基本電力技術

基爾霍夫定律的力量

古斯塔夫·羅伯特·基希霍夫(Gustav Robert Kirchhoff)(12年1824月17日,柯尼斯堡,1887年1月XNUMX日,柏林)是德國物理學家,他對著名的基希霍夫定律的主要科學貢獻集中在電路,板理論,光學,光譜學等領域和黑體輻射發射。” [一]

“基爾霍夫定律” [2]被認為是電網不同元件之間的電壓和電流關係。

它們是兩個簡單的定律,但“有力”,因為與 歐姆定律 允許求解電氣網絡,即知道元素的電流和電壓的值,從而知道網絡的有源和無源元素的行為。

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基本概念 基爾霍夫定律:

在電網中,可以根據網絡的需求和效用以不同的方式連接元件。 為了研究網絡,使用了諸如節點,網格和分支之類的術語。 參見圖1。

電氣網絡 根據基爾霍夫定律:

由不同元素組成的電路,例如電動機,電容器,電阻等。

節點:

元素之間的連接點。 它由一個點表示。

拉瑪:

網絡的分支是導體,具有相同強度的電流在該導體中循環。 分支始終位於兩個節點之間。 分支由線表示。

馬拉:

道路封閉的電路。

電網的要素
圖1電氣網絡的元素(https://citeia.com/)

在圖2中,存在一個具有以下功能的電網:

  • 在圖2(a)中,有兩個網格:第一個網格生成路線ABCDA,第二個網格生成路線BFECB。 在點B和公共點DCE處有兩(2)個節點。
電網2網格的基爾霍夫定律
圖2(A)2網格2節點電氣網絡(https://citeia.com)
  • 在圖2(b)中,您可以看到網格1和2。
電網網格
圖2 B電網網格(https://citeia.com)

-基爾霍夫第一定律“電流法則或節點法則”

基爾霍夫的第一定律指出“節點上當前強度的代數和為零” [3]。 在數學上,它由表達式表示(請參見公式1):

節點電流的代數和為零
公式1“節點中電流強度的代數和為零”

要應用 基爾霍夫現行法律 他們被認為 “積極的” 進入節點的電流,以及 “消極的” 來自節點的電流。 例如,在圖3中,我們有一個帶有3個分支的節點,其中電流強度(if)和(i1)由於它們進入節點而為正,而離開節點的電流強度(i2)被認為是負; 因此,對於圖1中的節點,基爾霍夫的現行定律建立為:

基爾霍夫現行法律
圖3基爾霍夫現行法律(https://citeia.com)
筆記 - 代數和: 它是整數相加和相減的組合。 進行代數加法的一種方法是將正數與負數相除,然後相減。 結果的符號取決於哪個數字(正數或負數較大)。

在基爾霍夫定律中 第一條法律是基於收費守恆定律的, 指出電網絡中電荷的代數和不會改變。 因此,節點中沒有存儲淨電荷,因此,進入節點的電流之和等於離開節點的電流之和:

基爾霍夫第一定律基於電荷守恆定律。
公式2基爾霍夫第一定律是基於電荷守恆定律的

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- 基爾霍夫第二法張力定律

基爾霍夫第二定律指出:“閉合路徑周圍的應力的代數和為零” [3]。 從數學上講,它由以下表達式表示:(請參見公式3)

張力定律
公式2 張力定律

在圖4中,存在一個網格的電網:確定電流“ i”在網格中沿順時針方向循環。

網狀網絡
圖4網格的電氣網絡(https://citeia.com)

-基爾霍夫定律演練

一般程序

  • 為每個分支分配一個流。
  • 基爾霍夫的當前定律適用於負一的電路節點。
  • 每個電阻的電壓上都標有名稱和極性。
  • 歐姆定律將電壓表示為電流的函數。
  • 確定電網的網格,並將基爾霍夫電壓定律應用於每個網格。
  • 求解通過替換方法,克萊默法則或其他方法獲得的方程組。

解決的練習:

練習1.對於電網,請指出:
a)分支數,b)節點數,c)網格數。

基爾霍夫的法律練習
圖5練習1的網絡(https://citeia.com)

解決方案:

a)該網絡有五個分支機構。 在下圖中,每個分支在虛線之間指示每個分支:

五個分支電路
圖6具有五個分支的電路(https://citeia.com)

b)網絡具有三個節點,如下圖所示。 節點在虛線之間指示:

具有三個節點的電路或電網
圖7具有三個節點的電路或電氣網絡(https://citeia.com)

c)該網有3個網孔,如下圖所示:

具有3個網格的電路或電網
圖8具有3個網格的電路或電網(https://citeia.com)

練習2.確定電流i和每個元素的電壓

練習確定電流 i 和每個元件的電壓
圖9練習2(https://citeia.com)

:

電網是一個網,其中流通有單個強度的電流,稱為“ i”。 要解決電網問題,請使用 歐姆定律 每個電阻上的電阻,以及基網上的基爾霍夫電壓定律。

歐姆定律指出,電壓等於電流強度乘以電阻值:

歐姆定律
公式3歐姆定律

因此,對於電阻R1,電壓VR1 是:           

電壓R1公式基爾霍夫定律
公式4電壓R1

對於電阻R2,電壓VR2 是:

每個歐姆定律的電壓VR2
公式5電壓VR2

在網格上應用基爾霍夫(Kirchhoff)的電壓定律,按順時針方向進行巡視:

在網格上應用基爾霍夫電壓定律,
公式6在網格上應用基爾霍夫電壓定律,

替換這些電壓,我們得到:

網格中的基爾霍夫電壓定律
網格中的公式7基爾霍夫電壓定律

該術語以正號傳遞到等式的另一側,並且清除了當前強度:

根據基爾霍夫定律的網格定律,串聯電路中的總電流
公式8通過網格定律得出串聯電路中的總電流

電壓源和電阻的值被替換:

串聯電路中的總電流強度
公式9串聯電路中的總電流強度

流經網絡的電流強度為: i = 0,1安

電阻R兩端的電壓1 是:

耐壓VR1
公式10電阻電壓VR1

電阻R兩端的電壓2 是:

耐電壓VR2
公式11電阻電壓VR2

結果:

結論 遵守基爾霍夫定律

基爾霍夫定律(基爾霍夫電流定律,基爾霍夫電壓定律)以及歐姆定律的研究是任何電網分析的基礎。

基爾霍夫電流定律指出節點中電流的代數和為零,而電壓定律表明網格中電壓的代數和為零,因此在任何電網中都可以確定電流和電壓之間的關係兩個或多個元素。

Con el amplio uso de la electricidad en la industria, comercio, hogares, entre otros, las Leyes de Kirchhoff se utilizan diariamente para el estudio de infinidades de redes y sus aplicaciones.

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