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基尔霍夫电流规律学习宝典

导读:对于大神们而言,基尔霍夫电流定律是那么地不值一提,但对于菜鸟而言,基尔霍夫电流定律又是那么的重要,是走向大神的必经之路。想成为大神级别的人物吗?莫急莫急,看完这篇文章,你就离大神又近了一步~

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一、基尔霍夫电流规律– -简介

  基尔霍夫电路规律,简称基尔霍夫规律,由德国物理学家G.R.基尔霍夫(如下图所示)于1845年提出,是电路理论中最根本的规律之一。它包含基尔霍夫电流规律和基尔霍夫电压规律,归纳了电路中电流和电压别离遵从的根本规律。

  基尔霍夫电流规律(Kirhhoff’s Current Law),也称为基尔霍夫榜首规律、节点电流规律,简称为KCL。用于确认联结在同一节点上的各支路电流的联系。

二、基尔霍夫电流规律- -根本概念

  支路(branch):电路中由一个或几个元件首尾相接而构成的无分支电路(注:同一支路内,一切元件是串联的,电流是持平的)。

  节点(node):电路中三条或三条以上支路的连接点。

  回路(loop):电路中的恣意闭合途径。

  网孔(mesh):电路内部不含有支路的回路(注:网孔一定是回路,但回路纷歧定是网孔)。

  例:电路如下图所示,问在该电路中存在有几条支路?几个节点?几个回路?几个网孔?

  答案:

  在该电路中存在3条支路,,2个节点,,3个回路,,2个网孔~~你答对了吗?

三、基尔霍夫电流规律- -内容

  基尔霍夫电流规律(KCL)实质上便是电荷守恒规律和电流连续性的表现,故其有两种描绘办法,如下:

  其一,依据电荷守恒规律,其内容可表示为:在任一会儿,流入任一节点的电流总和等于从该节点流出的电流总和,其数学表达式为: ;

  其二,依据电流连续性原理,其内容也可表示为:在任一会儿,流向任一节点电流的代数和恒等于零,其数学表达式为: 。

  依据基尔霍夫电流规律列方程时应当留意:KCL方程是按电流的参阅方向写出的,与其实践电流方向无关;KCL方程是对支路电流附加束缚,与支路上的元件无关,与电路的线性、非线性无关。

  例:在下图所示电路中,已知5Ω电阻两头电压为10V,右端电位高于左端电位,在该电路中,还有2A、-3A的电流流向节点,-4A的电流从该节点流出,求解另一个从该节点流出的电流I的巨细?

  答案:

  首要,确认5Ω电阻流过的电流巨细及方向:

  由I=U/R得电流为2A,流向节点,如图所示;

  其次,确认该节点流入电流的总和和流出电流的总和:

  流入节点电流总和为2+(-3)+2=1A,流出电流总和为(-4)+I=(I-4)A;

  最终,求得不知道电流I:

  由基尔霍夫电流规律得,I-4=1,故有I=5A。

四、基尔霍夫电流规律- -推行

  基尔霍夫电流规律不仅可束缚节点处的电流,还能够推行使用于部分电路的任一假定的闭合面,其内容可表示为:在任一会儿,经过任一关闭面的电流的代数和恒等于零。

  例:如图所示,在该电路中是一个由a、b、c、d四个节点构成的关闭面,在a节点处,有18A的电流流入,在b节点处,有7A的电流流入,在c节点处,有1A的电流流出,其间,还有15A的电流由节点a流向节点c,求解在节点d处流出的电流?

  答案:

  在学习基尔霍夫电流规律的推行前,依据KCL,咱们能够这样来回答:

  对节点a列KCL方程得:Ia=18-15=3A,由节点a流向节点b;

  对节点b列KCL方程得:Ib=3+7=10A,由节点b流向节点d;

  对节点c列KCL方程得:Ic=15-1=14A,由节点c流向节点d;

  对节点d列KCL方程得:I=10+14=24A,由节点d流出。

  思路很明晰,不过却要列出四个KCL方程才干得出答案,不免有些繁琐。不过,在学习了KCL的推行之后,咱们能够这样来回答:

  关于由a、b、c、d四个节点构成的关闭面而言,其电流的代数和应为零。在该电路中,流入该关闭面的电流总和为18+7=25A,流出该关闭面的电流总和为(I+1)A,故有方程:I+1=25,解得I=24A。

  这样回答起来是不是愈加清楚了呢,从该题的回答中咱们能够发现,KCL的推行使用实质上便是把一个关闭面看作一个全体,然后对这个全体使用基尔霍夫电流规律。

扩展阅览

科学家批改基尔霍夫电流规律

  美国伊利诺斯大学电子和计算机工程教授米尔顿·冯和小尼克·侯隆亚克等研究人员进行了一次试验,初次发现了基尔霍夫电流规律中存在的问题。在这个试验中,他们经过批改基区和谐振器的外形,将晶体管的工作方式改变为受激发射,使其具有一种挨近激光器阙值时可用的非线性特性。晶体管激光器经过将电输入信号转变为电输出信号和光输出信号,将晶体管和激光器的功用进行了结合。可是,光输出信号端口的添加使人们意识到一个问题,即两种方式并存的情况下怎么运用电荷守恒和能量守恒规律。

  曾经的KCL只照料到了电荷平衡,并没有照料到能量平衡。因而,在2010年5月10日的网络版《使用物理杂志》上,研究人员宣布了相关模型和数据来证明这一观念,并对KCL进行了批改,将其扩展为电流-能量规律,使其不仅能适用于电子和光子,并能在确保电荷平衡的基础上满意能量平衡。

  基尔霍夫电流规律

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