基爾霍夫定律Kirchhoff laws是電路中電壓和電流所遵循的基本規(guī)律,是分析和計(jì)算較為復(fù)雜電路的基礎(chǔ),1845年由德國物理學(xué)家G.R.基爾霍夫(Gustav Robert Kirchhoff,1824~1887)提出。它既可以用于直流電路的分析,也可以用于交流電路的分析,還可以用于含有電子元件的非線性電路的分析。
運(yùn)用基爾霍夫定律進(jìn)行電路分析時(shí),僅與電路的連接方式有關(guān),而與構(gòu)成該電路的元器件具有什么樣的性質(zhì)無關(guān)。基爾霍夫定律包括電流定律(KCL)和電壓定律(KVL),前者應(yīng)用于電路中的節(jié)點(diǎn)而后者應(yīng)用于電路中的回路。
基爾霍夫定律中的幾個(gè)概念
1、支路:一個(gè)二端元件視為一條支路,其電流和電壓分別稱為支路電流和支路電壓。下圖所示電路共有6條支路
2、結(jié)點(diǎn):電路元件的連接點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn)。圖示電路中,a、b、c點(diǎn)是結(jié)點(diǎn),d點(diǎn)和e點(diǎn)間由理想導(dǎo)線相連,應(yīng)視為一個(gè)結(jié)點(diǎn)。該電路共有4個(gè)結(jié)點(diǎn)。
3、回路:由支路組成的閉合路徑稱為回路
4、網(wǎng)孔:將電路畫在平面上內(nèi)部不含有支路的回路,稱為網(wǎng)孔。 圖示電路中的{1,2}、{2,3,4}和{4,5,6}回路都是網(wǎng)孔
基爾霍夫定律電路圖
簡(jiǎn)單直流電路與復(fù)雜直流電路的概念:
1、簡(jiǎn)單直流電路運(yùn)用歐姆定律及電阻串、并聯(lián)能進(jìn)行化簡(jiǎn)、計(jì)算的直流電路,叫簡(jiǎn)單直流電路。
2、復(fù)雜直流電路不能用電阻串、并聯(lián)化簡(jiǎn)的直流電路叫復(fù)雜直流電路。
基爾霍夫定律可以秒殺高中電路題嗎
答案是否定的,我們來詳細(xì)的了解一下什么是基爾霍夫定律。
1、基爾霍夫定律
簡(jiǎn)單來說,基爾霍夫定律就是閉合電路內(nèi),任何一個(gè)節(jié)點(diǎn),流入的電流與流出的電流相等(電流定律)。閉合電路內(nèi),任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)圍繞任何一個(gè)回路轉(zhuǎn)一圈,在各個(gè)電子元件上的壓升等于壓降。很容易理解,就是一種守恒罷了。
2、高中電路題
高中電路題考什么?考電路設(shè)計(jì)啊,考誤差分析啊,考為什么小燈泡伏安特性曲線為什么不是一條直線啊,基爾霍夫定律木有任何用啊。
基爾霍夫電壓定律有兩個(gè),一個(gè)是基爾霍夫電壓定律KVL,一個(gè)是基爾霍夫電流定律KCL。
我們先來看看基爾霍夫的電壓定律KVL:
基爾霍夫電壓定律KVL,是電氣知識(shí)的基礎(chǔ)。包括電子技術(shù)、高低壓配電網(wǎng)技術(shù)、電器理論等等,它無所不在,永遠(yuǎn)也不會(huì)過時(shí),也不會(huì)被任何其它定律所取代。
我們看下圖:
這是一個(gè)閉合回路。閉合回路的形狀是無所謂的,矩形、圓形都行,只要閉合就行。
圖中,我們從a點(diǎn)出發(fā),經(jīng)過b點(diǎn)、c點(diǎn)和d點(diǎn),再返回到a點(diǎn),由此構(gòu)成閉合路徑。有了閉合路徑的概念后,我們就可以建立KVL的概念:基爾霍夫電壓定律KVL指的是:沿著一條閉合路徑,電位上升和下降得代數(shù)和為零。
由KVL的定義,可以推出如下結(jié)論:(1)因?yàn)镋-U1-U2=0,所以E=U1+U2也即:串聯(lián)電路中,電源電壓等于電路中電壓降之和。
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其中,Us為電壓升高值,Uj為電壓降落值。它表示,閉合回路中電壓上升之和等于電壓下降之和。至于電壓方向,我們選逆時(shí)針也行,順時(shí)針也行,兩者的結(jié)果是一致的。那么由基爾霍夫電壓定律KVL能推出什么結(jié)論呢?
第一個(gè)結(jié)論:串聯(lián)電路的分壓定律;第二個(gè)結(jié)論:串聯(lián)電路中的元件位置可以互換。
與KVL相關(guān)聯(lián)的幾個(gè)結(jié)論是:電阻的串并聯(lián)公式,還有并聯(lián)電路的功率分配等等。
我們?cè)倏椿鶢柣舴螂娏鞫蒏CL:
流入一個(gè)節(jié)點(diǎn)(或者區(qū)域)的電流之和等于流出該節(jié)點(diǎn)(或者區(qū)域)的電流之和。
KCL的表達(dá)式為:
由KCL我們能得到并聯(lián)電路的分流定律,以及電壓源的并聯(lián),以及開路和短路效應(yīng)。
基爾霍夫電壓定律和電流定律的其它應(yīng)用:若我們僅僅以為基爾霍夫的這兩個(gè)定律只能用于直流回路,那就錯(cuò)了。KVL和KCL也能用于交流回路,只不過這時(shí)的電壓和電流關(guān)系要用相量來表示。特別地,電阻要換成阻抗。
KVL和KCL也能用于晶體管電路,以及電力電子電路,當(dāng)然這時(shí)的分析就復(fù)雜得多。對(duì)于電阻,我們更多地是使用動(dòng)態(tài)電阻來分析元器件的工作特性,并由此出現(xiàn)正電阻、負(fù)電阻和零電阻的概念。
甚至,我們還能把基爾霍夫的定律應(yīng)用到磁路計(jì)算中,例如磁路計(jì)算的基爾霍夫第一定律和基爾霍夫第二定律。交流磁路計(jì)算的基爾霍夫第一定律,即磁通連續(xù)性定理在交流磁路中的表達(dá)形式:
它表示在同一節(jié)點(diǎn)中流出的所有磁通瞬時(shí)值之和為零。交流磁路計(jì)算的基爾霍夫第二定律:在正弦交流下,磁路任意支路的磁動(dòng)勢(shì)為,則磁路的標(biāo)量磁位拉普拉斯方程在交流磁路中的形式為:
說明,磁路中任意一回路內(nèi)各支路的磁壓降的代數(shù)和,等于該回路內(nèi)各支路磁動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和。
結(jié)論:
題主的這個(gè)問題是針對(duì)高中課程的,但我已經(jīng)把它引申到大學(xué)物理和電路分析中去了。目的是什么呢?讓中學(xué)生們開開眼吧,別總盯著中學(xué)的電阻串并聯(lián),基爾霍夫定律的應(yīng)用面還廣著呢。
評(píng)論