Законы Кирхгофа являются фундаментальными правилами электротехники, которые позволяют рассчитывать любые электрические цепи постоянного и переменного тока. Они базируются на фундаментальных законах сохранения заряда и энергии. Первый закон Кирхгофа (Закон токов) Первый закон Кирхгофа применяется к узлам электрической цепи (точкам соединения трех и более проводников). Он основан на принципе непрерывности электрического заряда: заряд не может накапливаться в узле или исчезать из него. Формулировка Алгебраическая сумма всех токов в узле равна нулю. Математическая запись Пояснение Для практических расчетов обычно принимают следующее правило знаков:
- Токи, входящие в узел, записываются со знаком «плюс».
- Токи, выходящие из узла, записываются со знаком «минус».
Альтернативная формулировка: Сумма токов, втекающих в узел, равна сумме токов, вытекающих из него: Второй закон Кирхгофа (Закон напряжений) Второй закон Кирхгофа применяется к замкнутым контурам электрической цепи. Он является следствием закона сохранения энергии: работа сторонних сил по перемещению заряда в замкнутом контуре равна сумме падений напряжения на элементах этого контура. Формулировка Алгебраическая сумма электродвижущих сил (ЭДС) в любом замкнутом контуре равна алгебраической сумме падений напряжений на всех резистивных элементах этого контура. Математическая запись Правила применения Для составления уравнения необходимо:
- Произвольно выбрать направление обхода контура (по часовой стрелке или против).
- Выбрать условные направления токов в ветвях.
- Соблюдать правило знаков:
- Для ЭДС: Если направление ЭДС совпадает с направлением обхода контура, она берется со знаком «плюс», если не совпадает — со знаком «минус».
- Для напряжений ( ): Если направление тока в ветви совпадает с направлением обхода, падение напряжения берется со знаком «плюс», если ток направлен навстречу обходу — со знаком «минус».
Практическое значение Эти законы позволяют составить систему линейных уравнений для определения неизвестных токов и напряжений во всех ветвях схемы. Для цепи, содержащей узлов и ветвей, необходимо составить:
- уравнений по первому закону Кирхгофа. уравнений по второму закону Кирхгофа.
Я могу составить систему уравнений для конкретной электрической схемы, если вы предоставите её описание или параметры.