قانون كيرشوف للجهد | ومن هو مكتشف هذا القانون

قانون كيرشوف للجهد واحد من القوانين وأهمها التي تستخدم في تحليل دوائر الجهد المتردد والمستمر، حيث تم وضع القانون من أجل تحليل الدوائر الكبيرة والأكثر تعقيداً من أجل ثبات الجهد الكلي الذي يمر داخل الدائرة المساوي للصفر، وضع “جوستاف كيرشوف” في عام 1845 قانونين من أجل تحليل الدوائر الكهربائية المعقدة، تم التعريف القانون الأول باسم “قانون كيرشوف للتيار” والثاني “قانون كيرشوف للجهد”.

قانون كيرشوف للجهد

واحد من القوانين التي أطلقها “جوستاف كيرشوف” حتى يحل مشكلة تحليل الدوائر الإلكترونية المعقدة كما أنه يختص بالجهد الكهربائي، القانون معروف أيضاً باسم “قانون ماكسويل الثالث”

إذ أن قيمة الجهود الجبرية الداخلة بأي حلقة مقفولة أو مغلقة تساوي الصفر، وهو المبدأ الذي يؤكد ضرورة الحفاظ على الطاقة داخل الدائرات الكهربائية، ونص قانون كيرشوف للجهد على:

مجموعة قوي الدفع الكهربائية مساوياً لمجموع الجهود المفقودة داخل المسار نفسه في دائرة الربط على التوالي، وهو ما يعني أن المجموع الجبري للجهود داخل أي مسار مقفول مساوي للصفر.

ومعادلة القانون هي: \

تحليل الجهد المطبق على المقاومة

من الضروري قبل البدأ في أي عملية تحليل داخل أي دائرة يجب وضع العلامات السالبة والموجبة لأي عنصر على أساس اتجاه مسار التيار الكهربائي الموصل داخل الدائرة.

أفتراضاً بوجود عنصر للمقاومة داخل الدائرة والتيار يمر من جهة اليسار لليمين كاتجاه عقارب الساعة، يجب وضع الإشارات التالية:

• التعرف على اتجاه مسار التيار الكهربائي الموجود في المقاومة.
• إذا كان مسار التيار من النقطة A وحتى النقطة B فيتم وضع الإشارة الموجبة عند أول نقطة والسالب في النقطة الثانية مما يؤدي إلى هبوط الجهد بسبب وجود قوة جهد على المقاومة.

قد يهمك أيضا قراءة: الضغط في الفيزياء | قانوني برنولي وشارل للضغط

طريقة استخدام قانون كيرشوف للجهد

توجد بعض الخطوات التي يمكن من خلالها معرفة الطريقة الصحيحة لاستخدام قانون كيرشوف الخاص بالجهد وهي:

• تحديد المسار الخاص بالجهد في الدائرة الكهربائية، وبعد ذلك استكمال الحل.
• البدأ من نقطة عشوائية لمعرفة الاتجاه الصحيح للجهد، وإن كان متوافق مع الاتجاه المحدد مسبقاً فمسار الجهد موجب، وإما إذا كان عكس التيار فالاتجاه سالب.
• كتابة جميع الإشارات التي تحصل عليها بالإضافة إلى تدوين إشاراتها السالبة والموجبة، وجمعها مع بعضها للحصول على قيمة الجهد الكلي للدائرة الكهربائية.

بعض الأمثلة الحسابية على قانون كيرشوف للتيار والجهد

حساب قيمة التيار لقانون كيرشوف للتيار

ما قيمة التيار الداخل إلى العقدة في دارة كهربائية مغلقة إذا كان التيار الخارج الأول يساوي 4 أمبير، وقيمة التيار الخارج الثاني تساوي 6 أمبير، والتيار الخارج الثالث يساوي 3 أمبير؟

بالتطبيق على قانون t2+ t3+ t4 = t1

فتكون قيمة التيار الداخل يساوي: t1 = 4+ 6+ 3

إذن التيار الداخل= t1 = 13 أمبير.

 

إذا كانت قيمة التيار الداخل إلى عقدة دارة كهربائية يساوي 20 أمبير، وكان يخرج من العقدة 4 تيارات قيمة التيار الأول تساوي 3 أمبير، والثاني تساوي 6 أمبير، والثالث 2 أمبير، وقيمة التيار الرابع مجهولة، جد قيمة التيار الرابع.

بالتطبيق على قانون t2+ t3+ t4+t5 = t1 فالمعادلة ستكون كالآتي:

20 = 3+ 6+ 2+ t5.

20 = 11+ t5.

t5 = 20 – 11.

قيمة التيار الرابع= t5 وتساوي 9 أمبير.

