Kirchhoffův zákon

Co je Kirchhoffův zákon

Kirchhoffovy zákony jsou dva základní principy používané v obvodech elektrických proudů a napětí, které byly formulovány německým fyzikem Gustavem Kirchhoffem v roce 1845. Tyto zákony popisují, jak se elektrický proud a napětí chovají v elektrických obvodech, a jsou základem pro analýzu složitých obvodů. Existují dva Kirchhoffovy zákony: Kirchhoffův zákon proudu (první zákon) a Kirchhoffův zákon napětí (druhý zákon).

1. Kirchhoffův zákon proudu (První Kirchhoffův zákon)

Kirchhoffův zákon proudu (také nazývaný jako zákon o zachování náboje) říká, že algebraický součet proudů v jakémkoli uzlu (spojovacím bodu) elektrického obvodu je roven nule. To znamená, že celkový proud vstupující do uzlu se rovná celkovému proudu opouštějícímu uzel.

Matematické vyjádření:

∑ I _in = ∑ I _out

nebo

∑ I = 0

Význam: Tento zákon je založen na zákonu zachování elektrického náboje. V žádném uzlu elektrického obvodu nemůže dojít k akumulaci elektrického náboje – náboj, který do uzlu přiteče, musí uzel opustit.

Příklad: V případě, že do uzlu vstupují tři proudy I₁, I₂, I₃ a dva proudy uzel opuštějí I₄ a I₅, platí:

I₁ + I₂ + I₃ = I₄ + I₅

2. Kirchhoffův zákon napětí (Druhý Kirchhoffův zákon)

Kirchhoffův zákon napětí (také známý jako zákon o zachování energie) říká, že algebraický součet napětí v uzavřené smyčce elektrického obvodu je roven nule. Jinými slovy, součet všech napětí (klesajících i rostoucích) v libovolné uzavřené smyčce je nulový.

Matematické vyjádření:

∑ V = 0

Význam: Tento zákon je založen na principu zachování energie. Elektrická energie dodaná zdroji napětí (baterie, generátor) v obvodu se musí rovnat součtu napětí spotřebovaného spotřebiči (odpor, rezistor, cívka, kondenzátor) v obvodu.

Příklad: V jednoduchém obvodu obsahujícím zdroj napětí V_baterie
a dva rezistory s napětím V₁ a V₂, platí:

V_baterie - V₁ - V₂ = 0
​nebo

V_baterie = V₁ + V₂
​
​
 Příklady využití Kirchhoffových zákonů

• Návrh elektronických obvodů: Inženýři používají Kirchhoffovy zákony při návrhu a analýze elektronických zařízení, jako jsou počítače, mobilní telefony a jiné spotřební elektronika.
• Výpočet proudů a napětí v elektrické síti: Kirchhoffovy zákony se používají pro analýzu a výpočet proudů a napětí v elektrických rozvodných sítích, aby se zajistilo, že všechny prvky systému fungují efektivně a bezpečně.
• Diagnostika poruch v obvodech: Technici používají Kirchhoffovy zákony při hledání a opravě poruch v elektrických obvodech, jako jsou zkraty nebo otevřené obvody.

Kirchhoffovy zákony jsou klíčové nástroje pro pochopení a analýzu elektrických obvodů. Umožňují inženýrům a technikům přesně vypočítat proudy a napětí v různých částech obvodů a zajistit, že systémy fungují efektivně a bezpečně. Přestože mohou mít určitá omezení, jejich praktická hodnota v elektrotechnice a elektronice je neocenitelná.