• Tensions
• Els corrents en els circuits elèctrics, respectivament.
Llei de tensió de Kirchhoff
La llei de voltatge de Kirchhoff estableix que la suma algebraica de tots els voltatges en un bucle tancat és igual a zero. Una altra forma d'expressar aquesta llei és que per cada augment de potencial hi ha d'haver una caiguda igual; si comencem a qualsevol punt d'un circuit i els camins en un bucle sempre acabarem de nou a aquest mateix punt de partida.
Senderisme a una muntanya
Una analogia per a la visualització de la Llei de voltatge de Kirchhoff és el senderisme per una muntanya. Suposem que partim de la base d'una muntanya i es fa una caminada a una altitud de 2.000 m per establir el campament per passar la nit. Al dia següent, tornem a caminar fins assolir 1.000 m. Un dia després, es camina fins a baixar 2.000 m. El quart dia caminem de tornada al punt de partida original a la base de la muntanya.
Podem resumir la nostra aventura de senderisme com una sèrie de pujades i baixades així:
Per descomptat, no s’ha assolit l'alçada total de 0 m perquè en general, es parla en termes del punt més alt aconseguit: en aquest cas 5.000 m. No obstant això, si es fa un seguiment del guany o pèrdua en termes algebraics (mantenint el signe matemàtic, ja siguin positius o negatius) de cada dia, veiem que la suma final és zero (i de fet ha de ser sempre zero) si acabem al nostre punt de partida.
Si veiéssim aquest escenari des de la perspectiva de l'energia potencial com elevem una massa constant de punt a punt, arribaríem a la conclusió que s’està fent treball amb aquesta massa en els dies 1 i 2, però deixant de fer-hi treball en els dies 3 i 4. Després de la caminada de quatre dies, l'energia potencial neta impartida a la massa és zero, ja que acaba a la mateixa altitud exacta que la iniciada.
Si s’aplica aquest principi a un circuit real, on el corrent total i totes les caigudes de tensió que ja s'ha calculat...
Si es traça un camí ABCDEA, es veu que la suma algebraica de tensió en aquest bucle és zero:
Fins i tot es pot traçar un camí que no segueixi els conductors del circuit o incloure tots els components, com EDCBE, i es veu que la suma algebraica de totes les tensions segueix sent zero:
La Llei del voltatge de Kirchhoff és sovint un tema difícil per als estudiants, precisament perquè la pròpia tensió és un concepte difícil d'entendre. Cal recordar que no hi ha tal cosa com la tensió en un sol punt; més aviat, hi ha tensió només com una quantitat diferencial. Per parlar de forma intel·ligent de voltatge, cal fer referència a una pèrdua o guany de potencial entre dos punts.
L’analogia d'altitud en una muntanya és particularment apta. No podem parlar de forma intel·ligent d'algun moment a la muntanya com tenint una altura específica llevat que assumim un punt de referència per mesurar-ho. Si es considera que el cim de la muntanya és a 3.000 m d'altura (en general això significa 3.000 m més alt que el nivell del mar, el punt de referència comú). No obstant això, l’aventura de senderisme, on es van pujar 5.000 m en dos dies, no implicava que pujar a una altitud absoluta de 5.000 m sobre el nivell del mar. Ja que mai hem especificat l'altura del nivell del mar a la base de la muntanya, és impossible calcular la nostra altitud absoluta al final del dia 2.
Tot el que es pot dir de les dades que es donen és que es va pujar a 5.000 m per sobre de la base de la muntanya, allà on passa a ser en relació amb el nivell del mar. El mateix passa amb la tensió elèctrica: la majoria dels circuits tenen un punt marcat com a terreny on es fa referència a totes les altres tensions. En els circuits alimentats per DC, aquest punt de terra és sovint el pol negatiu de la font d'alimentació DC. Tensió és fonamentalment una quantitat relativa entre dos punts: una mesura de la quantitat de potencial ha augmentat o disminuït passant d'un punt a un altre.
Llei de la corrent de Kirchhoff
La Llei de la corrent de Kirchhoff és un concepte molt més fàcil d'entendre. Aquesta llei estableix que la suma algebraica de tots els corrents en un punt d'unió (anomenat un node) és igual a zero. Una altra forma d'expressar aquesta llei és dir que per cada electró que entra un node, cal sortir d'algun lloc.
Una analogia per a la visualització de la Llei actual de Kirchhoff és l'aigua que flueix per dins i fora d'una canonada:
Sempre i quant no hi hagi fuites en el sistema de canonades, per cada gota d'aigua que entra a la canonada, a la sortida ha de sortir-ne la mateixa. Perquè hi hagi un desajust permanent entre cabals implicaria una violació de la llei de conservació de la massa.
En aplicar aquest principi a un circuit real, on tots els corrents han estat calculats...
En nodes on només dos cables es connecten (com els punts A, B i C), la quantitat de corrent que passa al node és exactament igual a la quantitat de corrent que surt (4 mA, en cada cas). En nodes en els tres cables s'uneixen (com punts D i E), es veuen dues corrents més petites. La suma de les dues corrents més petites formen la corrent més gran.
Font: Electrical Enginering
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada
Aquest és un blog amb moderador dels comentaris. Per tant, no apareixen immediatament