Una breve explicación sobre cómo funcionan las leyes de Kirchhoff

Una breve explicación sobre cómo funcionan las leyes de Kirchhoff

En el año 1845, Gustav Kirchhoff (físico alemán) introduce un conjunto de leyes que se ocupan de la corriente y el voltaje en los circuitos eléctricos. Las leyes de Kirchhoff generalmente se denominan KCL (Ley de corriente de Kirchhoffs) y KVL (Ley de voltaje de Kirchhoffs). El KVL establece que la suma algebraica del voltaje en el nodo en un circuito cerrado es igual a cero. La ley KCL establece que, en un circuito cerrado, la corriente de entrada en el nodo es igual a la corriente que sale del nodo. Cuando observamos en el tutorial de resistencias que se puede encontrar una sola resistencia equivalente, (RT) cuando se conectan múltiples resistencias en serie o en paralelo, estos circuitos obedecer la ley de Ohm . Pero, en complejo circuitos electricos , no podemos usar esta ley para calcular el voltaje y la corriente. Para este tipo de cálculos, podemos usar KVL y KCL.

Leyes de Kirchhoff

Las leyes de Kirchhoff se refieren principalmente al voltaje y la corriente en los circuitos eléctricos. Estas leyes pueden entenderse como resultados de las ecuaciones de Maxwell en el límite de baja frecuencia. Son perfectos para circuitos de CC y CA en frecuencias donde las longitudes de onda de la radiación electromagnética son muy grandes cuando las comparamos con otros circuitos.


Kirchhoff

Leyes de circuito de Kirchhoff



Hay varias relaciones entre los voltajes y las corrientes de un circuito eléctrico. Estas relaciones están determinadas por las leyes de Kirchhoff, como KVL y KCL. Estas leyes se utilizan para determinar la impedancia de la red compleja o la resistencia eléctrica equivalente y las corrientes que fluyen en las diversas ramas del n / w.

Ley de la corriente de Kirchhoff

La ley de corriente de KCL o Kirchhoff o la primera ley de Kirchhoff establece que la corriente total en un circuito cerrado, la corriente de entrada en el nodo es igual a la corriente que sale en el nodo o la suma algebraica de la corriente en el nodo de un circuito electrónico es igual a cero.

Kirchhoff

Ley actual de Kirchhoff

En el diagrama anterior, las corrientes se indican con a, b, c, dye. Según la ley KCL, las corrientes de entrada son a, b, c, dy las corrientes de salida son eyf con valor negativo. La ecuación se puede escribir como

a + b + c + d = e + f


Generalmente en un circuito eléctrico, el término nodo se refiere a una unión o conexión de múltiples componentes o elementos o carriles portadores de corriente como componentes y cables. En un circuito cerrado, debe existir el flujo de corriente que entra o sale de un carril de nodo. Esta ley se utiliza para analizar circuitos en paralelo.

Ley de voltaje de Kirchhoff

KVL o la ley del voltaje de Kirchhoff o la segunda ley de Kirchhoff establece que la suma algebraica del voltaje en un circuito cerrado es igual a cero o la suma algebraica del voltaje en el nodo es igual a cero.

Kirchhoff

Ley de voltaje de Kirchhoff

Esta ley se ocupa del voltaje. Por ejemplo, se explica el circuito anterior. Una fuente de voltaje 'a' está conectada con cinco componentes pasivos, a saber, b, c, d, e, f, que tienen diferencias de voltaje entre ellos. Aritméticamente, la diferencia de voltaje entre estos componentes se suma porque estos componentes están conectados en serie. De acuerdo con la ley KVL, el voltaje a través de los componentes pasivos en un circuito es siempre igual y opuesto a la fuente de voltaje. Por lo tanto, la suma de las diferencias de voltaje entre todos los elementos de un circuito es siempre cero.

a + b + c + d + e + f = 0

Términos comunes de la teoría de circuitos de CC

El circuito de CC común consta de varios términos teóricos que son

Circuito: Un circuito de CC es un carril conductor de circuito cerrado en el que fluye una corriente eléctrica
Camino: Se utiliza un solo carril para conectar las fuentes o elementos
Nodo: Un nodo es una conexión en un circuito donde varios elementos están conectados entre sí y se denota con un punto.
Rama: una rama es un elemento único o conjunto de elementos que están conectados entre dos nodos como resistencias o una fuente
Lazo: Un bucle en un circuito es un camino cerrado, donde ningún elemento o nodo del circuito se encuentra más de una vez.
Malla: Una malla no contiene ningún camino cerrado, pero es un solo bucle abierto y no contiene ningún componente dentro de una malla.

Ejemplo de las leyes de Kirchhoff

Al usar este circuito, podemos calcular la corriente que fluye en la resistencia 40Ω

Circuito de ejemplo para KVL y KCL

Circuito de ejemplo para KVL y KCL

El circuito anterior consta de dos nodos, a saber, A y B, tres ramas y dos bucles independientes.

Aplique KCL al circuito anterior, luego podemos obtener las siguientes ecuaciones.

En los nodos A y B podemos obtener las ecuaciones

I1 + I2 = I2 y I2 = I1 + I2

Usando KVL, las ecuaciones podemos obtener las siguientes ecuaciones

Desde el lazo1: 10 = R1 X I1 + R2 X I2 = 10I1 + 40I2
Desde el bucle2: 20 = R2 X I2 + R2 X I3 = 20I2 + 40I3
Desde loop3: 10-20 = 10I1-20 I2

La ecuación de I2 se puede reescribir como

Ecuación1 = 10 = 10I1 + 40 (I1 + I2) = 50 I1 + 40 I2
Ecuación 2 = 20 = 20I2 +40 (I1 + I2) = 40 I1 + 60 I2

Ahora tenemos dos ecuaciones concurrentes que se pueden reducir para dar los valores de I1 e I2

La sustitución de I1 en términos de I2 da el valor de I1 = -0,143 amperios
El reemplazo de I2 en términos de I1 da el valor de I2 = +0.429 amperios

Conocemos la ecuación de I3 = I1 + I2

El flujo de corriente en la resistencia R3 se escribe como -0,143 + 0,429 = 0,286 amperios
El voltaje a través de la resistencia R3 se escribe como: 0.286 x 40 = 11.44 voltios

El signo –ve para 'I' es que la dirección del flujo de corriente que inicialmente se prefería era incorrecta. De hecho, la batería de 20 voltios está cargando la batería de 10 voltios.

Esto se trata de Leyes de Kirchoff , que incluye KVL y KCL. Estas leyes se usan para calcular la corriente y el voltaje en un circuito lineal, y también podemos usar el análisis de bucle para calcular la corriente en cada bucle. Además, cualquier consulta con respecto a estas leyes, brinde sus valiosas sugerencias comentando en la sección de comentarios a continuación.

Créditos fotográficos: