키르히호프의 전압 법칙
키르히호프의 전압 법칙(KVL)은 폐쇄 회로 경로 주변의 에너지 보존을 다루는 키르히호프의 두 번째 법칙입니다.
Gustav Kirchhoff의 전압 법칙은 회로 분석에 사용할 수 있는 그의 기본 법칙 중 두 번째입니다. 그의 전압 법칙에 따르면 폐쇄 루프 직렬 경로의 경우 회로의 모든 폐쇄 루프 주변의 모든 전압의 대수적 합은 0과 같습니다 . 이는 회로 루프가 닫힌 전도 경로이므로 에너지가 손실되지 않기 때문입니다.
즉, 루프 주변의 모든 전위차의 대수적 합은 다음과 같이 0과 같아야 합니다. ΣV = 0 . 여기서 "대수적 합"이라는 용어는 소스의 극성과 부호 및 루프 주변의 전압 강하를 고려한다는 의미입니다.
Kirchhoff의 이 아이디어는 일반적으로 에너지 보존 으로 알려져 있습니다 . 폐쇄 루프 또는 회로 주위를 이동하면 회로에서 시작한 위치로 돌아가므로 주변 전압 손실 없이 동일한 초기 전위로 돌아갑니다. 고리. 따라서 루프 주변의 모든 전압 강하는 도중에 만나는 모든 전압 소스와 동일해야 합니다.
따라서 키르히호프의 전압 법칙을 특정 회로 요소에 적용할 때 요소 간 전압 강하의 대수 기호( + 및 – )와 소스의 EMF 에 특별한 주의를 기울이는 것이 중요합니다. 그렇지 않으면 계산이 잘못될 수 있습니다.
그러나 키르히호프의 전압 법칙(KVL)을 더 자세히 살펴보기 전에 먼저 저항과 같은 단일 요소의 전압 강하를 이해해야 합니다.
단일 회로 요소
이 간단한 예에서는 전류 I 가 양전하 흐름, 즉 기존 전류 흐름과 동일한 방향이라고 가정합니다 .
여기서 저항을 통과하는 전류의 흐름은 A 지점에서 B 지점으로 , 즉 양극 단자에서 음극 단자로 흐릅니다. 따라서 전류 흐름과 동일한 방향으로 이동함에 따라 저항 요소 전체에 걸쳐 전위가 떨어지며 저항 요소 전체에 걸쳐 -IR 전압 강하가 발생합니다.
전류 흐름이 B 지점에서 A 지점으로 반대 방향인 경우, - 전위 에서 + 전위 로 이동할 때 저항 요소 전체에 전위가 상승 하여 +I*R 전압 강하가 발생합니다. .
따라서 키르히호프의 전압 법칙을 회로에 올바르게 적용하려면 먼저 극성의 방향을 이해해야 하며, 보시다시피 저항성 요소의 전압 강하 부호는 저항성 요소를 통해 흐르는 전류의 방향에 따라 달라집니다. 일반적으로 요소 전반에 걸쳐 동일한 전류 방향에서 전위를 잃고 EMF 소스 방향으로 이동할 때 전위를 얻습니다.
폐쇄 회로 주변의 전류 흐름 방향은 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 가정할 수 있으며 둘 중 하나를 선택할 수 있습니다. 선택한 방향이 전류 흐름의 실제 방향과 다른 경우 결과는 여전히 정확하고 유효하지만 대수적 답에는 마이너스 기호가 표시됩니다.
이 아이디어를 좀 더 이해하기 위해 단일 회로 루프를 살펴보고 키르히호프의 전압 법칙이 유효한지 확인해 보겠습니다.
단일 회로 루프
키르히호프의 전압 법칙에 따르면 모든 루프의 전위차의 대수적 합은 다음과 같이 0과 같아야 합니다. ΣV = 0. 두 저항 R 1 및 R 2 는 직렬 연결로 함께 연결되므로 둘 다 저항의 일부입니다. 동일한 루프이므로 동일한 전류가 각 저항을 통해 흘러야 합니다.
따라서 저항기 양단의 전압 강하 R 1 = I*R 1 및 저항기 양단의 전압 강하 R 2 = I*R 2 는 KVL에 의해 제공됩니다.
이 단일 폐쇄 루프에 키르히호프의 전압 법칙을 적용하면 직렬 회로의 등가 또는 총 저항에 대한 공식이 생성되고 이를 확장하여 루프 주변의 전압 강하 값을 찾을 수 있습니다.
키르히호프의 전압법칙 예제 No1
세 가지 값의 저항기(각각 10Ω, 20Ω 및 30Ω)가 이상적인 12V DC 배터리 공급 장치에 직렬로 연결됩니다. 계산: a) 총 저항, b) 회로 전류, c) 각 저항을 통과하는 전류, d) 각 저항에 걸리는 전압 강하, e) 키르히호프의 전압 법칙 KVL이 참인지 확인합니다.
a) 총 저항(R T )
R T = R1 + R2 + R3 = 10Ω + 20Ω + 30Ω = 60Ω
그러면 총 회로 저항 RT는 60Ω 과 같습니다.
b) 회로 전류(I)
따라서 총 회로 전류 I는 0.2A 또는 200mA와 같습니다.
c) 각 저항을 통과하는 전류
저항은 직렬로 함께 연결되어 있으며 모두 동일한 루프의 일부이므로 각각 동일한 양의 전류를 경험합니다. 따라서:
I R1 = I R2 = I R3 = I 시리즈 = 0.2 암페어
d) 각 저항기의 전압 강하
V R1 = I x R 1 = 0.2 x 10 = 2V
V R2 = I x R 2 = 0.2 x 20 = 4V
V R3 = I x R 3 = 0.2 x 30 = 6V
e) 키르히호프의 전압 법칙 검증
키르히호프의 회로 루프
우리는 여기서 키르히호프의 전압 법칙인 KVL이 키르히호프의 제2법칙이며 모든 전압 강하의 대수적 합이 어떤 고정점에서 폐쇄 회로를 돌고 동일한 점으로 돌아올 때 극성을 고려한다는 것을 확인했습니다. , 항상 0입니다. 즉 ΣV = 0
키르히호프의 제2법칙 뒤에 있는 이론은 전압 보존 법칙으로도 알려져 있으며, 이는 직렬 회로를 다룰 때 특히 유용합니다. 왜냐하면 직렬 회로는 전압 분배기 역할도 하고 전압 분배기 회로는 많은 직렬의 중요한 응용이기 때문입니다.