Thật khó để có được rất nhiều thiết bị điện tử mà không biết luật của OHM. Được đặt tên theo [Georg Ohm] Nó mô tả các mối quan hệ hiện tại và điện áp trong các mạch tuyến tính. Tuy nhiên, có hai luật thậm chí còn cơ bản hơn nhiều mà không đạt được gần như sự tôn trọng mà luật pháp của Ohm được. Đó là những luật của Kirchhoff.
Trong điều kiện dễ dàng, luật của Kirchhoff thực sự là một biểu hiện của bảo tồn năng lượng. Luật hiện tại của Kirchhoff (KCL) nói rằng dòng điện sẽ diễn ra vào một điểm duy nhất (một nút) phải có cùng một lượng hiện tại của nó. Nếu bạn có nhiều toán học hơn nhiều, bạn có thể nói rằng tổng của hiện tại đang diễn ra và hiện tại sẽ luôn bằng 0, vì hiện tại sẽ có một dấu âm so với dòng hiện tại.
Bạn biết hiện tại trong một mạch dòng luôn giống nhau, phải không? Ví dụ, trong một mạch có pin, đèn LED và điện trở, đèn LED và điện trở sẽ có cùng dòng trong đó. Đó là kcl. Hiện tại sẽ đi vào điện trở tốt hơn giống như dòng điện ra khỏi nó và vào đèn LED.
Điều này chủ yếu là thú vị khi có nhiều hơn hai dây đi vào một điểm. Nếu một pin ổ đĩa 3 bóng đèn giống hệt nhau một cách kỳ diệu, thì mỗi bóng đèn sẽ nhận được một phần ba tổng số hiện tại. Nút mà dây của pin tham gia với các dẫn đến 3 bóng đèn là nút. Tất cả các hiện tại đến, phải bằng tất cả các dòng hiện tại. Ngay cả khi bóng đèn không giống nhau, tổng số sẽ vẫn bằng nhau. Vì vậy, nếu bạn biết bất kỳ ba giá trị, bạn có thể tính toán thứ tư.
Nếu bạn muốn chơi với nó, bạn có thể mô phỏng mạch dưới đây.
Dòng điện từ pin phải bằng dòng điện vào pin. Hai điện trở ở cực nhỏ và tốt nhất có cùng dòng thông qua chúng (1,56 Ma). Trong vòng lặp lại của trình giả lập, mỗi nhánh của sự phân chia có phần của nó trong tổng số (lưu ý chân dưới cùng có tổng chiều phản kháng 3k và do đó, mang lại ít dòng điện hơn).
Luật điện áp của Kirchhoff (KVL) nói rằng điện áp xung quanh một vòng lặp có tính bằng 0. Hãy ví dụ dễ dàng. Pin 12V có bóng đèn 12V trên đó. Bao nhiêu điện áp nằm trên bóng đèn? 12V. Nếu có hai bóng đèn giống hệt nhau, chúng vẫn sẽ nhìn thấy 12V trên mỗi bóng đèn.
Bạn có thể mô phỏng mạch này để xem hiệu ứng. Vòng lặp với hai bóng đèn có 12V trên đó và mỗi bóng đèn được một nửa vì chúng giống hệt nhau. Đường dẫn bên phải có điện áp khác nhau nhưng chúng vẫn phải thêm tối đa 12.
Tất cả một mình, KVL sẽ không hữu ích lắm, nhưng có một nguyên tắc được gọi là sự chồng chất. Đó là một cách lạ mắt để nói rằng bạn có thể phá vỡ một mạch phức tạp thành từng mảnh và nhìn vào từng mảnh, sau đó thêm kết quả và nhận được câu trả lời tốt nhất.
Phân tích
Bạn có thể sử dụng hai luật này để phân tích các mạch bằng cách sử dụng phân tích nút (đối với KCL) hoặc phân tích lưới cho KVL, bất kể chúng phức tạp như thế nào. Vấn đề duy nhất là bạn kết thúc với nhiều phương trình và có thể phải giải quyết chúng như một hệ phương trình đồng thời. May mắn thay, máy tính thực sự giỏi về điều đó, và phần mềm phân tích mạch thường sử dụng một trong những kỹ thuật này để tìm câu trả lời.
Xem xét mạch này:
Điều này thực sự quá dễ dàng bởi vì chúng ta biết V1 và V2 tốt nhất ra khỏi cổng (5V cho pin và 0, vì V2 được kết nối với mặt đất). Ngoài ra, một con người sẽ biết để tính toán tương đương với R2 và R3, nhưng điều đó có thể không rõ ràng trong một mạch phức tạp hơn nhiều, đặc biệt là với một máy tính.
Nút có nhãn VX có ba dòng. I1 là dòng điện qua pin và R1 chảy vào. I2 là dòng điện chạy qua R2 và I3 là dòng điện chạy qua R3. Bạn có thể viết phương trình cho cả ba dòng, dễ dàng:
I1 = (VX-V1) / R1
I2 = (VX-V2) / R2
I3 = (VX-V2) / R3
Tất nhiên, chúng tôi biết các giá trị của mọi thứ trên tốt nhất ngoại trừ VX, vì vậy:
I1 = (VX-5) / 300
I2 = VX / R2
I3 = VX / R3
Lưu ý rằng dòng đầu tiên ở trên là “lùi” vì I1 đang chảy vào nút VX và những người khác đang chảy ra; Có một số cách bạn có thể chọn để đối phó với điều này. Bây giờ sử dụng KCL, chúng tôi biết rằng: I1 + I2 + I3 = 0 Bạn có thể thay thế tất cả các I của I với phương trình của chúng:
(VX-5) / 300 + VX / 500 + VX / 100 = 0
(5VX + 3VX + 15VX) / 1500 = 5/300
23VX / 1500 = 5/00
23VX = 1500 (5/300)
VX = 25/23 = 1.09V (Giới thiệu)
Đối với Dòng 2 ở trên, bội số phổ biến nhất là 300, 500 và 100 là 1500 và chúng tôi thêm 5/300 cho cả hai bên để có các thuật ngữ VX một mình. Trong dòng 4, chúng tôi nhân cả hai bên vào năm 1500 để đến giải pháp.
