Еще раз о правилах Кирхгофа для разветвленных цепей

ДОПОЛНЕНИЕ, ПО ЗАДАВАЕМЫМ ПОСЛЕ ЛЕКЦИИ ВОПРОСАМ

Условия стационарности (постоянства тока)

1. При постоянном токе распределение зарядов в проводнике должно быть постоянным, в противном случае переменным станет поле, а значит и ток.
2. Стационарное распределение зарядов создает потенциальное поле, как и в случае электростатики.
3. Стационарное распределение зарядов приводит к тому, что токи либо замкнуты, либо уходят на бесконечность.
4. Стационарное распределение зарядов приводит к тому, что при отсутствии разветвлений тока, величина тока одинакова в различных сечениях проводника.
5. Стационарное распределение зарядов приводит к выполнению первого закона Кирхгофа: алгебраическая сумма сил токов для каждого узла в разветвленной цепи равна нулю.

(ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ)

Для упрощения расчетов сложных электрических цепей, содержащих неоднородные участки, используются правила Кирхгофа, которые являются обобщением закона Ома на случай разветвленных цепей.

В разветвленных цепях можно выделить узловые точки (узлы), в которых сходятся не менее трех проводников (рис. 1.). Токи, втекающие в узел, принято считать положительными; вытекающие из узла – отрицательными.

Рисунок 1 Узел электрической цепи. I₁, I₂ > 0; I₃, I₄ < 0

В узлах цепи постоянного тока не может происходить накопление зарядов. Отсюда следует первое правило Кирхгофа:

Алгебраическая сумма сил токов для каждого узла в разветвленной цепи равна нулю:

I₁ + I₂ + I₃ +... + I_n = 0.

Первое правило Кирхгофа является следствием закона сохранения электрического заряда.

В разветвленной цепи всегда можно выделить некоторое количество замкнутых путей, состоящих из однородных и неоднородных участков. Такие замкнутые пути называются контурами. На разных участках выделенного контура могут протекать различные токи. На рис. 2 представлен простой пример разветвленной цепи. Цепь содержит два узла a и d, в которых сходятся одинаковые токи; поэтому только один из узлов является независимым (a или d).

Рисунок 2. Пример разветвленной электрической цепи. Цепь содержит один независимый узел (a или d) и два независимых контура (например, abcd и adef)

В цепи можно выделить три контура abcd, adef и abcdef. Из них только два являются независимыми (например, abcd и adef), так как третий не содержит никаких новых участков.

Второе правило Кирхгофа является следствием обобщенного закона Ома.

Запишем обобщенный закон Ома для участков, составляющих один из контуров цепи, изображенной на рис. 2, например, abcd. Для этого на каждом участке нужно задать положительное направление тока и положительное направление обхода контура. При записи обобщенного закона Ома для каждого из участков необходимо соблюдать определенные «правила знаков», которые поясняются на рис. 3.

Рисунок 3. «Правила знаков»

Для участков контура abcd обобщенный закон Ома записывается в виде:

Для участка bc: I₁R₁ = Δφ_bc – ₁.

Для участка da: I₂R₂ = Δφ_da – ₂.

Дата добавления: 2014-01-06