基爾霍夫的電壓定律和能量守恒分析

古斯塔夫·基希霍夫（Gustav Kirchhoff）的電壓定律是我們可用于電路分析的第二個基本定律。他的電壓定律指出，對于閉環(huán)串聯(lián)路徑，電路中任何閉環(huán)周圍的所有電壓的代數(shù)和等于零。這是因為電路回路是閉合的導電路徑，因此不會損失任何能量。

換句話說，環(huán)路周圍所有電位差的代數(shù)和必須等于零，例如：ΣV= 0。在此注意，術(shù)語“代數(shù)和”是指考慮電源的極性和符號以及環(huán)路周圍的電壓降。

基爾霍夫（Kirchhoff）的想法通常被稱為能量守恒（Energy of Conservation），因為它在閉環(huán)或電路中移動，最終會回到電路中的起始位置，因此回到相同的初始電勢，而電路周圍沒有電壓損失。循環(huán)。因此，環(huán)路周圍的任何電壓降必須等于沿途遇到的任何電壓源。

因此，在將基爾霍夫電壓定律應用于特定電路元件時，重要的是我們要特別注意元件兩端的電壓降和源的電動勢的代數(shù)符號（+和-），否則我們的計算可能是錯誤的。

但是，在我們進一步仔細研究基爾霍夫電壓定律（KVL）之前，首先要了解單個元件（例如電阻器）上的壓降。

單回路元件

對于這個簡單的示例，我們將假定電流I與正電荷流（即常規(guī)電流）的方向相同。

在這里，流經(jīng)電阻的電流從A點到B點，即從正極端子到負極端子。因此，當我們沿著與電流流動方向相同的方向行進時，電阻元件兩端的電位將下降，從而導致其兩端的-IR電壓降。

如果電流從B點到A點的方向相反，那么當我們從-電位轉(zhuǎn)變?yōu)?電位時，電阻元件兩端的電位會升高，從而給我們帶來+ I * R壓降。

因此，要將基爾霍夫電壓定律正確地應用于電路，我們必須首先了解極性的方向，并且如我們所見，跨阻性元件的電壓降的符號將取決于流過該元件的電流方向。通常，您將沿元件的相同電流方向釋放電勢，并隨著向電動勢源方向移動而獲得電勢。

可以假定閉合電路周圍的電流方向為順時針或逆時針，并且可以選擇其中一個。如果選擇的方向與電流的實際方向不同，則結(jié)果仍將是正確且有效的，但將導致代數(shù)答案的符號為負。

為了進一步理解這個想法，讓我們看一個電路回路，看看基爾霍夫的《電壓定律》是否成立。

單回路

基爾霍夫（Kirchhoff）的電壓定律規(guī)定，任何環(huán)路中的電勢差的代數(shù)和必須等于零，例如：ΣV=0。由于兩個電阻R 1和R 2串聯(lián)連接在一起，因此它們都是電阻的一部分。相同的環(huán)路，因此相同的電流必須流經(jīng)每個電阻器。

因此，電阻上的壓降R 1 = I * R 1，電阻上的壓降R 2 = I * R 2由KVL給出：

我們可以看到，將Kirchhoff的電壓定律應用于該單個閉環(huán)，可以得出串聯(lián)電路中等效或總電阻的公式，我們可以對此進行擴展以找到環(huán)路周圍的壓降值。

基爾霍夫電壓定律第1例

三個電阻值分別為10歐姆，20歐姆和30歐姆串聯(lián)連接在12伏電池電源上。計算：a）總電阻，b）電路電流，c）通過每個電阻器的電流，d）每個電阻器兩端的壓降，e）驗證基爾霍夫的電壓定律KVL成立。

a）總電阻（R T）

R T= R 1+ R 2+ R 3 =10Ω+20Ω+30Ω=60Ω

那么總電路電阻R T等于60Ω

b）電路電流（I）

因此，總電路電流I等于0.2安培或200mA

c）每個電阻的電流

電阻串聯(lián)連接在一起，它們都是同一回路的一部分，因此每個電阻承受的電流量相同。從而：

I R1= I R2= I R3= I SERIES = 0.2安培

d）每個電阻兩端的壓降

V R1= I x R 1= 0.2 x 10 = 2伏

V R2= I x R 2= 0.2 x 20 = 4伏

V R3= I x R 3= 0.2 x 30 = 6伏

e）驗證基爾霍夫電壓定律

因此，基爾霍夫的電壓定律成立，因為閉環(huán)周圍的各個電壓降之和等于總電壓。

基爾霍夫的循環(huán)賽

我們在這里已經(jīng)看到基爾霍夫的電壓定律，KVL是基爾霍夫的第二定律，并指出了所有電壓降的代數(shù)和，即當您從某個固定點繞到閉合回路并返回到同一點時，并考慮了極性，始終為零。那就是ΣV= 0

基爾霍夫第二定律背后的理論也稱為電壓守恒定律，在處理串聯(lián)電路時，這對我們特別有用，因為串聯(lián)電路還充當分壓器，而分壓器電路是許多串聯(lián)的重要應用電路

責任編輯：lq