Правила Кірхгофа
Раніше нами були розглянуті найпростіші варіанти послідовного та паралельного ланцюгів. Звісно ж, у реальних електричних ланцюгах елементи з’єднуються, як паралельно, так і послідовно, і розбити такі ланцюги на послідовні і паралельні складові досить складно. На щастя, Густав Кірхгоф знайшов досить просте вирішення зазначеної проблеми, сформулювавши два правила, в основі яких лежить поняття вузла (точки з’єднання трьох і більше провідників) та контуру (замкнутий шлях із провідників).
Правила Кірхгофа:
- Правило з’єднання – загальний струм, що надходить у будь який вузол ланцюга дорівнює загальному струму, що виходить з цього вузла: ΣI=0.
- Правило контурів – для замкнутого контуру сумарна ЕРС дорівнює сумарній напрузі: ΣU=0.
Правила Кірхгофа дають можливість проводити аналіз електричних кіл практично будь-якої складності, оскільки в їх основі лежать співвідношення цілісності, які виконуються між струмами та напругами на будь-якій ділянці електричного ланцюга.
З правилом поєднання особливих проблем не виникає, оскільки воно інтуїтивно зрозуміло. Складніше зрозуміти, як працює правило контурів.
Розглянемо правило контурів на простому прикладі електричного ланцюга із двох резисторів (R1=100 Ом; R2=500 Ом) та двох джерел живлення (U1=3 В; U2=6 В). Визначимо силу струму, що протікає в такому ланцюзі.
У джерелах живлення відбувається підйом напруги, коли електрони “входять” у катод (негативний полюс) та виходять з анода (позитивний полюс). У резисторах відбувається падіння напруги, оскільки резистор чинить опір руху електрона. Правило контурів говорить про те, що, на скільки напруга піднялася в джерелі живлення, на стільки ж вона знизилася в резисторах.
Відповідно до правила контурів, уздовж всього контуру сума напруг дорівнює нулю: ΣU=0
При цьому на кожному з резисторів відбувається падіння напруги: U=IR
Для того, щоб визначити струм, що протікає в ланцюзі, намалюємо його рух стрілкою (напрямок не відіграє суттєвої ролі).
Будемо рухатися за стрілкою, записуючи знак і величину підйому або падіння напруги в ланцюзі, на вході в джерело живлення, або резистор:
