya'da sürekli olarak kullanılan tüm milyarlarca elektrikli cihaz ve cihazın yanı sıra evlerde ve işyerlerinde nasıl aktığını açıklarlar.

Özellikle, yasalar şunları ifade eder:

Herhangi bir kavşaktaki akımın cebirsel toplamı sıfırdır.

Akım, bir iletkenden elektron akışı olduğundan, bir kavşakta birikemez, yani akım korunur: İçeri giren dışarı çıkmalıdır. Bilinen bir kavşak örneğini hayal edin: a

Hesaplamalar yaparken, birleşme yerine giren ve çıkan akım tipik olarak zıt işaretlere sahiptir. Kirchhoff'un Mevcut Yasasını aşağıdaki şekilde de ifade edebilirsiniz:

Bir kavşağa giden akımın toplamı, kavşaktaki akımın toplamına eşittir.

İki yasayı daha ayrıntılı olarak daha ayrıntılı olarak inceleyebilirsiniz.

Resimde, dört iletkenin (kabloların) bir birleşimi gösterilmiştir. Akımlar v₂ ve v₃ kavşağa akarken, v₁ ve v₄ dışarı akar. Bu örnekte Kirchhoff'un Kavşak Kuralı aşağıdaki denklemi verir:

v₂ + v₃ = v₁ + v₄

Kirchhoff'un Gerilim Yasası, elektrik gerilimi bir elektrik devresinin bir döngüsü veya kapalı iletken yol içinde. Kirchhoff'un Gerilim Yasası şunları söylüyor:

Herhangi bir döngüdeki voltaj (potansiyel) farklarının cebirsel toplamı sıfıra eşit olmalıdır.

Voltaj farklılıkları arasında elektromanyetik alanlarla (EMF'ler) ve rezistif elemanlar, örn. elektrik prizine takılı dirençler, güç kaynakları (örneğin piller) veya cihazlar (lambalar, televizyonlar ve karıştırıcılar) devre. Bunu, devredeki bağımsız döngülerin herhangi birinde ilerlerken artan ve düşen voltaj olarak düşünün.

Kirchhoff'un Gerilim Yasası, elektrik devresindeki elektrostatik alanın muhafazakar bir güç alanı olması nedeniyle ortaya çıkar. Voltaj, sistemdeki elektrik enerjisini temsil eder, bu yüzden bunu enerjinin özel bir korunumu durumu olarak düşünün. Bir döngüde dolaşırken, başlangıç ​​noktasına geldiğinizde, başladınız, bu yüzden döngü boyunca herhangi bir artış ve düşüş, toplam sıfır. Eğer olmasaydı, başlangıç ​​/ bitiş noktasındaki potansiyelin iki farklı değeri olacaktır.

Gerilim Kuralını kullanmak, Mevcut Kuraldaki kadar açık olmayan bazı işaret kurallarını gerektirir. Döngü boyunca gitmek için bir yön seçin (saat yönünde veya saat yönünün tersine). Bir EMF'de (güç kaynağı) pozitiften negatife (+ - -) giderken voltaj düşer, bu nedenle değer negatiftir. Negatifden pozitife (- + +) giderken, voltaj artar, bu nedenle değer pozitiftir.

Kirchhoff'un Gerilim Yasasını uygulamak için devre etrafında seyahat ederken, her zaman aynı şekilde gittiğinizden emin olun. Belirli bir öğenin öğenin artışını veya azalmasını gösterip göstermediğini belirlemek için (saat yönünde veya saat yönünün tersine) Voltaj. Etrafta zıplamaya, farklı yönlere hareket etmeye başlarsanız, denkleminiz yanlış olur.

Bir direnci geçerken, voltaj değişikliği aşağıdaki formülle belirlenir:

Ben * R

nerede ben akımın ve R, direncin direncidir. Akım ile aynı yönde geçiş, voltajın düştüğü anlamına gelir, bu nedenle değeri negatiftir. Bir direnci akımın tersi yönünde geçerken, voltaj değeri pozitiftir, bu nedenle artar.

Kirchhoff Yasaları için en temel uygulamalar elektrik devreleri ile ilgilidir. Ortaokul fiziğinden bir devredeki elektriğin sürekli bir yönde akması gerektiğini hatırlayabilirsiniz. Örneğin, bir ışık anahtarını kapatırsanız, devreyi kesiyorsunuz ve dolayısıyla ışığı kapatıyorsunuz. Düğmeyi tekrar çevirdiğinizde, devreyi yeniden kapatırsınız ve ışıklar tekrar yanar.

Veya evinize veya Noel ağacınıza ışık yaymayı düşünün. Sadece bir ampul patlarsa, tüm ışıklar söner. Bunun nedeni, kırık ışıkla durdurulan elektriğin gidecek yeri olmamasıdır. Işık anahtarını kapatmak ve devreyi kırmakla aynı şey. Bunun Kirchhoff Yasaları ile ilgili diğer bir yönü, bir kavşağa giren ve bir kavşağa giren tüm elektriğin toplamının sıfır olması gerektiğidir. Kavşağa giren (ve devrenin etrafından akan) elektrik sıfıra eşit olmalıdır, çünkü giren elektrik de çıkmalıdır.

Bu nedenle, bir dahaki sefere bağlantı kutunuz üzerinde çalışırken veya bir elektrikçinin bunu yaparken gözlemlediğini, elektrikli tatil ışıklarını bağladığını veya TV'nizi veya bilgisayarınızı açıp kapatarak Kirchhoff'un önce hepsinin nasıl çalıştığını açıkladığını ve böylece elektrik.