Máistreacht a dhéanamh ar Dhlí Voltais Kirchhoff: Treoir Shimplí ar Anailís Chuarda

Is é Dlí Voltais Kirchhoff (KVL) an chéad phrionsabal i Leictreach Ciorcaid a chinntíonn go bhfuil an voltas iomlán i lúb dúnta suimeanna i gcónaí nialas.Cabhraíonn an dlí seo leat anailís a dhéanamh ar chiorcaid trí rianú a dhéanamh ar an gcaoi a bhfuil voltas dáilte thar chomhpháirteanna éagsúla.Cibé acu córais cumhachta a dhearadh nó leictreonaic fabhtcheartaithe, is gá KVL a thuiscint éifeachtúlacht agus cothromaíocht a choinneáil i líonraí leictreacha.I seo Treoir, déanfaimid iniúchadh ar an gcaoi a n -oibríonn KVL, a iarratais, agus cén fáth go bhfuil sé mór in anailís chiorcaid.

Catalóg

Iniúchadh a dhéanamh ar Dhlí Voltais Kirchhoff (KVL)

Dlí voltais Kirchhoff (KVL), arna fhoirmiú ag fisiceoir na Gearmáine Gustav Is é R. Kirchhoff i 1847 an chéad phrionsabal i gciorcad leictreach Anailís.Deir sé: “Caithfidh suim na voltas go léir i lúb dúnta a bheith cothrom le nialas.”Is toradh díreach é an dlí seo ar phrionsabal an fhuinnimh Caomhnú.In aon lúb leictreach dúnta, an fuinneamh iomlán a sholáthraítear De réir na bhfoinsí voltais ídíonn na comhpháirteanna ciorcaid go hiomlán, a chinntiú nach gcruthaítear nó nach gcailltear aon fhuinneamh.

Chun é seo a thuiscint níos cruinne:

• Is é atá i lúb aon chonair leanúnach i gciorcad a thosaíonn agus a chríochnaíonn ag an bpointe céanna gan briseadh.

• Léiríonn an téarma suim ailgéabrach go gcaithfear méid agus polaraíocht na voltas a bhreithniú agus iad á gcur le chéile.

Ag croílár a chéile, dearbhaíonn KVL go mbogann muirear leictreach timpeall a lúb dúnta, an fuinneamh a sholáthraíonn foinsí (mar shampla cadhnraí nó Gineadóirí) a ionsú go hiomlán ag comhpháirteanna ciorcaid cosúil le friotóirí, toilleoirí, agus ionduchtóirí.Cinntíonn sé seo nach gcruthaíonn aon fhuinneamh glan sa lúb.

I dtéarmaí matamaiticiúla, tá KVL scríofa mar:

∑V = 0

áit a léiríonn gach v voltas laistigh den lúb.Is féidir leis na voltais seo a bheith:

• Ardaíonn an voltas: Ranníocaíochtaí ó fhoinsí cumhachta amhail cadhnraí nó gineadóirí voltais.

• Titeann an voltas: Fuinneamh a dhíscaoileadh ar fud friotóirí, ionduchtóirí, toilleoirí, nó comhpháirteanna eile.

Cur i bhfeidhm Dlí Voltais Kirchhoff

Chun anailís a dhéanamh ar chiorcad ag úsáid KVL, lean na céimeanna seo:

• Roghnaigh lúb dúnta

Sainaithin cosán ciorcaid leanúnach a chruthaíonn lúb.Is féidir leis an lúb seo Téigh trí chomhpháirteanna iomadúla ach ní mór dóibh filleadh ar a phointe tosaigh.

• Polaiteachtaí voltais a shannadh

Marcáil polaraíocht gach voltais dearfach do mhéaduithe féideartha (foinsí voltais) agus diúltach do thiteann féideartha (frithsheasmhach comhpháirteanna).

• Faigh gnóthachain agus titeann voltais a chinneadh

Scrúdaigh gach comhpháirt chun a fháil amach an méadaíonn nó an laghdaíonn sé an voltas de réir mar a shreabhann sruth tríd.Mar shampla:

Méadaíonn ceallraí voltas nuair a bhogann sé ón diúltach go dtí an críochfort dearfach.

Laghdaíonn friotóir an voltas de réir mar a dhíscaoileann sé fuinneamh.

