Zasady Kirchhoffa: 7 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Wstęp:

Wiemy, że pojedynczą równoważną rezystancję (RT) można znaleźć, gdy dwa lub więcej rezystorów jest połączonych ze sobą w jednej serii, jeśli ta sama wartość prądu przepływa przez wszystkie komponenty., równolegle, jeśli mają przyłożone do nich to samo napięcie. lub kombinacje obu i że te obwody są zgodne z prawem Ohma. Jednak czasami w złożonych obwodach, takich jak mosty lub sieci T, nie możemy po prostu użyć samego prawa Ohma, aby znaleźć napięcia lub prądy krążące w obwodzie, jak na rysunku (1).

Do tego typu obliczeń potrzebujemy pewnych reguł, które pozwolą nam uzyskać równania obwodów i do tego możemy użyć prawa obwodu Kirchhoffa.[1]

Krok 1: Wspólna definicja w analizie obwodów:

Zanim przejdziemy do zasad Kirchhoffa. najpierw zdefiniujemy podstawowe rzeczy w analizie obwodów, które zostaną wykorzystane w zastosowaniu reguł Kirchhoffa.

1-obwód – obwód to ścieżka przewodząca w pętli zamkniętej, w której płynie prąd elektryczny.

2-ścieżkowa – pojedyncza linia łączących elementów lub źródeł.

3-węzeł – węzeł jest węzłem, połączeniem lub terminalem w obwodzie, w którym dwa lub więcej elementów obwodu jest połączonych lub połączonych ze sobą, dając punkt połączenia między dwoma lub więcej gałęziami. Węzeł jest oznaczony kropką.

4-Branch – gałąź to pojedyncza lub grupa elementów, takich jak rezystory lub źródło, które są połączone między dwoma węzłami.

5-Loop – pętla jest prostą zamkniętą ścieżką w obwodzie, w której żaden element obwodu lub węzeł nie jest spotykany więcej niż raz.

6-Mesh – siatka to pojedyncza ścieżka serii zamkniętej pętli, która nie zawiera żadnych innych ścieżek. Wewnątrz siatki nie ma pętelek.

Krok 2: Dwie zasady Kirchhoffa:

W 1845 r. niemiecki fizyk Gustav Kirchhoff opracował parę lub zbiór zasad lub praw, które dotyczą zachowania prądu i energii w obwodach elektrycznych. Te dwie zasady są powszechnie znane jako prawa Kirchhoffa, przy czym jedno z praw Kirchhoffa dotyczy prądu płynącego wokół obwodu zamkniętego, prawo napięcia Kirchhoffa (KCL), podczas gdy drugie prawo dotyczy źródeł napięcia obecnych w obwodzie zamkniętym, prawo napięcia Kirchhoffa, (KVL).

Krok 3: Stosowanie zasad Kirchhoffa:

Użyjemy tego obwodu do zastosowania zarówno KCL, jak i KVL w następujący sposób:

1-Podziel obwód na kilka pętli.

2-ustaw kierunek prądów za pomocą KCL. Ustaw kierunek 2 prądów, jak chcesz, a następnie użyj ich, aby uzyskać kierunek trzeciego, jak pokazano na rysunku (4).

Używając aktualnego prawa Kirchhoffa, KCLAt węzeł A: I1 + I2 = I3

W węźle B: I3 = I1 + I2 przy użyciu prawa napięcia Kirchhoffa, KVL

równania są podane jako: Pętla 1 ma postać: 10 = R1 (I1) + R3 (I3) = 10(I1) + 40(I3)

Pętla 2 jest podana jako: 20 = R2 (I2) + R3 (I3) = 20(I2)+ 40(I3)

Pętla 3 ma postać: 10 – 20 = 10(I1) – 20(I2)

Ponieważ I3 jest sumą I1 + I2 możemy przepisać równania jako; Równ. Nie 1: 10 = 10I1 + 40(I1 + I2) = 50I1 + 40I2 Równ. Nie 2: 20 = 20I2 + 40(I1 + I2) = 40I1 + 60I2

Mamy teraz dwa „Równania równoczesne”, które można zredukować, aby uzyskać wartości I1 i I2. Podstawienie I1 pod względem I2 daje nam

wartość I1 jako -0,143 A Podstawienie I2 względem I1 daje nam wartość I2 jako +0,429 A

Jako: I3 = I1 + I2 Prąd płynący przez rezystor R3 jest podany jako: I3= -0,143 + 0,429 = 0,286 A

a napięcie na rezystorze R3 jest podane jako: 0,286 x 40 = 11,44 woltów

Znak ujemny dla I1 oznacza, że początkowo wybrany kierunek przepływu prądu był błędny, ale nadal ważny. W rzeczywistości bateria 20 V ładuje baterię 10 V. [2]

Krok 4: Schemat obwodu w programie KiCAD:

Kroki otwierania kicad:

Krok 5: Kroki rysowania obwodu w programie Kicad:

Krok 6: Symulacja Multisim obwodu:

Notatka:

Regułę Kirchhoffa można zastosować zarówno do obwodów prądu przemiennego, jak i stałego, gdzie w przypadku prądu przemiennego rezystancja będzie obejmować kondensator i cewkę, a nie tylko rezystancję omową.

Krok 7: Odniesienie:

[1]https://www.electronics-tutorials.ws/dccircuits/dcp_4.html

[2]