电学——基尔霍夫电路定律 学习笔记

基尔霍夫电路定律(基尔霍夫定律)涉及了电荷的守恒及电势的保守性,指的是两条电路学定律:

基尔霍夫电流定律(基尔霍夫第一定律,KCL)、基尔霍夫电压定律(基尔霍夫第二定律,KVL)。

基本概念

  1. 支路:

    • 每个元件就是一条支路。
    • 串联的元件我们视它为一条支路。
    • 在一条支路中电流处处相等。
  2. 节点:

    • 支路与支路的连接点。
    • 两条以上的支路的连接点。
  3. 回路:

    • 闭合的支路。
    • 闭合节点的集合。

适用范围

基尔霍夫定律建立在电荷守恒定律、欧姆定律及电压环路定理的基础之上,在稳恒电流条件下严格成立。

当基尔霍夫第一、第二方程组联合使用时,可正确迅速地计算出电路中各支路的电流值。

对于含有电感器的电路,必需将基尔霍夫电压定律加以修正。

由于含时电流的作用,电路的每一个电感器都会产生对应的电动势 EkEk​。

必需将这电动势纳入基尔霍夫电压定律,才能求得正确答案。

基尔霍夫电流定律(基尔霍夫第一定律,KCL)

定义:所有进入某节点的电流的总和等于所有离开这节点的电流的总和。

或者:设电流流入为正,流出为负,则所有涉及某节点的电流的代数和等于零。

基尔霍夫电流定律是节点分析的基础定律。

对于方程表达:∑ik=0∑ik​=0;其中,ikik​ 是与这节点相连接的第 kk 个支路的电流。

如图,有 i2+i3=i1+i4i2​+i3​=i1​+i4​,或者可以写成 i2+i3−i1−i4=0i2​+i3​−i1​−i4​=0 的形式。

基尔霍夫电压定律(基尔霍夫第二定律,KVL)

定义:沿着闭合回路所有器件两端的电势差(电压)的代数和等于零。

或者:沿着闭合回路的所有电动势的代数和等于所有电压降的代数和。

基尔霍夫电压定律是网目分析的基础定律。

对于方程表示:∑vk=0∑vk​=0;其中,vkvk​ 是器件两端的电压。

基尔霍夫电压定律不仅应用于闭合回路,也可以把它推广应用于回路的部分电路。

如图,有 v1+v2+v3=v4v1​+v2​+v3​=v4​,或者可以写成 v1+v2+v3−v4=0v1​+v2​+v3​−v4​=0 的形式。

例题

第一题

可以列出三个式子:

{E1=i1r1+iRE2=i2r2+iRi=i1+i2⎩⎨⎧​E1​E2​i​===​i1​r1​+iRi2​r2​+iRi1​+i2​​

已知 E1,E2,r1,r2,RE1​,E2​,r1​,r2​,R,可以求出 i1,i2,ii1​,i2​,i。

第二题

根据基尔霍夫第一定律:

i1=i2+i3i1​=i2​+i3​

将基尔霍夫第二定律应用于回路 s1s1​:

E1=R1i1+R2i2E1​=R1​i1​+R2​i2​

将基尔霍夫第二定律应用于回路 s2s2​:

E1+E2+R3i3=R2i2E1​+E2​+R3​i3​=R2​i2​

已知:R1=100ΩR1​=100Ω,R2=200ΩR2​=200Ω,R3=300ΩR3​=300Ω,E1=3VE1​=3V,E2=4VE2​=4V。

解得:

{i1=1/1100Ai2=4/275Ai3=−3/220A⎩⎨⎧​i1​i2​i3​​===​1/11004/275−3/220​AAA​

注意到电流 i3i3​ 带了负号,这意味着我们 i3i3​ 的假定方向不正确。

这也意味着基尔霍夫电路定律解题不完全需要电流方向已知。

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