• Scríobh an chothromóid KVL

Cuir na voltais go léir sa lúb leis, ag cinntiú go bhfuil a bpolaiteachtaí sannta go cuí.Ní mór an tsuim a bheith cothrom le nialas.

• Réitigh do luachanna anaithnid

Má tá roinnt voltas nó sruthanna anaithnid, bain úsáid as teicnící ailgéabracha (go minic in éineacht le dlí OHM: v = ir) chun iad a aimsiú.

Sampla: Dlí voltais Kirchhoff i ngníomh

Smaoinigh ar chiorcad sraithe simplí le foinse voltais (vs) agus dhá cheann Friotóirí (R1 R2).Mar thoradh ar KVL a chur i bhfeidhm ar an lúb seo tá an chothromóid:

V_S−v_R1−v_R2= 0

Cá háit:

• Is é VS an voltas a sholáthraíonn an fhoinse.

• Is iad VR1 agus VR2 na titeann voltais thar fhriotóirí R1 agus R2.

Ag baint úsáide as Dlí Ohm (v = IR), is féidir na titeann voltais a chur in iúl i dtéarmaí reatha agus friotaíochta:

V_S- (IR₁) - (IR₂) = 0

Is féidir an chothromóid seo a réiteach chun luachanna reatha nó voltais an chiorcaid a aimsiú.

Ag baint úsáide as Dlí Voltais Kirchhoff

Úsáidtear KVL go forleathan in innealtóireacht leictreach agus leictreonach, ag imirt ról i:

• Anailís chiorcad - a úsáidtear chun voltais agus sruthanna anaithnid a chinneadh i líonraí casta.

• Córais Dáileacháin Cumhachta - Cinntíonn sé go bhfanann an voltas laistigh de theorainneacha oibriúcháin sábháilte.

• Dearadh PCB (Bord Ciorcaid Priontáilte) - Cabhraíonn sé leat dáileadh cumhachta a bharrfheabhsú agus caillteanais a íoslaghdú.

• Ciorcaid Próiseála Comharthaí - Cinntíonn sé go bhfuil oibríocht sheasmhach i gciorcaid aimplitheoirí agus i gcórais aiseolais.

Dlí voltais Kirchhoff a fhíorú i gciorcad sraithe

Deir Dlí Voltais (KVL) Kirchhoff go bhfuil suim na voltas go léir in a Caithfidh lúb dúnta a bheith nialas.Cinntíonn sé seo go bhfuil an fuinneamh a sholáthraíonn Úsáidtear foinsí voltais go hiomlán ag na comhpháirteanna ciorcaid.Go dtí Léirítear é seo, déanaimid anailís ar chiorcad sraithe simplí agus go córasach Titeann an voltas a thomhas.

Figiúr 2. Dlí voltais Kirchhoff i gciorcad sraithe

Tomhais voltais i gciorcad sraithe

Is éard atá sa chiorcad ceallraí 45V agus trí fhriotóir:

R₁ = 5 kΩ

R₂ = 10 kΩ

R₃ = 7.5 kΩ

Tá gach nód lipéadaithe le haghaidh léamha beachta voltais.Má tá voltmhéadar ceangailte idir pointí 2 agus 1 (luaidhe dhearg ar 2, luaidhe dubh ar 1), é Cláir +45V, ag léiriú go bhfuil poitéinseal níos airde ná pointe níos airde ná pointe 1.

Figiúr 3. Luaidhe tástála dearga agus luaidhe tástála dubh

Chun nodaireacht a chaighdeánú, is é an difríocht voltais idir dhá phointe scríofa mar e₂-₁, rud a chiallaíonn an voltas ag pointe 2 i gcoibhneas le pointe 1.

Titeann an voltas trasna friotóirí

Titeann an voltas a thomhas trasna gach toradh friotóra:

E₃ -₂ = -10V → Titim Voltais trasna R₁

E₄ -₃ = -20V → Titim Voltais trasna R₂

E₁ -₄ = -15V → Titim voltais trasna R₃

Léiríonn an comhartha diúltach laghdú ar an voltas feadh an treo de shreabhadh reatha, ag teacht le gnáth -iompar ciorcaid.

