Ley del circuito de Kirchhoff

Una avalancha de partículas cargadas, como electrones o partículas, que viajan a través de un canal o área eléctrica se conoce como flujo eléctrico. Se calcula como la velocidad neta de un flujo de carga eléctrica que pasa a través de una superficie o hacia un volumen de control. Los transportadores de carga son las partículas en movimiento y, según el transmisor, pueden ser uno de varios tipos de partículas. Los electrones que viajan por un cable se usan comúnmente como transportadores de carga en los circuitos eléctricos.

Pueden ser electrones o aberturas en semiconductores. Los portadores de carga en un electrolito son partículas, mientras que en el plasma, un gas ionizado, son partículas y electrones. El amperio, o amp, es la unidad SI de flujo eléctrico, que se define como el paso de carga eléctrica sobre una superficie a razón de un culombio por segundo. El amperio es una unidad de medida estándar del SI. Un amperímetro se usa para calcular la cantidad de electricidad que fluye a través de un circuito. Los motores, generadores, inductores y transformadores utilizan campos atractivos creados por flujos eléctricos. Generan calentamiento Joule en conductores convencionales, lo que produce luz en luces brillantes. Las ondas electromagnéticas son producidas por flujos variables en el tiempo y se utilizan en medios de comunicación para transmitir datos.

Ley de Kirchhoff 

Gustav Robert Kirchhoff fue un físico alemán nacido en Rusia. Su trabajo consistía en investigar la conducción eléctrica. La Ley de voltaje de Kirchhoff (KVL) y la Ley de corriente de Kirchhoff (KCL) se publicaron en 1845. (KCL). La Ley de Circuito de Kirchhoff es el resultado de su combinación. El análisis de circuitos se lleva a cabo usando estas leyes. Ayudan en el cálculo del flujo de corriente en varias corrientes a través de la red.

• Primera ley de Kirchhoff: esta ley dice que «la corriente o carga total que ingresa a un cruce o Node es exactamente idéntica a la corriente o carga total que sale del Node, ya que no se pierde carga en el Node». Dicho de otro modo, el total algebraico de todas las corrientes que entran y salen de un Node debe ser cero. También se conoce como Ley de corriente de Kirchhoff (LCK).

Nota: la ley actual de Kirchhoff está a favor de la conservación de la carga. Como resultado, un Nord o cruce es un punto en un circuito que no sirve como fuente de carga o sumidero.

Por lo tanto,

^norte ∑ _k=1 yo _K = 0

Donde n denota el número total de ramas en el Node con corrientes que fluyen hacia o desde él.

es decir 

I _(saliendo) +I _(entrando) = 0

Por ejemplo ,

Desde una red de resistencias, concéntrese en el Node A. Este Node está relacionado con cuatro ramas. Están presentes dos corrientes entrantes, i ₁ e i ₂ , y dos corrientes salientes, i ₃ e i ₄ . La suma de las corrientes entrantes y salientes totales en el Node A ahora será igual a cero, de acuerdo con la ley de corriente de Kirchhoff.

Considere las dos corrientes que ingresan al Node, i ₁ e i ₂ , como positivas, y las dos corrientes que salen del Node, i ₃ e i ₄ , como negativas.

i1+i2–i3–i4=0

• Segunda Ley de Kirchhoff: La caída de voltaje alrededor de un lazo es igual al total algebraico de la caída de voltaje a través de cada componente eléctrico conectado en el mismo lazo para cualquier red cerrada y también es igual a cero, también se conoce como Ley de Voltaje de Kirchhoff (KVL).

Notas: La regla de voltaje de Kirchhoff se basa en la ley de conservación de la energía. Porque el cambio neto en la energía de una carga después de que completa una ruta cerrada debe ser cero.

Por ejemplo,

Considere una sección de una red de resistencias con un bucle cerrado interno, como se ve en el diagrama. En el circuito cerrado, deseamos escribir las disminuciones de voltaje. El total de todas las caídas de tensión entre los componentes conectados en el bucle ABCDA es cero, según la ley de tensión de Kirchhoff.

Asi que,

^norte ∑ _k=1 V _k =0

El número total de componentes eléctricos en el bucle está dado por n.

es decir 

V _AB + V _BC + V _CD + V _DA = 0

Aplicando las Leyes de Kirchhoff

Cuando se usa KCL, las corrientes que salen de una unión deben considerarse negativas, mientras que las corrientes que ingresan a la unión deben considerarse positivas.

Además, mientras usamos KVL, mantenemos la misma orientación en el sentido contrario a las agujas del reloj o en el sentido de las agujas del reloj desde el comienzo del bucle y consideramos todas las disminuciones de voltaje como negativas y los aumentos como positivos. Esto nos lleva de vuelta al punto inicial cuando la pérdida total de voltaje es cero.

