Законы Кирхгофа являются фундаментальными положениями электротехники. Они позволяют рассчитывать любые электрические цепи постоянного и переменного тока, устанавливая взаимосвязь между токами и напряжениями на участках цепи. Первый закон Кирхгофа (Закон токов) Первый закон Кирхгофа применяется к узлам электрической цепи (узел — это точка соединения трех и более проводников). Он базируется на принципе непрерывности электрического заряда: заряд не может накапливаться в узле или исчезать из него. Формулировка Алгебраическая сумма токов в узле равна нулю. Математически это записывается так: Правила применения При составлении уравнений принято разделять втекающие и вытекающие токи с помощью знаков:
- Токам, направленным к узлу, обычно присваивают знак «плюс» ( ). Токам, направленным от узла, присваивают знак «минус» ( ).
Альтернативная формулировка: Сумма токов, входящих в узел, равна сумме токов, выходящих из него. Второй закон Кирхгофа (Закон напряжений) Второй закон Кирхгофа применяется к замкнутым контурам электрической цепи. Он является следствием закона сохранения энергии применительно к потенциальному электрическому полю. Формулировка Алгебраическая сумма падений напряжения на всех элементах замкнутого контура равна алгебраической сумме электродвижущих сил (ЭДС), действующих в этом контуре. Математически закон выражается формулой: Где:
- — значения источников ЭДС в контуре. — падения напряжения на резистивных элементах контура.
Правила применения Для составления уравнения необходимо:
- Выбрать произвольное направление обхода контура (по часовой стрелке или против).
- Определить знаки слагаемых:
- Если направление ЭДС совпадает с направлением обхода, берется со знаком «плюс». Если направление тока на участке совпадает с направлением обхода, падение напряжения берется со знаком «плюс». В противном случае элементы записываются со знаком «минус».
Значение законов Законы Кирхгофа составляют основу метода узловых потенциалов и метода контурных токов. Для полной электрической цепи, содержащей узлов и ветвей, необходимо составить систему из независимых уравнений:
- уравнений по первому закону. уравнений по второму закону.
Я могу составить систему уравнений по этим законам для конкретной схемы или разобрать пример расчета токов, если вы предоставите параметры цепи.