Kirchhoffs kretslover
Elektrisk ladning kan ikke hope seg opp eller forsvinne, så ved ethvert knutepunkt må strømmen som flyter inn nøyaktig tilsvare strømmen som flyter ut. Energi kan heller ikke dukke opp eller forsvinne, så hvis du legger sammen alle spenningsøkninger og -fall hele veien rundt enhver lukket sløyfe, opphever de hverandre til null.
Formelen
ΣI_in = ΣI_out ; ΣΔV = 0
- I_in — strøm inn (A): total strøm som flyter inn i et knutepunkt
- I_out — strøm ut (A): total strøm som flyter ut av det samme knutepunktet
- ΔV — spenningsendring (V): en økning eller nedgang i spenning over én del av en sløyfe
Utarbeidet eksempel
En ledning bærer 6 A inn i et knutepunkt, der den deler seg i to grener. Én gren bærer 4 A. Hvor mye strøm flyter gjennom den andre grenen?
- 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 deg selv
Et knutepunkt har nå 9 A som flyter inn, og deler seg i to grener. Én gren bærer 5 A. Hva flyter gjennom den andre grenen?
- Riktig svar: 4 A
- 14 A
- 5 A
Riktig! Strømmer inn må tilsvare strømmer ut: 9 A − 5 A = 4 A.
Å gå hele veien rundt en lukket sløyfe i en krets, og legge sammen enhver spenningsøkning og -nedgang, hva må totalen tilsvare?
- Den totale strømmen
- Riktig svar: Null
- Batteriets spenning doblet
Nøyaktig — energi bevares, så alle spenningsøkningene og -nedgangene rundt en sløyfe summerer til null.
Der du ser dette
Hjemmet ditt ledninger er et tre av knutepunkter: hovedtilførselen deler seg ved sikringstavlen, deler seg igjen ved hvert rom, og hver ampere som flyter inn i den ene enden flyter tilbake ut den andre — ingenting hoper seg opp. En elv som deler seg rundt en øy viser knutepunktregelen i naturen: de to grenene bærer nøyaktig den strømmen den enkelte kanalen brakte til forgreningen.
Vanlige feil
Den klassiske feilen er at strømmen blir brukt opp etter hvert som den passerer gjennom enheter — ladning bevares, så hva som enn flyter inn i et knutepunkt flyter ut: 9 A inn med 5 A ned én gren betyr nøyaktig 4 A ned den andre, ikke mindre. Sløyferegelen misanvendes på sin egen måte: med flere komponenter i én sløyfe er batteriets spenning ikke falt over favorittkomponenten din — ΣΔV = 0 balanserer hele turen, hver økning mot hver nedgang. Hold de to bevaringene fra hverandre: knutepunkter bevarer ladning, sløyfer bevarer energi.
Hvordan det henger sammen
Ohms lov priser en enkelt motstand; disse to lovene fører regnskapet for hele nettverk — og begge er bevaringslover fra mekanikken i kretsklær (ΣI_in = ΣI_out er ladningsbevaring, ΣΔV = 0 er energibevaring). RC-kretsen, neste, er den første kretsen hvis oppførsel endrer seg etter hvert som den kjører, og å løse den krever begge reglene samtidig.