حساب قيمة الجهد باستخدام قانون كيرشوف

ما قيمة جهد مقاومة مجهولة في دارة كهربائية يوجد فيها 4 مقاومات، جهد المقاومة الأولى يساوي 4، والثانية تساوي 8، وجهد المقاومة الثالثة يساوي 3؟

تطبيقاً على قانون كيرشوف الثاني للجهد 0 = v1+ v2+ v3+ v4.
0 = 8+ 4+ 3+v4 .
0 = 15+ v4 .
v4 = 0- 15 .
إذن فإن جهد المقاومة المجهولة= v4 ويساوي -15 فولت.

من هو العالم الفيزيائي كيرشوف

• يسمي “جوستاف روبرت كيرشوف” عالم فيزيائي ألماني الجنسية ولد في 12 من شهر مارس سنة 1824 م.
• توفي جوستاف في 17 من أكتوبر عام 1887 داخل ألمانيا.
• شارك مع العالم الكيمائي روبرت بونسون من أجل تأسيس تحليل الطيف، وهدف النظرية هو تحليل الضوء المنبعث من مادة ساخنة والنظرية مرتبطة بالتحليل الكيمائي للأضواء.
• تمكن جوستاف من تطبيق نظرية الضوء بصورة صحيحة عن طريق الشمس إذ عمل على تركيز الأشعة التي تنبعث من خلالها.
• لأن مرور الضوء من خلال الغاز يساعد في امتصاص بسهولة الخاص بالأشعة المنبعثة، وهو ما يطلق عليه الأطوال الموجية.
• ساعدت هذه النظرية على ظهور إحداثيات متقدمة في علم الفلك.
• عمل جوستاف كيرشوف بالعمل كمحاضر داخل جامعة برلين، وعمل أيضاً كأستاذ في الفيزياء داخل جامعة هايدلبرغ وساعد في اكتشاف قانون التيار والجهد والذي سُمي بعد ذلك على اسمه “قانون كيرشوف”.
• عمل على شهرة القانون بصورة كبيرة وسريعة بين غيره من العلماء.

لا تفوت فرصة قراءة: القانون الأول لنيوتن | تعريفه وصيغته الرياضية واهم الامثلة

تعريف التيار الكهربائي

• التيار الكهربائي هو كل ما يتعلق بالدائرة الكهربائية عن طريق سريان الإلكترونيات بسهولة داخل الدائرة.
• يجب أن تكون الدائرة الكهربائية مغلقة تحسباً لأي انقطاع كهربائي يحدث في الدائرة أو مكان أخر بها.
• يجب أن يكون مفتاح الدائرة الكهربائية مغلق حتى لا يتسبب بأي انقطاع للتيار الموصل بالدائرة.

قانون التيار الكهربائي لكرشوف

• نص قانون التيار لكرشوف على أن مجموعة التيار التي تدخل في أي نقطة ما داخل الدائرة الكهربائية.
• لا يُستهلك التيار الموجود بالدائرة الكهربائية لكن بشرط أن يكون متساوي مع مجموع التيارات التي خرجت من العقدة.
• من الطبيعي داخل أي دائرة كهربائية أن يتساوى التيار الخارج مع التيار الداخل لأن كل تيار يخرج يرجع مرة أخرى للدائرة.
• يعبر عن قانون كيرشوف للتيار من خلال معادلة خاصة به غير متشابهة مع قانون كيرشوف الخاص بالجهد.
• يتمثل قانون كيرشوف للتيار في “مجموع التيارات الداخلة في نقطة تفرع تساوي مجموع التيارات الخارجة من نفس النقطة.
• إلى جانب التيار الكهربائي الخاص بالقانون والذي يتم تطبيقه داخل الدائرة الكهربائية.
• التيار الكهربائي يتشابه مع اتجاه عقارب الساعة أو عكسها.
• إذا كان فرض التيار معاكس للواقع فإن إنتاج التيارات ستكون سالبة ويتم استخدام هذا الفرض في جميع المعادلات.
• وأيضاً المجموع الجبري لكافة الجهود داخل الدائرة المغلقة والتي تكون عكس اتجاه عقارب الساعة.
• يجب أن يكون المجموع الخاص بالفولتية الصاعد في فرق الجهد داخل أي ممر مغلق من السالب للموجب مساوياً لقيمة الفولتية الهابطة.
• مما يؤدي إلى تقليل فرق الجهد المتساوي مع الموجب والسالب.
• يعبر عن القانون بالمعادلة الآتية ” V3 + V1 – V2 – V4 = 0
• كذلك V2 + V4 – V3 – V1 = 0.
• V1 + V3 = V2 + V4.

قانون كيرشوف للجهد من بين القوانين الخاصة بعلم الفيزياء والتي أسسها العالم الفزيائي “جوستاف كيرشوف”، كما أنقسم القانون إلى قانون ومعادلة خاصة بالجهد

وأيضاً معادلة منفصلة وقانون منفصل خاص بالتيار، والأمر المستنتج أن الدائرة الكهربائية يجب أن تكون مغلقة والمفتاح يكون مغلق أثناء التجربة حتى لا يؤدي لانقطاع داخل الدوائر الكهربائية.