Первый и второй закон Кирхгофа | Биография Кирхгофа

---

На рисунке ниже, вы можете увидеть примеры параллельного и последовательного соединения приемников электрической энергии. При параллельном соединении концы питающих проводников приемников сходятся в общих узловых точках. Каждый приемник оказывается включенным на общее напряжение приложенное к этим точкам. При последовательном соединении приемники включаются один за другим. В электрических цепях с таким соединением протекает общий ток. Цепи где присутствует параллельное соединение, относятся к разветвленным цепям, и имеют точки,где сходятся три и более проводников. Эти точки называют узлами. Участки цепи соединяющие два узла, называют ветвями цепи. При установившемся электрическом токе количество электричества притекающего в единицу времени к узлу, равно количеству электричества,утекающего от узла за то же время. Получается, что сумма токов, направленных к узлу, равна сумме токов, направленных от узла.

Это равенство является выражением первого закона Кирхгофа, который гласит: алгебраическая сумма токов в узле равна нулю.

Следствием из первого закона Кирхгофа, является формула, с помощью которой зная величину сопротивления каждого приемника в отдельности, можно определить полное сопротивление всех их, в целом.

R_об = R/n

В практике на основе первого закона Кирхгофа основана работа Устройств защитного отключения (УЗО). Работа УЗО заключается в отключении электропитания сети при возникновении токов утечки. При нормальном режиме работы суммарное значение тока, втекающая в электрическую сеть равна значению тока утекающему из нее. Если равенство  токов нарушается, значит, в сети есть утечка. УЗО сконструировано и подключено таким образом, что при утечке тока УЗО его обнаруживает и размыкает питание электросети. 

Второй закон Кирхгофа гласит: в замкнутой электрической цепи алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме падений напряжений на отдельных участках цепи. Согласно этому закону для схемы изображенной на рисунке ниже можно записать:

 

Например, в новогодней гирлянде состоящей из 100 маленьких одинаковых лампочек, каждая из которых рассчитана на напряжение 2,5 вольт, включенной в сеть напряжением 220 вольт, на каждую лампочку будет приходиться 220/100=2,2 вольта.
И, конечно же, при таком раскладе она будет работать долго и счастливо.

Практическое применение можно пояснить на любой квартирной группе электропитания. Для пояснения рассмотрим квартиру.

Сколько бы групп электропитания в квартире не было, на любой розетке или светильнике напряжение в сети (при рабочем режиме) будет 220 вольт.

---

Кирхгоф Густав Роберт (1824 — 1887) — биография

Немецкий физик Густав Роберт Кирхгоф в Кёнигсберге. В 1846 г. он окончил Кёнигсбергский университет. Кирхгоф был профессором университетов в Бреслау (ныне Вроцлав, Польша) (1850) и Гейдельберге (1854); с 1875 г. он возглавлял кафедру математической физики в Берлинском университете.

Научную работу Кирхгоф начал, ещё будучи студентом. В 1845–1847 гг., занимаясь исследованием электрический цепей, он открыл закономерности протекания тока в разветвлённых цепях (правила Кирхгофа). В 1857 г. Кирхгоф опубликовал статью о распространении переменного тока по проводам, результаты которой во многом предвосхитили идеи Джеймса Максвелла, касающиеся электромагнитного поля.

В 1859 г. Кирхгоф занялся анализом связи между процессами испускания и поглощения света. На эти исследования его натолкнули наблюдения, сделанные ранее Л. Фуко и Дж. Стоксом, о близости положения в спектре Солнца тёмных (фраунгоферовых) D-линий и линий испускания в спектре Na. Вскоре он обнаружил интересное явление – обращение линий испускания в спектре Na при пропускании через пламя солнечного света: на месте светлых линий испускания появлялись отчётливые тёмные.

Как раз в это время к нему обратился Роберт Вильгельм Бунзен, занимавшийся анализом газов, основанным на наблюдении за изменением окраски пламени при введении в него разных элементов. Кирхгоф заметил, что метод анализа можно сделать более информативным, если наблюдать не просто окраску пламени, а его спектр. Совместная разработка этой идеи привела Бунзена и Кирхгофа к созданию спектрального анализа и открытию новых элементов – рубидия и цезия.

В 1859 г. на заседании Прусской академии наук Кирхгоф сделал сообщение об открытии закона теплового излучения, согласно которому отношение испускательной способности тела к поглощательной одинаково для всех тел при одной и той же температуре (закон Кирхгофа). В 1862 г. он ввел понятие «абсолютно чёрного тела» и предложил его модель – полость с небольшим отверстием. Разработка проблемы излучения «абсолютно чёрного тела» в конечном счёте привела к созданию квантовой теории излучения.

Кирхгоф внёс значительный вклад в обобщение теории дифракции Френеля, он занимался также теорией деформации твёрдых тел, колебанием пластин и дисков, движением тел в жидкой среде. Основные труды учёного – «Исследования спектра Солнца и спектров химических элементов» (1861–1862) и «Лекции по математической физике» (в четырёх томах, 1874–1894) сыграли большую роль в развитии теоретической физики.

 

Источники: 1. Биографии великих химиков. Перевод с нем. под ред. Быкова Г.В. – М.: Мир, 1981. 320 с. 2. Большая советская энциклопедия. В 30 тт.