Kirchhoffove pravidlá: 7 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

Úvod:

Vieme, že jeden ekvivalentný odpor (RT) možno nájsť, ak sú dva alebo viac odporov spojených dohromady v oboch sériách, ak rovnakými hodnotami prúdu preteká všetky súčiastky., Paralelné, ak je na ne aplikované rovnaké napätie. alebo ich kombinácie a že tieto obvody dodržiavajú Ohmov zákon. Niekedy však v zložitých obvodoch, ako sú mostové alebo T siete, nemôžeme jednoducho použiť samotný Ohmov zákon na nájdenie napätí alebo prúdov cirkulujúcich v obvode, ako je to na obrázku (1).

Na tieto typy výpočtov potrebujeme určité pravidlá, ktoré nám umožnia získať obvodové rovnice, a na to môžeme použiť Kirchhoffov obvodový zákon. [1]

Krok 1: Bežná definícia v obvodovej analýze:

Predtým, ako sa dostaneme k Kirchhoffovým pravidlám. najskôr definujeme základné veci v obvodovej analýze, ktoré budú použité pri aplikácii Kirchhoffových pravidiel.

1-obvod-obvod je vodivá dráha s uzavretou slučkou, ktorou preteká elektrický prúd.

2-cesta-jeden rad spojovacích prvkov alebo zdrojov.

3-uzol-uzol je križovatka, spojenie alebo terminál v obvode, kde sú dva alebo viac prvkov obvodu prepojené alebo spojené dohromady, čím vzniká bod spojenia medzi dvoma alebo viacerými vetvami. Uzol je označený bodkou.

4 vetva-vetva je jedna alebo skupina komponentov, ako sú odpory alebo zdroj, ktoré sú prepojené medzi dvoma uzlami.

5-slučka-slučka je jednoduchá uzavretá cesta v obvode, v ktorej sa žiadny prvok alebo uzol obvodu neobjavujú viac ako raz.

6-sieť-sieť je jedna cesta série s uzavretou slučkou, ktorá neobsahuje žiadne iné cesty. Vo vnútri sieťky nie sú žiadne slučky.

Krok 2: Dve Kirchhoffove pravidlá:

V roku 1845 nemecký fyzik Gustav Kirchhoff vyvinul pár alebo súbor pravidiel alebo zákonov, ktoré sa zaoberajú zachovaním prúdu a energie v elektrických obvodoch. Tieto dve pravidlá sú bežne známe ako Kirchhoffove zákony obvodu s jedným z Kirchhoffových zákonov zaoberajúcich sa prúdom prúdiacim okolo uzavretého obvodu, Kirchhoffov zákon o napätí (KCL), zatiaľ čo druhý zákon sa zaoberá zdrojmi napätia prítomnými v uzavretom obvode, Kirchhoffovým zákonom o napätí, (KVL).

Krok 3: Aplikácia Kirchhoffových pravidiel:

Tento obvod použijeme na aplikáciu KCL aj KVL nasledovne:

1-Rozdeľte obvod na niekoľko slučiek.

2-Nastavte smer prúdov pomocou KCL. Nastavte 2 smery prúdov, ako chcete, potom pomocou nich získajte smer tretieho podľa nasledujúceho obrázku (4).

Pomocou Kirchhoffovho aktuálneho zákona uzol KCLAt A: I1 + I2 = I3

V uzle B: I3 = I1 + I2 pomocou Kirchhoffovho zákona o napätí, KVL

rovnice sú dané ako: Smyčka 1 je daná ako: 10 = R1 (I1) + R3 (I3) = 10 (I1) + 40 (I3)

Smyčka 2 je daná ako: 20 = R2 (I2) + R3 (I3) = 20 (I2) + 40 (I3)

Smyčka 3 je daná ako: 10 - 20 = 10 (I1) - 20 (I2)

Pretože I3 je súčet I1 + I2, môžeme rovnice prepísať ako; Rov. Č. 1: 10 = 10I1 + 40 (I1 + I2) = 50I1 + 40I2 Rov. Č. 2: 20 = 20I2 + 40 (I1 + I2) = 40I1 + 60I2

Teraz máme dve „simultánne rovnice“, ktoré je možné znížiť, aby nám poskytli hodnoty I1 a I2. Substitúcia I1 z hľadiska I2 nám dáva

hodnota I1 ako -0,143 ampérov Náhrada I2 v zmysle I1 nám dáva hodnotu I2 ako +0,429 ampéra

As: I3 = I1 + I2 Prúd tečúci v rezistore R3 je daný ako: I3 = -0,143 + 0,429 = 0,286 ampéra

a napätie na odpore R3 je dané ako: 0,286 x 40 = 11,44 voltov

Záporné znamienko pre I1 znamená, že pôvodne zvolený smer súčasného toku bol nesprávny, ale napriek tomu stále platný. V skutočnosti 20v batéria nabíja 10v batériu. [2]

Krok 4: Schéma obvodu KiCAD:

Kroky na otvorenie kicadu:

Krok 5: Kroky kreslenia obvodu v Kicade:

Krok 6: Multisim simulácia obvodu:

Poznámka:

Kirchhoffovo pravidlo je možné použiť pre striedavé aj jednosmerné obvody, kde v prípade striedavého prúdu bude odpor zahŕňať kondenzátor a cievku nielen ohmický odpor.

Krok 7: Referencia:

[1]

[2]