Dlí voltais Kirchhoff a fhíorú

KVL a chur i bhfeidhm ar an lúb:

E2−1+E3−2+E4−3+E1−4 = 0

Luachanna a chur in ionad:

+45V - 10V - 20V - 15V = 0V

Deimhníonn sé seo go ndéantar an voltas iomlán a sholáthraítear (45V) a dhíscaoileadh go hiomlán ar fud na bhfriotóirí, ag bailíochtú dlí Kirchhoff.

Fíorú cosán malartach

Tá KVL fíor beag beann ar an seicheamh tomhais.Ag baint úsáide as cosán lúibe malartach (3 → 2 → 1 → 4 → 3), faighimid:

E₂-₃ = +10V

E₁ -₂ = -45V

E₄-₁ = +15V

E₃-₄ = +20V

Achoimre a dhéanamh orthu seo:

+10V - 45V+15V+20V = 0V

Deimhníonn sé seo go bhfuil feidhm ag KVL beag beann ar an gcaoi a ndéantar anailís ar thiteann voltais.

An ciorcad a atheagrú ina leagan amach ar líne díreach buaicphointí Polaraíocht voltais.Tá críochfort diúltach na ceallraí ar chlé agus Dearfach ar dheis.Leanann Voltas Friotóra a mhalairt Polaitíocht Ós rud é go gcuireann friotóirí i gcoinne sreabhadh reatha, is cúis le voltas Laghdú ar threo na reatha.

Voltais a achoimriú thar chomhpháirteanna

Fíorú breise ar KVL trí thiteann voltais a achoimriú thar chomhcheangail friotóra:

E₃ -₂ = -10V (trasna R₁)

E₄ -₃ = -20V (trasna R₂)

E₁ -₄ = -15V (trasna R₃)

Na luachanna seo a achoimriú:

E3−2+E4−3+E1−4 = −10V - 20V - 15V = −45V

Meaitseálann sé seo an voltas ceallraí (+45V) ach le polaraíocht os coinne, ag deimhniú go ndéantar an fuinneamh go léir a sholáthraítear a dhíscaoileadh laistigh den chiorcad.

Dlí voltais Kirchhoff a fhíorú i gciorcad comhthreomhar

Baineann dlí voltais Kirchhoff (KVL) le gach ciorcad leictreach, ní Just cumraíochtaí sraith.Deir an prionsabal seo go bhfuil suim na Caithfidh voltais timpeall ar aon lúb dúnta i gciorcad ná nialas.Go dtí Léirigh conas a oibríonn KVL i gciorcad comhthreomhar, smaoinigh ar an méid seo a leanas Sampla:

Figiúr 4. Dlí voltais Kirchhoff i gciorcad comhthreomhar

Sa chiorcad comhthreomhar seo, soláthraíonn foinse cumhachta 6V trí bhrainse, gach ceann acu ina bhfuil friotóir.Ós rud é go roinneann gach friotóir an voltas céanna I socrú comhthreomhar, tá an voltas trasna gach friotóra cothrom le an voltas foinse.Chun dlí voltais Kirchhoff a fhíorú, déanaimid anailís ar a Lúb Sonrach: 2 → 3 → 4 → 5 → 6 → 7 → 2. Deimhníonn an lúb seo go bhfuil an voltas iomlán cothrom le nialas:

• E3-2 = 0V (voltas ó phointe 3 go 2)

• E4-3 = 0V (voltas ó phointe 4 go 3)

• E5-4 = -6V (voltas ó phointe 5 go 4)

• E6-5 = 0V (voltas ó phointe 6 go 5)

• E7-6 = 0V (voltas ó phointe 7 go 6)

• E2-7 =+6V (voltas ó phointe 2 go 7)

• E3-2 = 0V (suim voltais deiridh)

Ós rud é go dtosaíonn agus go gcríochnaíonn an lúb ag pointe 2, suim iomlán na voltas cothrom le nialas, ag deimhniú KVL.Fíoraíonn an toradh seo nach bhfuil aon voltas iomarcach tá sé ann agus caomhnaítear fuinneamh ar fud an chiorcaid.

