1845 年、ドイツの物理学者 Gustav Kirchhoff は、電気工学の中心となった 2 つの法則を初めて記述しました。 Kirchhoff のジャンクションの法則としても知られる Kirchhoff の Current Law および Kirchhoff の First Law は、電流がジャンクション (3 つ以上の導体が交わる点) を通過するときの電流の分布方法を定義します。別の言い方をすれば、Kirchhoff の法則は、電気ネットワークのノードから出るすべての電流の合計は常にゼロに等しいと述べています。
これらの法則は、電気回路ループ内の接合点を流れる電流値と電圧の関係を記述しているため、実生活で非常に役立ちます。それらは、地球上で継続的に使用されている何十億もの電化製品やデバイス、家庭や企業全体で電流がどのように流れるかを説明しています.
キルヒホッフの法則:基本
具体的には、法律は次のように述べています:
接合部への電流の代数和はゼロです。
電流は導体を通る電子の流れであるため、接合部で蓄積することはできません。つまり、電流は保存されます。入ったものは出なければなりません。ジャンクションのよく知られた例であるジャンクション ボックスを思い浮かべてください。これらのボックスはほとんどの家に設置されています。それらは、家の中のすべての電気が流れなければならない配線を含む箱です.
計算を実行する場合、通常、ジャンクションに出入りする電流の符号は反対になります。 Kirchhoff の現在の法則を次のように述べることができます:
接合部への電流の合計は、接合部からの電流の合計に等しくなります。
2 つの法則をさらに具体的に分類できます。
キルヒホッフの現行法
写真では、4 つの導体 (ワイヤ) の接合部が示されています。電流 v 2 そしてv 3 v の間、ジャンクションに流れ込んでいます 1 そしてv 4 そこから流れ出します。この例では、Kirchhoff のジャンクション ルールによって次の方程式が得られます:
v 2 + v 3 =v 1 + v 4
キルヒホッフの電圧法則
キルヒホッフの電圧法則は、電気回路のループまたは閉じた導電路内の電圧の分布を表しています。キルヒホッフの電圧法則は次のように述べています:
ループ内の電圧 (電位) 差の代数和はゼロに等しくなければなりません。
電圧差には、電磁界 (EMF) や、回路に接続された抵抗器、電源 (バッテリーなど)、またはデバイス (ランプ、テレビ、ブレンダーなど) などの抵抗要素に関連するものが含まれます。これは、回路内の個々のループのいずれかを進むにつれて電圧が上昇および下降することを想像してください。
キルヒホッフの電圧法則は、電気回路内の静電場が保存力場であるため発生します。電圧はシステム内の電気エネルギーを表すため、エネルギー保存の特定のケースと考えてください。ループを一周するとき、開始点に到着した時点では、開始時と同じポテンシャルを持っているため、ループに沿った増加と減少は相殺され、合計の変化がゼロになります。そうでない場合、始点/終点のポテンシャルは 2 つの異なる値になります。
キルヒホッフの電圧法則における正符号と負符号
電圧規則を使用するには、いくつかの符号規則が必要ですが、これは必ずしも現在の規則ほど明確ではありません。ループに沿って進む方向 (時計回りまたは反時計回り) を選択します。 EMF（電源）でプラスからマイナス（+から-）に移動すると、電圧が低下するため、値はマイナスになります。マイナスからプラス(-から+)に行くと電圧が上がるので、値はプラスです。
キルヒホッフの電圧法則を適用するために回路を移動するときは、特定の要素が電圧の増加または減少を表しているかどうかを判断するために、常に同じ方向 (時計回りまたは反時計回り) に進んでいることを忘れないでください。飛び跳ねたり、別の方向に移動したりすると、方程式が正しくなくなります。
抵抗器を横切るとき、電圧変化は次の式で決まります:
I*R
ここで 私 現在の値と R 抵抗器の抵抗です。電流と同じ方向に交差するということは、電圧が下がることを意味するので、その値は負です。電流と反対の方向に抵抗を横切るとき、電圧値は正なので、増加しています。
キルヒホッフの電圧法則の適用
Kirchhoff の法則の最も基本的なアプリケーションは、電気回路に関連しています。中学校の物理で、回路内の電気は 1 つの連続した方向に流れなければならないことを覚えているかもしれません。たとえば、ライトのスイッチをオフにすると、回路が遮断され、ライトがオフになります。もう一度スイッチを入れると、回路が再びオンになり、ライトが再び点灯します。
または、家やクリスマス ツリーにストリング ライトを付けることを考えてみてください。電球が 1 つでも消えると、一連のライト全体が消えます。これは、壊れたライトで止まった電気が行き場を失ったからです。電灯のスイッチを切って回路を遮断するのと同じです。キルヒホッフの法則に関するもう 1 つの側面は、ジャンクションに出入りするすべての電気の合計がゼロでなければならないということです。ジャンクションに入る電気 (および回路を流れる電気) は、入ってくる電気も出なければならないため、ゼロに等しくなければなりません。
したがって、次にジャンクション ボックスの作業を行ったり、電気技師がそうしているのを観察したり、電気のホリデー ライトをひもでつないだり、テレビやコンピューターの電源を入れたり切ったりするときは、Kirchhoff がすべての仕組みを最初に説明したことを思い出してください。電気。