Nếu bạn nhìn vào mô phỏng, bạn sẽ thấy rằng VX là 1.09V. Bây giờ bạn có thể quay lại các phương trình và nhận I1, I2 và I3, bằng cách chỉ cần cắm các giá trị. Tất nhiên, những vấn đề thực sự bị Thornier và thường xuyên kết thúc với một hệ thống phương trình bạn phải giải quyết.
Nếu bạn thực sự muốn theo đuổi toán học cao hơn, bạn có thể vui mừng trong video Khan Academy về phân tích Nodal, bên dưới. Lưu ý rằng họ đối phó với ý tưởng về dòng điện tiêu cực rõ ràng. Nếu bạn muốn sử dụng toán học của họ về ví dụ của chúng tôi, thì I2 và I3 âm tính rõ ràng và I1 làbắt nguồn từ 5-VX thay vì VX-5. Sau đó, bạn cuộn lên với -23vx = -25 và nhận được kết quả tương tự vào cuối. Đó là môn Toán là như thế nào.
Cách khác để thực hiện loại phân tích có hệ thống này với KCL và KVL là phân tích lưới. Ở đó bạn sử dụng chồng chất và phương trình đồng thời. Nhưng đừng lo lắng – nó không khó như nó có vẻ. Thay vì đi vào đó, bạn có thể xem một video Khan Academy khác về chủ đề này. Chỉ cần bụi bỏ những kỹ năng đại số đó.
Lịch sử
[Gustav Kirchhoff] là một nhà vật lý người Đức đã làm việc tất cả những điều này trong năm 1845, khoảng 20 năm sau [ohm] đã thực hiện luật pháp của mình. Trên thực tế, [Ohm] không phải là người đầu tiên, anh ta chỉ là người đầu tiên nói về nó. [Henry Cavendish] đã tìm ra luật pháp của Ohm vào năm 1781 sử dụng lọ leyden (tụ điện lớn) và cơ thể của chính mình như một ampe kế. Anh ta đã hoàn thành mạch với cơ thể và đánh giá dòng chảy hiện tại của số lượng sốc mà anh ta nhận được. bây giờ đó là sự cống hiến. [Ohm] đã có một thiết lập thử nghiệm tốt hơn và – theo như chúng tôi biết – tất nhiên không phải là một vấn đề như một vấn đề.
Bạn có thể nghĩ rằng [ohm] được tôn trọng với khám phá của mình, nhưng đó không phải là trường hợp. Cơ sở rất buồn với những phát hiện của mình. Một kỷ yếu của Đức về nhà phê bình khoa học có nhãn “một trang web của các fancies trần truồng”. Bộ trưởng Bộ Giáo dục Đức gọi nó là “Heresy”. Đó là đối lập với luật của Barlow (được đề xuất vào năm 1825 bởi [Peter Barlow] nói rằng hiện tại có liên quan đến đường kính của dây và chiều dài của nó.
Trên thực tế, [Barlow] không hoàn toàn sai. Ông đã sử dụng điện áp không đổi và không hiểu (như [ohm] đã làm) rằng nguồn điện áp có điện trở trong. [Ohm], trên thực tế, chuyển từ pin sang cặp nhiệt điện vì tại thời điểm chúng có đầu ra ổn định hơn nhiều và khả năng kháng bên trong có thể dự đoán được.
Thật khó để tưởng tượng ngày hôm nay, nhưng có rất nhiều thử nghiệm và pháp luật viết lại sau đó – không phải tất cả đều đúng, rõ ràng. Thông thường người chúng ta liên kết với công việc không thực sự là người đầu tiên, chỉ là người xuất bản. Một ví dụ khác là Cầu Wheatstone. [Sir Charles Wheatstone] Làm cho nó nổi tiếng, nhưng nó thực sự là đứa con tinh thần của [Samuel Christie].
Và?
Vì một số lý do, mọi người đều biết luật của Ohm, nhưng bạn không nghe thấy nhiều về [Gustav] tội nghiệp. Nếu bạn học một lớp kỹ thuật điện, những luật này là một trong những điều đầu tiên bạn học được. Bạn có thể không sử dụng nó mỗi ngày, đặc biệt là trong ngày mô phỏng máy tính này. Tuy nhiên, sự hiểu biết phân tích như thế này có thể giúp bạn phát triển một sự hiểu biết trực quan về thiết bị điện tử.
Nhân tiện, các mô phỏng trong bài đăng này đang sử dụng Falstad Simulator mà chúng tôi đã bảo hiểm trước đây. Mặc dù thông thường sử dụng trình giả lập để chỉ cung cấp cho bạn câu trả lời, nhưng nó cũng hữu ích để để nó kiểm tra công việc của bạn. Các phương trình trên, ví dụ, sẽ dễ dàng trộn các dấu hiệu hoặc mắc một lỗi khác. Nếu câu trả lời không khớp với trình giả lập, có lẽ bạn đã phạm sai lầm. Chắc chắn, bạn chỉ cần đọc giá trị khỏi trình giả lập, nhưng điều đó không cho phép bạn phát triển trực giác hoạt động thông qua toán học.
0