はじめに
電気回路を正しく理解するには、電気の法則を学ぶことが不可欠です。電気回路を解くための最も重要な法則の 1 つは、キルヒホッフの法則です。キルヒホッフの法則の助けを借りて、回路をすばやく簡単に解くことが非常に簡単になります。したがって、キルヒホフは、キルヒホフの電流法則とキルヒホフの電圧法則の 2 つの法則を与えました。キルヒホッフの法則は、回路の分析に役立ちます。
ここで、キルヒホッフとは誰だったのかという疑問が生じます。グスタフ・ロベルト・キルヒホフは、1824 年 3 月 12 日にプロイセンのケーニヒスベルクで生まれたドイツの物理学者でした。最初に、彼は電気の伝導に関する研究を始めました。この研究により、彼は 1845 年に閉電気回路の 2 つの法則、すなわちキルヒホフの電流法則とキルヒホフの電圧法則を定式化することになりました。
キルヒホッフの法則とは
1845 年、ドイツの物理学者であるグスタフ ロベルト キルヒホフは、電気回路におけるエネルギーと電流の保存を説明する法則を与えました。これらの法則は、複雑な AC 回路の電気インピーダンスと抵抗の分析と計算に役立ちます。この概念を詳細に理解しましょう。 2 つのキルヒホッフの法則があります:
Kirchhoff の現在の法則は、Kirchhoff の第 1 法則または Kirchhoff のジャンクション規則です。ジャンクション ルールによれば、電気回路では、ジャンクション内の合計電流は、ジャンクション外の電流の合計に等しくなります。
キルヒホフの電圧法則は、キルヒホフの第 2 法則またはキルヒホフのループ規則としても知られています。ループ ルールによると、閉じた電気回路の周囲の電圧の合計はゼロです。
現在のキルヒホッフの法則
Kirchhoff の現在の法則は、「ノードまたはジャンクションに流れ込む電流は、そこから流れ出る電流と等しくなければならない」と述べています。
言い換えれば、与えられた電気回路のすべての電流の代数和はゼロに等しいと述べています.
したがって、この法則は電荷保存則を示しています。物理学では、電荷は保存量です。つまり、入ってくる電荷の量は、そこから出てくる電荷の量と同じです。
ここで、いくつかの例を使用してこの概念を理解してください:
ノード O で、電流 I1、I2、I3 が入力電流であり、電流 I4、I5 が出力電流である回路を考えてみましょう。ここで、ジャンクション ルールによれば、流入電流の合計は流出電流に等しくなります。したがって、
I1+I2+I3 =I4+I5
I1+I2+I3+(-I4) +(-I5) =0
ノード A に 4 つの入力電流 I1、I2、I3、I4 と 3 つの出力電流 I5、I6、I7 があるとします。
I1=5、I2=10、I3=4、I4=7、I5=6、I6=12、I7=? I7 を計算します。
Kirchhoff の現在の法則によれば、
I1 + I2 + I3 + I4 =I5 + I6 + I7
I1 + I2 + I3 + I4 – I5 – I6 – I7 =0
5 + 10 + 4 + 7 – 6 – 12 =I7
I7 =8
上記の例から、符号規則が電気回路を解く上で不可欠な部分であることは非常に明らかです。ここでは、流入電流を正、流出電流を負と見なします。
例 1: 12 ボルトの電池 2 個と 1、2、6 Ω の 3 つの抵抗器がある回路に流れる電流を求めてください
解決策:
この場合、電流の方向は時計回りの回転方向と同じになります。
– 私 – 6I + 12 – 2I + 12 =0
-9I + 24 =0
-9I =-24
私 =24 / 9
私 =8 / 3 A
キルヒホッフの電圧法則
Kirchhoff の電圧法則は、電気回路内の完全なループでは、電気エネルギーを提供するコンポーネント間のすべての電圧の合計が、同じループ内の他の要素間のすべての電圧の合計と等しくなければならないことを示しています。
言い換えると、ループ内のすべての電圧の代数和は 0 に等しくなります。
適切な結果を得るには、時計回りまたは反時計回りの方向を維持することが不可欠です。
この法則はエネルギー保存則を示しています。
仕事は、電気部品内の電気力による電荷または電荷によって行われます。
残りのコンポーネントで電荷キャリアによって行われる総仕事は、電気力のために電荷キャリアで行われる総仕事に等しくなります。したがって、要素全体の電位差が 0 になることを意味します。
問題を解決する手順:
閉ループ付近の電圧の代数和はゼロでなければなりません。
電流の方向を描き、電圧の方向にラベルを付けます。電圧源の電圧は、常に負の端に対して正であることを忘れないでください。
電圧降下方向として、時計回りまたは反時計回りのいずれかの方向を定義します。方向が定義されると、同じ規則がすべてのループで使用されます — 符号 + は電流方向の電圧を表し、それ以外の場合は – です。
KVL を適用します。
キルヒホフの法則の適用
この法則は、電流源と電圧源が電気回路でどのように機能するかを分析します。
日常生活での応用:
- 砂漠では、砂が荒れているため日中は非常に暑いです。したがって、それは優れた熱吸収体です。キルヒホッフの法則によると、良い吸収体は良いエミッターです。それに応じて、夜は涼しくなります。砂漠では日中は暑く、夜は寒いのはそのためです。
- この法則は、回路内の電流と電圧の未知の値を計算するために使用されます。
- キルヒホッフの法則は、複雑な回路の解析と計算を管理しやすく簡単にした最初の法則です。
- ホイートストン ブリッジは、キルヒホッフの法則の重要な応用です。メッシュとノードの分析にも使用されます。
結論
したがって、キルヒホッフの法則は、電気回路を迅速に解決および分析するのに役立つ基本的な電気法則です。電気回路の未知の電流と電圧の計算が容易になります。 Kirchhoff の第一法則は電荷保存に基づいており、Kirchhoff の第二法則はエネルギー保存に基づいています。 Gustav Robert Kirchhoff は 1845 年にそれを説明しました。
Kirchhoff の第 1 法則は接合則または電流則であり、Kirchhoff の第 2 法則はループ則または電圧則です。これは電気の重要かつ基本的な法則です。
