Правило соединения — первый закон Кирхгофа

Физика > Правило соединения

Рассмотрите первый закон Кирхгофа – правило соединения и сохранения электрического заряда: уравнение первого правила Кирхгофа, схема электрической цепи.

Правило соединения Кирхгофа: при любом соединении схемы сумма токов, протекающих из перехода и в него, равняется.

Задача обучения

• Сформулируйте правило соединения и опишите ограничение.

Основные пункты

• Правило соединения – использование принципа сбережения электрического заряда. Ток – поток заряда за временной промежуток. Поток, протекающий в точку, должен равняться тому, что получаем на выходе из нее.
• В виде формулы:  (I_k – ток k, а n – общее количество проводов, проходящих в/из рассматриваемого перехода).
• Закон ограничивается применимостью к участкам, где плотность заряда не способна оставаться стабильной.

Термины

• Электрический заряд – квантовое число, характеризующее электромагнитные контакты некоторых субатомных частичек.
• Поток – скорость перемещения электрического заряда.

Первым законом Кирхгофа для электрической цепи выступает правило соединения, нацеленное на сбережение электрического заряда. Согласно ему, в любом соединении в пределах электрической цепи сумма потоков, протекающих в переход, равна той, что получится на выходе. То есть, ток будет положительным или отрицательным, основываясь на том, перемещается к переходу или от него. Алгебраическое суммирование токов сети проводников, сталкивающихся в токе, приравнивается к нулю.

В математическом виде первое правило Кирхгофа для разветвленных цепей:

(n – общее количество проводов, передающих ток в узел или из него).

Первый закон Кирхгофа основывается на сбережении заряда.

Ограничения

Этот закон имеет ограничения на использования. Он пригодится в ситуациях, где общий электрический заряд (Q) выступает постоянным в исследуемом участке. Это практически всегда работает для конкретной точки. Но если мы смотрим более масштабно, то плотность заряда не может оставаться стабильной. Тогда заряд сохраняется за счет потока через границу области, что нарушает правило.

---