Формула и расчеты в электротехнике по первому закону Кирхгофа

Сложно представить любую точную науку без использования соответствующих формул. Они присутствуют в различных основополагающих правилах и канонах.

В электротехнике, которая относится к точным наукам, обязательно применяется первый закон Кирхгофа. Он необходим для проведения грамотных расчетов силы тока на всевозможных участках электрической проводки.

Что собой представляет узел, ветвь и контур

Под электроцепью понимается совокупность нескольких элементов - узлов, ветвей, а также контуров

Ветвь - главный элемент электрической цепи

Основным элементом электроцепи считается ветвь. На всей ее протяженности проходит тот же самый ток. Наиболее простой вариант ветви - это некоторый участок провода.

Ветвью называется также электрический прибор, который включен в розетку, и сам кабель, проведенный к данной розетке. На протяжении всей длины каждой ветви могут встречаться узлы, из которых выходят новые разветвления.

На разных участках электропровода эти ветви способны соединяться друг с другом параллельно, последовательно, в том числе образовывать узлы. При последовательном соединении получается новая ветвь, но крупных размеров.

Узел в электрической цепи

Узел - это место, в котором соединяются ветви электросхемы. В законе Кирхгофа подробно описывается прохождение, а также распределение электрического тока в ветвях, которые подключены в одному узлу.

Под узлом в электропроводке понимается подключение разного количества проводов к одной клемме или проводу, в том числе это применительно к двойной розетке либо целому блоку розеток.

Понятие контура в электросхеме

Каждая электрическая сеть имеет источник питания. Например, в электрическом фонарике батарейку и полностью контур можно увидеть, а в случае с жилым зданием системой электрообеспечения выступает трансформаторная подстанция. Причем совсем необязательно, чтобы она находилась близко. Расстояние между домом и подстанцией может составлять несколько километров.

В подобных электросетях мощность источника электрического тока в несколько раз больше мощности проводки в квартире. Исходя из этого, при составлении схемы электрической цепи опускаются значения трансформатора. Расчеты ведутся исключительно для цепи, содержащей несколько узлов.

Что входит в определение закона Кирхгофа

Данный закон, предназначенный для электроцепи, опирается на правило сохранения заряда либо электроэнергии. В соответствии с такими законами, количество электрического тока, поступающего в узел, равняется значению ''электричества'', выходящего из этого же узла.

На основе такого правила по электроцепи, сделаны следующие выводы:

• Алгебраическая сумма электрических токов в узлах соответствует нулевой отметке. Такой результат получается при складывании положительного значения тока (со знаком ''+'' ), который направлен в узел, и отрицательного значения тока (со знаком ''-''), выходящим из того же узла. Данная формула с подобными расчетами используется при составлении сложных схем.
• Сумма электрических токов, входящих в узел, равняется сумме выходящих из узла токов. Если не учитывать знак величины, то это является арифметической суммой.

Внимание! В электросетях переменного тока высокой частоты наблюдаются потери. Они связаны с емкостью сети. Значение потерь нельзя определить прямыми способами. В такой ситуации кажется, что происходит нарушение первого закона Кирхгофа.

Как записывается правило Кирхгофа

Любое правило электротехники записывается в виде формулы. Первый закон Кирхгофа имеет два способа написания. В качестве образца можно представить узел с парой входящих электропроводов и токами в них - I1 и I2, а также исходящими из узла проводами - I3, I4 и I5.

Здесь следует вычисление:

• Алгебраическая сумма. Суммарное значение выводится на основе преобразования предшествующей формулы k-m=0 или I1+I2-I3-I4-I5=0. Запись получила применение при более сложных расчетах электросхем.
• Арифметическая сумма. Формула записывается как k=m или I1+I2=I3+I4+I5. В данном случае k - это приближающиеся к узлу линии, обозначение m - выходящие из узла провода. Предлагаемая форма записи применяется в случае, если необходимо узнать сечение токосодержащих жил для электропроводки с одной фазой либо однолинейной схемы электрообеспечения.

Формула также подходит для определения требуемой мощности блоков электросети.

Внимание! Электрический ток, протекающий в подходящих линиях, является положительным, а в случае исходящих проводов - отрицательным.

Расчеты для трехфазной линии

Для трехфазных линий переменного тока составляется схема, в которой присутствует рабочая нейтраль. В этом случае точкой соединения фазных линий с нулем выступает узел. Здесь используется первый закон Кирхгофа, формула которого записывается в более усложненном виде.

Сложное написание формулы связано с тем, что в электросетях переменного электрического тока помимо активного проходит также другой вид тока - реактивный, емкостной либо индуктивный. Исходя из этого, ток в разнофазных электропроводах оказывается передвинут не на 120 градусов, а другую угловую меру.

Для трехфазной линии ведутся специальные расчеты - строится график с векторами. В процессе определения значения тока в нейтрали суммируется вектор, но никак не величина самого тока.

Подобный расчет имеет свои сложности, поэтому он не проводится. Взамен этому осуществляется равномерное распределение нагрузки по всем фазам с максимальной эффективностью. При этом не требуется выбора профиля нейтрального электропроводника. На практике активно применяется готовая кабельная продукция от различных брендовых компаний.

Как проводятся расчеты электроцепи на основе правила Кирхгофа

Данный закон электроцепи получил применение при определении силы тока, а также профиля электропроводов, мощности блоков питания.

Определение параметра электропроводки

По внешнему виду электропроводка и токопроводящие линии напоминают контуры дерева - это кабель с огромным сечением и силой тока расходится в узле на множество отдельных друг от друга и небольших по сечению ветвей, сравнительно маленькой силой тока.

Запись формулы выглядит таким образом: Iвх=Iвых.

Как найти значение блока питания

Известно, что большая часть электрооборудования, приборов и аппаратов работают при непосредственном их подключении к электросети переменного тока напряжением 220 В. Однако в продаже имеется немалое количество электроустановок, работающих при более низком значении напряжения. С учетом такой разницы в показателях напряжения, подобные приборы подсоединяются к блокам питания.

Закон Кирхгофа - правило, согласно которому выявляется связь между силой электрического тока во входящих и исходящих кабелях одного узла. Под электрическим током следует понимать исключительно направленное движение заряженных частиц.

В соответствии с действующим правилом о сохранении массы и энергии, сколько компонентов подходит к узлу, столько же и выходит из него. Правило Кирхгофа применяется во время расчетов профиля токосодержащих жил, в том числе мощности источника питания.