Правила Кирхгофа: 7 шагов

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:04

Вступление:

Мы знаем, что единое эквивалентное сопротивление (RT) можно найти, когда два или более резистора соединены вместе в любой из последовательностей, если одно и то же значение тока протекает через все компоненты., Параллельно, если на них приложено одинаковое напряжение. или их комбинации, и что эти цепи подчиняются закону Ома. Однако иногда в сложных схемах, таких как мостовые или Т-сети, мы не можем просто использовать только закон Ома, чтобы найти напряжения или токи, циркулирующие в цепи, как показано на рисунке (1).

Для таких расчетов нам нужны определенные правила, которые позволят нам получить уравнения цепи, и для этого мы можем использовать закон Кирхгофа для цепей. [1]

Шаг 1: Общее определение в анализе цепей:

Прежде чем мы перейдем к правилам Кирхгофа. Сначала мы определим основные вещи в схемном анализе, которые будут использоваться при применении правил Кирхгофа.

1-Цепь - цепь представляет собой проводящий путь с обратной связью, по которому течет электрический ток.

2-Path - одна линия соединяющих элементов или источников.

3 узла - узел - это соединение, соединение или терминал в цепи, где два или более элемента схемы соединены или соединены вместе, образуя точку соединения между двумя или более ответвлениями. Узел обозначен точкой.

4-ответвление - ответвление - это один или группа компонентов, таких как резисторы или источник, которые подключены между двумя узлами.

5-петля - петля - это простой замкнутый путь в схеме, в которой ни один элемент схемы или узел не встречается более одного раза.

6-сетка - сетка - это один последовательный путь замкнутого цикла, не содержащий других путей. Внутри сетки нет петель.

Шаг 2: два правила Кирхгофа:

В 1845 году немецкий физик Густав Кирхгоф разработал пару или свод правил или законов, касающихся сохранения тока и энергии в электрических цепях. Эти два правила широко известны как законы Кирхгофа для цепей, причем один из законов Кирхгофа относится к току, протекающему по замкнутой цепи, закон напряжения Кирхгофа (KCL), в то время как другой закон касается источников напряжения, присутствующих в замкнутой цепи, закон напряжения Кирхгофа., (КВЛ).

Шаг 3: Применение правил Кирхгофа:

Мы будем использовать эту схему для применения как KCL, так и KVL следующим образом:

1-Разделить схему на несколько петель.

2-Установите направление токов с помощью KCL. Установите 2 направления тока по своему усмотрению, затем используйте их, чтобы получить направление третьего тока, как показано на рисунке (4).

Используя закон Кирхгофа, KCLA в узле A: I1 + I2 = I3

В узле B: I3 = I1 + I2 Используя закон напряжения Кирхгофа, KVL

уравнения имеют следующий вид: Цикл 1 задается как: 10 = R1 (I1) + R3 (I3) = 10 (I1) + 40 (I3)

Контур 2 задается как: 20 = R2 (I2) + R3 (I3) = 20 (I2) + 40 (I3)

Контур 3 задается как: 10-20 = 10 (I1) - 20 (I2)

Поскольку I3 является суммой I1 + I2, мы можем переписать уравнения как; Уравнение Нет 1:10 = 10I1 + 40 (I1 + I2) = 50I1 + 40I2 Ур. Нет 2:20 = 20I2 + 40 (I1 + I2) = 40I1 + 60I2

Теперь у нас есть два «одновременных уравнения», которые можно свести к значениям I1 и I2. Замена I1 на I2 дает нам

значение I1 как -0,143 ампер. Замена I2 на I1 дает нам значение I2 как +0,429 ампер.

Как: I3 = I1 + I2 Ток, протекающий в резисторе R3, определяется как: I3 = -0,143 + 0,429 = 0,286 ампер.

а напряжение на резисторе R3 равно: 0,286 x 40 = 11,44 вольт.

Отрицательный знак для I1 означает, что изначально выбранное направление тока было неправильным, но, тем не менее, действительным. Фактически, аккумулятор на 20 В заряжает аккумулятор на 10 В. [2]

Шаг 4: Схема KiCAD:

Шаги открытия кикад:

Шаг 5: Шаги рисования схемы в Kicad:

Шаг 6: Мультимедийное моделирование схемы:

Примечание:

Правило Кирхгофа может применяться как для цепей переменного, так и для постоянного тока, где в случае переменного тока сопротивление будет включать не только омическое сопротивление конденсатора и катушки.

Шаг 7: Ссылка:

[1]

[2]