Lois de Kirchhoff pour le courant et la tension

En 1845, le physicien allemand Gustav Kirchhoff a décrit pour la première fois deux lois qui sont devenues centrales pour le génie électrique. La loi actuelle de Kirchhoff, également connue sous le nom de loi de jonction de Kirchhoff, et la première loi de Kirchhoff, définissent la façon dont courant électrique est distribué lorsqu'il traverse une jonction - un point où trois conducteurs ou plus se rencontrent. Autrement dit, les lois de Kirchhoff stipulent que la somme de tous les courants quittant un nœud dans un réseau électrique est toujours égale à zéro.

Ces lois sont extrêmement utiles dans la vie réelle car elles décrivent la relation entre les valeurs des courants qui traversent un point de jonction et les tensions dans une boucle de circuit électrique. Ils décrivent comment le courant électrique circule dans tous les milliards d'appareils et appareils électriques, ainsi que dans les maisons et les entreprises, qui sont continuellement utilisés sur Terre.

Plus précisément, les lois stipulent:

La somme algébrique du courant dans n'importe quelle jonction est nulle.

Puisque le courant est le flux d'électrons à travers un conducteur, il ne peut pas s'accumuler à une jonction, ce qui signifie que le courant est conservé: ce qui entre doit sortir. Imaginez un exemple bien connu de jonction: a Boîte de dérivation. Ces boîtes sont installées sur la plupart des maisons. Ce sont les boîtes qui contiennent le câblage à travers lequel toute l'électricité dans la maison doit passer.

Lors des calculs, le courant entrant et sortant de la jonction a généralement des signes opposés. Vous pouvez également énoncer la loi actuelle de Kirchhoff comme suit:

La somme du courant dans une jonction est égale à la somme du courant sortant de la jonction.

Vous pouvez plus précisément décomposer les deux lois.

Dans l'image, une jonction de quatre conducteurs (fils) est représentée. Les courants v₂ et v₃ coulent dans la jonction, tandis que v₁ et v₄ en sortir. Dans cet exemple, la règle de jonction de Kirchhoff donne l'équation suivante:

v₂ + v₃ = v₁ + v₄

La loi de Kirchhoff sur la tension décrit la distribution des tension électrique dans une boucle, ou un chemin conducteur fermé, d'un circuit électrique. La loi de Kirchhoff sur la tension stipule que:

La somme algébrique des différences de tension (potentiel) dans une boucle doit être égale à zéro.

Les différences de tension incluent celles associées aux champs électromagnétiques (CEM) et aux éléments résistifs, tels que des résistances, des sources d'alimentation (batteries, par exemple) ou des appareils (lampes, téléviseurs et mélangeurs) branchés circuit. Imaginez que la tension augmente et diminue au fur et à mesure que vous parcourez l'une des boucles individuelles du circuit.

La loi de tension de Kirchhoff est due au fait que le champ électrostatique dans un circuit électrique est un champ de force conservateur. La tension représente l'énergie électrique dans le système, alors pensez-y comme un cas spécifique de conservation de l'énergie. Lorsque vous faites le tour d'une boucle, lorsque vous arrivez au point de départ a le même potentiel que lorsque vous avez commencé, donc toute augmentation ou diminution le long de la boucle doit être annulée pour un changement total de zéro. S'ils ne le faisaient pas, le potentiel au point de départ / d'arrivée aurait deux valeurs différentes.

L'utilisation de la règle de tension nécessite certaines conventions de signe, qui ne sont pas nécessairement aussi claires que celles de la règle actuelle. Choisissez une direction (dans le sens horaire ou antihoraire) pour parcourir la boucle. Lorsque vous passez du positif au négatif (+ à -) dans un EMF (source d'alimentation), la tension chute, donc la valeur est négative. En passant de négatif à positif (- à +), la tension monte, donc la valeur est positive.

N'oubliez pas que lorsque vous parcourez le circuit pour appliquer la loi de tension de Kirchhoff, assurez-vous de toujours suivre la même (sens horaire ou antihoraire) pour déterminer si un élément donné représente une augmentation ou une diminution de la Tension. Si vous commencez à sauter en vous déplaçant dans des directions différentes, votre équation sera incorrecte.

Lors du franchissement d'une résistance, la variation de tension est déterminée par la formule:

I * R

où je est la valeur du courant et R est la résistance de la résistance. Traverser dans le même sens que le courant signifie que la tension baisse, donc sa valeur est négative. Lorsque vous traversez une résistance dans le sens opposé au courant, la valeur de la tension est positive, elle augmente donc.

Les applications les plus fondamentales des lois de Kirchhoff concernent les circuits électriques. Vous vous souvenez peut-être de la physique du collège que l'électricité dans un circuit doit circuler dans une direction continue. Si vous éteignez un interrupteur d'éclairage, par exemple, vous coupez le circuit et par conséquent éteignez la lumière. Une fois que vous actionnez à nouveau l'interrupteur, vous réengagez le circuit et les lumières se rallument.

Ou pensez à enfiler des lumières sur votre maison ou votre arbre de Noël. Si une seule ampoule s'éteint, toute la chaîne de lumières s'éteint. En effet, l'électricité, arrêtée par la lumière brisée, n'a nulle part où aller. C'est la même chose que d'éteindre l'interrupteur et de couper le circuit. L'autre aspect de cela en ce qui concerne les lois de Kirchhoff est que la somme de toute l'électricité entrant et sortant d'une jonction doit être nulle. L'électricité entrant dans la jonction (et circulant autour du circuit) doit être égale à zéro car l'électricité qui entre doit également sortir.

Donc, la prochaine fois que vous travaillez sur votre boîte de jonction ou que vous observez un électricien le faire, enfilez des lumières de Noël électriques, ou allumer ou éteindre votre téléviseur ou votre ordinateur, rappelez-vous que Kirchhoff a d'abord décrit comment tout cela fonctionne, inaugurant ainsi l'âge de électricité.