Convenciones de signos: 

1. En un bucle, un aumento en la diferencia de potencial o EMF de menor a mayor siempre se considera positivo.
2. En un bucle, una reducción en la diferencia de potencial o EMF de mayor a menor siempre se considera negativa.
3. Si la dirección del bucle es la misma que la corriente que fluye por el circuito, la caída de tensión en la resistencia se considera negativa.

Usos de la Ley de Kirchhoff

• Se utiliza para averiguar cuánta corriente fluye y cuánto voltaje cae en varias áreas del complicado circuito.
• Ayuda a determinar la dirección de la corriente en varios bucles de circuito.
• Las Leyes de Kirchhoff pueden ayudarte a comprender cómo se mueve la energía a través de un circuito eléctrico.

Limitaciones de las leyes de Kirchhoff

1. La ley de Kirchhoff tiene un defecto fundamental: implica que no hay un campo magnético cambiante en toda la región del bucle, lo que podría inducir un cambio en el flujo magnético y la creación de EMF en el circuito. Esto podría resultar en un error de cálculo para los circuitos de CA de alta frecuencia.
2. Kirchhoff también ignoró el impacto del campo eléctrico generado por otros componentes del circuito.
3. KCL funciona con la premisa de que la corriente solo viaja a través de conductores y cables. Mientras que la capacitancia parásita ya no se puede pasar por alto en los circuitos de alta frecuencia. Debido a que los conductores o cables sirven como líneas de transmisión en ciertas circunstancias, la electricidad puede comenzar a fluir en un circuito abierto.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: ¿Cuál es la regla de unión y bucle?

Responder:

La regla de la unión, también conocida como ley de corriente de Kirchhoff (LCK), establece que en cualquier unión dada, la suma de las corrientes entrantes es igual a la suma de las corrientes salientes.

La regla del bucle de Kirchhoff, a menudo conocida como ley de voltaje de Kirchhoff, establece que la suma de las diferencias de voltaje alrededor del bucle debe ser igual a cero (KVL).

Pregunta 2: ¿Cuál es la definición de voltaje de Node?

Responder:

Nos referimos a la diferencia de potencial entre dos Nodes en un circuito cuando decimos voltaje de Node. Uno de los Nodes del circuito se elige como Node de referencia. Los voltajes de todos los demás Nodes se miden con respecto a este único Node de referencia.

Pregunta 3: Encuentre el valor de I del circuito en la figura a continuación.

Responder:

Aplique la primera ley de Kirchhoff al punto P en el circuito alimentado.

Considere la convención de signos: las flechas positivas apuntan hacia P, mientras que las flechas negativas apuntan en dirección opuesta a P.

Como resultado, ahora tenemos lo siguiente:

0,2 A – 0,4 A + 0,6 A – 0,5 A + 0,7 A – I = 0

1,5 A – 0,9 A – I = 0 

0,6 A – yo = 0

Yo = 0.6A

Pregunta 4: ¿Qué significado tiene la ley de Kirchhoff?

Responder

Los principios de Kirchhoff se pueden utilizar para calcular los valores de variables de circuito desconocidas como la corriente y el voltaje. Estos principios se pueden aplicar a cualquier circuito y se pueden utilizar para identificar valores desconocidos en redes y circuitos complejos (con ciertos límites). Ayuda en la comprensión de la transferencia de energía en varios componentes del circuito.

Pregunta 5: Encuentre el valor de la resistencia desconocida R en el siguiente circuito utilizando los principios de Kirchhoff, asegurándose de que no fluya corriente a través de la resistencia de 4 ohmios. Encuentre también la posible diferencia entre los puntos A y D.

Responder:

Debido a que no pasa corriente a través de la resistencia de 4, toda la corriente que pasa por FE viajará a través de ED (según la primera ley de Kirchhoff).

Ahora, en malla AFEBA, usando la segunda ley de Kirchhoff,

Tenemos:- –1 × I – 1 × I – 4 × 0 – 6 + 9 = 0

–2I + 3 = 0

Yo = 3/2 A –(1)

Usando la segunda regla de Kirchhoff en malla AFDCA una vez más ^,

Tenemos: –1×I–1×I–I×R–3+9=0

–2I–IR+6=0 

2I+IR=6 –(2)

De las ecuaciones (1) y (2), obtenemos

(2×3/2)+3/2xR=6 

R=2Ω

Para variaciones probables entre A y D, así como AFD,

Tenemos:- VA – 3/2×1 – 3/2×1= _{V D}

V _A –V _D = 3V

Pregunta 6: ¿Por qué falla la ley de Kirchhoff a alta frecuencia?

Responder:

Debido a que las reglas KCL y KVL son incompatibles con los circuitos de CA de alta frecuencia, las leyes de Kirchhoff fallan a altas frecuencias. A frecuencias más altas, la interferencia de la fem inducida causada por el cambio de los campos magnéticos se vuelve más severa.