Leis de Kirchhoff para corrente e tensão

Em 1845, o físico alemão Gustav Kirchhoff primeiro descreveu duas leis que se tornaram centrais na engenharia elétrica. A Lei Atual de Kirchhoff, também conhecida como Lei de Junção de Kirchhoff, e a Primeira Lei de Kirchhoff, definem a maneira como corrente elétrica é distribuído quando atravessa uma junção - um ponto em que três ou mais condutores se encontram. Em outras palavras, as Leis de Kirchhoff afirmam que a soma de todas as correntes que deixam um nó em uma rede elétrica sempre é igual a zero.

Essas leis são extremamente úteis na vida real porque descrevem a relação de valores de correntes que fluem através de um ponto de junção e tensões em um circuito elétrico. Eles descrevem como a corrente elétrica flui em todos os bilhões de aparelhos e dispositivos elétricos, bem como em residências e empresas, que são usadas continuamente na Terra.

Especificamente, as leis declaram:

A soma algébrica de corrente em qualquer junção é zero.

Como a corrente é o fluxo de elétrons através de um condutor, ela não pode acumular-se em uma junção, o que significa que a corrente é conservada: o que entra deve sair. Imagine um exemplo bem conhecido de uma junção: a

Ao realizar cálculos, a corrente que entra e sai da junção normalmente apresenta sinais opostos. Você também pode declarar a Lei Atual de Kirchhoff da seguinte forma:

A soma da corrente em uma junção é igual à soma da corrente fora da junção.

Você pode quebrar ainda mais as duas leis mais especificamente.

Na figura, é mostrada uma junção de quatro condutores (fios). As correntes v₂ e v₃ estão fluindo para a junção, enquanto v₁ e v₄ fluir para fora dele. Neste exemplo, a regra de junção de Kirchhoff produz a seguinte equação:

v₂ + v₃ = v₁ + v₄

A Lei de Tensão de Kirchhoff descreve a distribuição de tensão elétrica dentro de um circuito ou caminho condutor fechado de um circuito elétrico. A Lei de Tensão de Kirchhoff afirma que:

A soma algébrica das diferenças de tensão (potencial) em qualquer loop deve ser igual a zero.

As diferenças de tensão incluem aquelas associadas a campos eletromagnéticos (CEM) e elementos resistivos, como resistores, fontes de energia (baterias, por exemplo) ou dispositivos - lâmpadas, televisões e liquidificadores - conectados ao o circuito. Imagine isso como a tensão subindo e descendo à medida que você avança em qualquer um dos circuitos individuais no circuito.

A lei de tensão de Kirchhoff ocorre porque o campo eletrostático dentro de um circuito elétrico é um campo de força conservador. A tensão representa a energia elétrica no sistema, então pense nisso como um caso específico de conservação de energia. À medida que você percorre um loop, quando você chega ao ponto de partida tem o mesmo potencial que tinha quando você começou, então quaisquer aumentos e diminuições ao longo do loop precisam ser cancelados para uma alteração total de zero. Caso contrário, o potencial no ponto inicial / final teria dois valores diferentes.

O uso da regra de tensão requer algumas convenções de sinal, que não são necessariamente tão claras quanto as da regra atual. Escolha uma direção (no sentido horário ou anti-horário) para percorrer o loop. Ao viajar de positivo para negativo (+ a -) em uma EMF (fonte de energia), a tensão cai, portanto o valor é negativo. Ao passar de negativo para positivo (- para +), a tensão aumenta, então o valor é positivo.

Lembre-se de que, ao viajar pelo circuito para aplicar a Lei de Tensão de Kirchhoff, certifique-se de estar sempre no mesmo direção (sentido horário ou anti-horário) para determinar se um determinado elemento representa um aumento ou diminuição na Voltagem. Se você começar a pular, se mover em direções diferentes, sua equação estará incorreta.

Ao atravessar um resistor, a mudança de tensão é determinada pela fórmula:

I * R

Onde Eu é o valor da corrente e R é a resistência do resistor. Cruzar na mesma direção que a corrente significa que a tensão diminui, então seu valor é negativo. Ao cruzar um resistor na direção oposta à corrente, o valor da tensão é positivo, aumentando assim.

As aplicações mais básicas das leis de Kirchhoff estão relacionadas a circuitos elétricos. Você deve se lembrar da física do ensino médio que a eletricidade em um circuito deve fluir em uma direção contínua. Se você desligar um interruptor de luz, por exemplo, está interrompendo o circuito e, portanto, desligando a luz. Depois de pressionar o interruptor novamente, você reativa o circuito e as luzes acendem novamente.

Ou pense em amarrar luzes em sua casa ou árvore de Natal. Se apenas uma lâmpada se apagar, toda a cadeia de luzes se apaga. Isso ocorre porque a eletricidade, parada pela luz quebrada, não tem para onde ir. É o mesmo que desligar o interruptor e interromper o circuito. O outro aspecto disso em relação às leis de Kirchhoff é que a soma de toda a eletricidade que entra e flui de uma junção deve ser zero. A eletricidade que entra na junção (e flui pelo circuito) deve ser igual a zero, porque a eletricidade que entra também deve sair.

Portanto, da próxima vez que estiver trabalhando em sua caixa de derivação ou observando um eletricista, amarrando luzes elétricas de feriado ou Ao ligar ou desligar a TV ou o computador, lembre-se de que Kirchhoff primeiro descreveu como tudo funciona, dando início à era da eletricidade.