Kirchhoffov zákon

Čo je Kirchhoffov zákon

Kirchhoffove zákony sú dva základné princípy používané v obvodoch elektrických prúdov a napätí, ktoré formuloval nemecký fyzik Gustav Kirchhoff v roku 1845. Tieto zákony popisujú, ako sa elektrický prúd a napätie správajú v elektrických obvodoch a sú základom pre analýzu zložitých obvodov. Existujú dva Kirchhoffove zákony: Kirchhoffov zákon prúdu (prvý zákon) a Kirchhoffov zákon napätia (druhý zákon).

1. Kirchhoffov zákon prúdu (Prvý Kirchhoffov zákon)

Kirchhoffov zákon prúdu (tiež nazývaný ako zákon o zachovaní náboja) hovorí, že algebraický súčet prúdov v akomkoľvek uzle (spojovacom bode) elektrického obvodu je rovný nule. To znamená, že celkový prúd vstupujúci do uzla sa rovná celkovému prúdu opúšťajúcemu uzol.

Matematické vyjadrenie:
∑ I in = ∑ I out
alebo
∑ I = 0

Význam: Tento zákon je založený na zákone zachovania elektrického náboja. V žiadnom uzle elektrického obvodu nemôže dôjsť k akumulácii elektrického náboja – náboj, ktorý do uzla pritečie, musí uzol opustiť.

Príklad: Ak do uzla vstupujú tri prúdy I1, I2, I3 a dva prúdy uzol opúšťajú I4 a I5, platí:
I1 + I2 + I3 = I4 + I5

2. Kirchhoffov zákon napätia (Druhý Kirchhoffov zákon)

Kirchhoffov zákon napätia (tiež známy ako zákon o zachovaní energie) hovorí, že algebraický súčet napätí v uzavretej slučke elektrického obvodu je rovný nule. Inými slovami, súčet všetkých napätí (klesajúcich aj rastúcich) v ľubovoľnej uzavretej slučke je nulový.

Matematické vyjadrenie:
∑ V = 0

Význam: Tento zákon je založený na princípe zachovania energie. Elektrická energia dodaná zdrojmi napätia (batéria, generátor) v obvode sa musí rovnať súčtu napätí spotrebovaného spotrebičmi (odpor, rezistor, cievka, kondenzátor) v obvode.

Príklad: V jednoduchom obvode obsahujúcom zdroj napätia Vbatéria a dva rezistory s napätím V1 a V2 platí:
Vbatéria - V1 - V2 = 0
alebo
Vbatéria = V1 + V2

Príklady využitia Kirchhoffových zákonov

• Návrh elektronických obvodov: Inžinieri používajú Kirchhoffove zákony pri návrhu a analýze elektronických zariadení, ako sú počítače, mobilné telefóny a iná spotrebná elektronika.
• Výpočet prúdov a napätí v elektrickej sieti: Kirchhoffove zákony sa používajú na analýzu a výpočet prúdov a napätí v elektrických rozvodných sieťach, aby sa zabezpečilo, že všetky prvky systému fungujú efektívne a bezpečne.
• Diagnostika porúch v obvodoch: Technici používajú Kirchhoffove zákony pri hľadaní a opravách porúch v elektrických obvodoch, ako sú skraty alebo otvorené obvody.

Kirchhoffove zákony sú kľúčové nástroje pre pochopenie a analýzu elektrických obvodov. Umožňujú inžinierom a technikom presne vypočítať prúdy a napätia v rôznych častiach obvodov a zabezpečiť, že systémy fungujú efektívne a bezpečne. Napriek tomu, že môžu mať určité obmedzenia, ich praktická hodnota v elektrotechnike a elektronike je neoceniteľná.