Dlí voltais Kirchhoff: Bailíocht thar na topaicí ciorcaid éagsúla

Deir Dlí Voltais Kirchhoff (KVL) go bhfuil suim na voltas in aon cheann Tá lúb dhún -chiorcaid i gcónaí nialas.Tá an prionsabal seo fíor beag beann ar an bhfuil an ciorcad i sraith nó comhthreomhar.Fiú má tá an inmheánach Tá cumraíocht i bhfolach ag gníomhú mar "bhosca dubh" gan ach seachtrach Tá críochfoirt le haghaidh tomhais KVL bailí fós.

Figiúr 5. Dlí voltais Kirchhoff (KVL) i gcumraíocht chomhthreomhar le foinsí agus brainsí ilvoltais agus brainsí

Sa léaráid chiorcaid ar leith, is cuma cén t -ord voltais Tomhais idir críochfoirt, a suim ailgéabrach in aon lúb i gcónaí cothrom le nialas.Léiríonn sé seo iontaofacht uilíoch KVL thar gach líonra leictreach.

Lúb KVL agus Lúb Voltais treallach

Ní éilíonn "lúb" i KVL cosán reatha fisiciúil.Tá sé ar bith cosán dúnta trí nóid chiorcaid ina dtiteann agus a ardaíonn voltas achoimre.Ligeann an tsolúbthacht seo do KVL iarratas a dhéanamh fiú i neamhghnách cásanna.

Mar shampla, i líonra friotóra comhthreomhara, is féidir lúb a rianú idir aon phointí roghnaithe gan an fíor -leictreach a leanúint naisc.Smaoinigh ar an seicheamh 2-3-6-3-2 a rianú i gciorcad den sórt sin. Tá KVL fós i seilbh:

Figiúr 6. rianú “lúb” 2-3-6-3-2 sa chiorcad friotóra comhthreomhar céanna

• Voltas ó phointe 3 go 2: 0V

• Voltas ó phointe 6 go 3: -6V

• Voltas ó phointe 3 go 6: +6V

• Voltas ó phointe 2 go 3: 0V

• Voltas ag pointe 2: 0V

Deimhníonn an tsuim iomlán voltais go bhfuil KVL bailí beag beann ar conas Trasnaítear an lúb.Treisíonn sé seo go mbraitheann KVL go hiomlán Iompar voltais i lúba dúnta, ní ar leagan amach an chiorcaid.

Dlí voltais Kirchhoff a chur i bhfeidhm ar chiorcaid chasta

Deir Dlí Voltais Kirchhoff (KVL) go bhfuil suim na voltas timpeall Is ionann aon lúb dúnta i gciorcad agus nialas.Cuidíonn an prionsabal seo le cinneadh a dhéanamh voltais anaithnid nuair a bhíonn daoine eile ar eolas.Tá feidhm ag an sampla seo a leanas KVL le ciorcad le dhá lúb idirnasctha.

Figiúr 7. Dlí voltais Kirchhoff i gciorcad casta

Forbhreathnú Ciorcaid

Ciallaíonn sé seo go bhfuil pointe 4 32V níos ísle ná pointe 3. Dhéanfadh an voltmhéadar sa léaráid, atá ceangailte idir na pointí seo, -32V a léamh, ag deimhniú an difríocht fhéideartha.

Léiríonn an léaráid an dóigh a n -idirghníomhaíonn an dá chiorcad.Tá titeann voltais de 15V agus 20V ag an gciorcad clé, faoi thiomáint ag 35V, agus tá titeann 13V agus 12V ag an gciorcad ceart, faoi thiomáint 25V.Déanann an tsreang roinnte (7-8-9-10) comparáidí voltais dhíreacha is féidir.

Ag anailísiú na dtiteann voltais sa lúb 3-4-9-8-3, léirímid na léamha mar go dtaispeánfadh voltmhéadar digiteach iad.Cuirtear luaidhe dhearg an voltmhéadar ar an bpointe amach romhainn, agus tá an luaidhe dhubh ar an bpointe taobh thiar de réir mar a théann muid ar aghaidh tríd an gciorcad.

Voltas ó phointe 9 go pointe 4:

-Cláraíonn an voltmhéadar +12V, mar a thaispeántar sa chéad íomhá.

-Ós rud é go bhfuil an luaidhe dhearg ar phointe 9 agus ar an luaidhe dhubh ar phointe 4, tá an léamh dearfach.

Voltas ó phointe 3 go pointe 8:

-Is é an léitheoireacht +20V, mar atá le feiceáil sa tríú íomhá.

