Закон Кіргофа - незмінні правила

Після відкриття електрики його стали досить широко використовувати в промисловості, хоча дослідження його природи при цьому тривали. Були встановлені основні закономірності, що дозволяють розрахувати найпростіші елементи ланцюга, використовуючи закон Ома. Але вже почали з`являтися складні електричні ланцюги, і часто з їх розрахунками виникали труднощі. У цей час завдяки працям німецького фізика Кіргофа і з`явився закон Кіргофа, який дозволяв описати будь-яку електричний ланцюг.

Тут необхідно зробити попередні пояснення за деякими елементами ланцюга. В електричному ланцюзі вузлом називається з`єднання разом декількох (як правило, трьох і більше) провідників, що підходять з різних місць і після з`єднання розбіжних в інші точки. Для електричного кола контуром називається замкнутий шлях, через який проходить електричний струм. Контур складається з кількох самостійних вузлів, причому кожен вузол зустрічається не більше одного разу.

Ці закони стали робочим інструментом для багатьох поколінь інженерів, дозволяючи вирішувати найскладніші завдання. Стосуються вони в першу чергу розгалужених ланцюгів. Перший закон Кіргофа свідчить, що загальний струм, втікає в вузол, дорівнює сумі випливають з нього струмів. Тут можна провести аналогію з водою. Якщо разом з`єднуються дві річки, то кількість води, що надходить по обох річках, дорівнює кількості води, що тече далі після злиття річок.

В принципі, тут все ясно і зрозуміло. Ось тільки потрібно згадати про законі збереження енергії. Сформульований вище закон Кіргофа можна вважати його наслідком. Скільки електронів прийшло до вузла ланцюга, така ж кількість електронів має піти. Якщо весь струм, втікає в вузол електричного кола, не йтиме повністю з вузла, то у вузлі почне відбуватися накопичення заряду, а цього насправді не відбувається. Все повністю відповідає чинному закону збереження енергії - нічого нізвідки не виникає і не зникає в нікуди.

Не менш простий для розуміння і другий закон Кіргофа. Стосується він складних, розгалужених ланцюгів, що складаються з декількох елементів. Таку ланцюг можна розбити на ряд окремих простих контурів. Якщо в контурі є додаткові джерела, наприклад, батарейка, то протікають в ланцюзі електрони можуть отримувати додаткову енергію або втрачати її на опорах та інших елементах.

Описуючи поведінку електричного струму в подібних ланцюгах, другий закон Кіргофа свідчить, що в електричному ланцюзі в замкнутому контурі сума ЕРС дорівнює загальному падінню напруги в контурі, тобто сума напруг в замкнутому контурі дорівнює нулю. З урахуванням закону збереження енергії тут теж все зрозуміло. У замкнутому контурі енергія взятися нізвідки не може, окрім як з існуючого джерела. Якщо енергія береться з нізвідки, тоді можна говорити про створення вічного двигуна. У такому випадку струм, пройшовши через замкнутий контур, повинен буде збільшуватися. Насправді нічого подібного не відбувається, як не існує і вічного двигуна.

Застосовують закони Кіргофа, як перший, так і другий, для розрахунків елементів ланцюгів. В першу чергу - для розрахунку режимів роботи і визначення необхідних номіналів елементів ланцюга. Ці елементи можуть з`єднуватися різними способами, утворюючи вузли і контури. Сполуки можуть бути як послідовними, так і паралельними.

Завдяки описаним законам завжди можна визначити режими роботи різних елементів, що впливають на них напруги, що протікають струми, підібрати електрорадіоізделія, які підходять за параметрами до умов роботи. Цими законами часто користуються інженери при розрахунках найрізноманітніших електронних і електротехнічних схем. Такий розрахунок дозволяє забезпечити правильну і довговічну роботу виробів.

Ось що собою являють закони Кіргофа, перший і другий. Це спрощений виклад, тут не наводяться формули і можливі приклади розрахунків, а дано опис суті самих законів, показана їх зв`язок з законом збереження енергії і наведені приклади можливого використання.