Kirchhoffs kredsløbslove
Elektrisk ladning kan ikke hobe sig op eller forsvinde, så i ethvert knudepunkt skal strømmen, der flyder ind, præcis være lig med strømmen, der flyder ud. Energi kan heller ikke komme frem eller forsvinde, så hvis du lægger alle spændingsstigninger og spændingsfald sammen hele vejen rundt i en vilkårlig lukket sløjfe, ophæver de hinanden til nul.
Formlen
ΣI_in = ΣI_out ; ΣΔV = 0
- I_in — strøm ind (A): den samlede strøm, der flyder ind i et knudepunkt
- I_out — strøm ud (A): den samlede strøm, der flyder ud af det samme knudepunkt
- ΔV — spændingsændring (V): en stigning eller et fald i spændingen over én del af en sløjfe
Udregnet eksempel
En ledning fører 6 A ind i et knudepunkt, hvor den deles i to grene. Én gren fører 4 A. Hvor stor en strøm flyder gennem den anden gren?
- I_in = 6 A
- I_out1 = 4 A
- I_out2 = I_in − I_out1
- I_out2 = 6 A − 4 A
I_out2 = 2 A
Test dig selv
Et knudepunkt har nu 9 A flydende ind, delt i to grene. Én gren fører 5 A. Hvad flyder gennem den anden gren?
- Korrekt svar: 4 A
- 14 A
- 5 A
Rigtigt! Strømme ind skal være lig med strømme ud: 9 A − 5 A = 4 A.
Hvis man går hele vejen rundt i en lukket sløjfe i en kreds og lægger enhver spændingsstigning og hvert spændingsfald sammen, hvad skal summen så være?
- Den samlede strøm
- Korrekt svar: Nul
- Batteriets spænding fordoblet
Præcis — energi bevares, så alle spændingsstigninger og -fald rundt om en sløjfe giver summen nul.
Hvor du ser det
Husets elledninger er et træ af knudepunkter: el-forsyningen deles i sikkerhedspanelet, deles igen ved hvert rum, og hver ampere, der flyder ind i den ene ende, flyder ud igen i den anden — intet hober sig op. En elv, der deler sig omkring en ø, viser knudepunktsreglen i naturen: de to grene fører præcis den vandstrøm, som det ene løb bragte frem til forgreningen.
Almindelige fejl
Den klassiske fejl er troen på, at strømmen bruges op, når den passerer gennem enheder — ladning bevares, så det, der flyder ind i et knudepunkt, flyder også ud: 9 A ind og 5 A ud ad den ene gren betyder præcis 4 A ud ad den anden, ikke mindre. Sløjfereglen bliver misbrugt på sin egen måde: med flere komponenter i én sløjfe falder batteriets spænding ikke netop over din yndlingskomponent — ΣΔV = 0 balancerer hele turen, hver stigning mod hvert fald. Hold styr på de to bevarelser: knudepunkter bevarer ladning, sløjfer bevarer energi.
Sådan hænger det sammen
Ohms lov sætter prisen på en enkelt modstand; disse to love fører regnskabet for hele netværk — og begge er bevarelseslove fra mekanikken i kredsløbsforklædning (ΣI_in = ΣI_out er ladningsbevarelse, ΣΔV = 0 er energibevarelse). RC-kredsen, der kommer som det næste, er den første kreds, hvis opførsel ændrer sig, mens den kører, og at løse den kræver begge regler på én gang.