-Cuirtear an luaidhe dhearg ar phointe 3, agus ar an luaidhe dhubh ar phointe 8, ag léiriú titim dhearfach voltais.

Voltas ó phointe 8 go pointe 9:

-Léann an voltmhéadar 0V, mar a thaispeántar sa dara íomhá.

-Ós rud é go bhfuil pointí 8 agus 9 coitianta go leictreach, níl aon difríocht fhéideartha eatarthu.

Deimhníonn na tomhais seo na héagsúlachtaí voltais a bhfuiltear ag súil leo sa chiorcad, ag cinntiú go bhfuil dul chun cinn ceart ar chéim ar chéim.

Deireadh

Is uirlis chumhachtach é dlí voltais Kirchhoff chun tuiscint a fháil ar conas Iompraíonn an voltas i gciorcaid leictreacha.Cinntíonn sé go bhfuil fuinneamh ní chailltear ná cruthaíodh, ag déanamh anailís chiorcaid níos intuartha agus iontaofa.Trí KVL a chur i bhfeidhm, is féidir leat réiteach le haghaidh voltais anaithnid, dearadh Ciorcaid níos fearr, agus feidhmíocht an chórais leictrigh a fheabhsú.Máistreacht Is é an coincheap seo freagra ar oibriú le gach rud ó chadhnraí simplí le greillí cumhachta casta.

Ceisteanna coitianta [CCanna]

1. An mbaineann dlí voltais Kirchhoff le ciorcaid AC?

Sea, tá feidhm ag dlí voltais Kirchhoff (KVL) le AC agus DC araon ciorcaid.I gciorcaid AC, cuirtear voltais in iúl mar chéimeanna (casta uimhreacha), agus ní mór do KVL cuntas a thabhairt ar dhifríochtaí céime agus ar imoibriú ó ionduchtóirí agus toilleoirí.

2. Cad a tharlaíonn má sháraítear dlí voltais Kirchhoff i gciorcad?

Más cosúil go sáraítear KVL, is iondúil go léiríonn sé tomhas earráidí, toimhdí míchearta, nó láithreacht neamh-choimeádaíoch Eilimintí cosúil le réimsí maighnéadacha atá éagsúil ó am go ham, a thugann isteach EMFanna spreagtha Ní mór é sin a chur san áireamh sa tsuim voltais.

3. Cad iad na teorainneacha atá ag dlí voltais Kirchhoff?

Glacann KVL le heilimintí ciorcaid lumpáilte agus leictreamaighnéadach neamhbhríoch radaíocht.I gciorcaid ardmhinicíochta nó iad siúd a bhfuil maighnéadach láidir acu D'fhéadfadh cúpláil, EMFanna spreagtha agus éifeachtaí seadánacha a bheith ina gcúis le dialltaí ó Iompar KVL idéalach.

4. Cad é an difríocht idir dlí voltais Kirchhoff agus dlí Ohm?

Deir KVL go bhfuil an voltas iomlán thart ar lúb dúnta nialas, agus Déanann dlí Ohm (v = IR) cur síos ar an ngaol idir voltas, sruth, agus friotaíocht do chomhpháirt amháin.Is anailís chiorcaid é KVL Prionsabal, cé gur cothromóid shonrach é dlí Ohm do fhrithsheasmhach eilimintí.

6. Cén chaoi a bhfíoraíonn tú dlí voltais Kirchhoff go turgnamhach?

Chun KVL a fhíorú, bain úsáid as ilmhéadar digiteach chun voltais a thomhas ag pointí difriúla i lúb dúnta agus iad a shuimiú go hailgéabar.Má KVL Ba chóir go mbeadh an t -iomlán nialas (cuntas a thabhairt ar lamháltais tomhais).

7. Cén fáth a n -oibríonn dlí voltais Kirchhoff fiú nuair a bhíonn lúb il i láthair?

Baineann KVL le gach lúb neamhspleách i gciorcad, is cuma cén chaoi a Tá go leor lúb ann.Ós rud é gur cainníocht scalar é an voltas, voltais achomair Ní mór timpeall ar aon chosán dúnta filleadh ar an bpoitéinseal céanna i gcónaí, A chinntiú go bhfuil an dlí bailí i líonraí casta.