قوانين كيرشوف للتيارات والجهود

لقد مر على التاريخ العلمي عدد كبير من العلماء الذين قد ساهموا من خلال ما قدموه من قوانين ونظريات وابتكارات في الوصول إلى معلومات مذهلة تفوق توقع العديد من العقول البشرية ، ومن أشهر علماء الفيزياء هو العالم كيرشوف الذي قام بوضع أهم قوانين التيارات والجهود الكهربائية .

قوانين كيرشوف

غوستاف كيرشوف Gustav Kirchhoff هو عالم ألماني ولد عام 1824م في بروسيا بألمانيا ووافته المنية عام 1887م ، وقد تمكن كيرشوف طوال حياته العلمية أن يقدم عدد كبير من الإسهامات العلمية الهامة في مجال الفيزياء وقد ساعدت تلك الاكتشافات في الفهم الدقيق لطبيعة الدوائر الكهربائية وقدم طريقة جديدة لحساب قيمة الجهد وشدة التيار ، وقد قام كيرشوف بوضع قانونين وهما : قانون كيرشوف للجهد ، وقانون كيرشوف للتيار .

قانون كيرشوف الأول

وهو المعروف باسم قانون كيرشوف للتيار KCL وهو ينطبق على التيار المتردد والمستمر، وينص على أن قيمة التيار الكهربائي الداخلة في الدائرة الكهربائية تساوي قيمة التيار الخارجة منها ، وقد تم التعبير عن ذلك بطريقة أخرى نصت على أن ناتج مجموع التيارات الجبرية بأي نقطة داخل الدائرة يساوي صفر ؛ أي أن مجموع التيارات الجبرية الداخلة إليها تساوي مجموع التيارات الجبرية الخارجة منها .

مثال على قانون كيرشوف للتيار : إذا كانت شدة التيار الداخلة إلى عقدة تفرع كهربائية يساوي T ، وكان يتفرع من تلك العقدة ثلاثة خطوط هي : T1 ، T2 ، T3 ، فإنه وفقًا لقانون كيرشوف الأول يكون مجموع التيارات الجبرية بهذه العقدة على النحو التالي :

T = T1 + T2 + T3

وبناءًا على ذلك ؛ يكون:

0 = (T – (T1 + T2 + T3

قانون كيرشوف الثاني

يعرف باسم قانون كيرشوف للجهد KVL ، وهو مشابه للقانون الأول في فكرته ولكنه هنا مختص بالجهد الكهربائي ، وينص هذا القانون على أن قيمة مجموع الجهود الجبرية التي تدخل إلى الحلقة المغلقة يساوي صفر ، وبالتالي فإن هذا دليل على قانون بقاء الطاقة الذي ينص على أن (الطاقة لا تفنى ولا تستحدث من عدم) مما يعني أن هذا القانون ينطبق أيضًا على الدوائر الكهربائية ، وبالتالي فإن قيمة الجهود الجبرية الداخلة إلى الحلقة تساوي قيمة الجهود الجبرية المفقودة أيضًا .

مثال على قانون كيرشوف للجهد :إذا كانت قيمة الجهد الكهربائي الداخلة إلى الحلقة تساوي V ، وتم فقد جهود في المسار المفقود هي : V1 ، V2 ، V3 ، فإنه وفقًا لقانون كيرشوف الثاني يتم تقدير مجموع الجهود الجبرية في الحلقة كما يلي  :

V = V1 + V2 + V3

0 =  (V(dropsـ+ (V(gains

مسائل على قانون كيرشوف

في الدائرة الكهربية الموضحة في الشكل التالي أوجد شدة التيار التي تسري بالدائرة معتمدًا على قوانين كيرشوف .

الحل : يتم تقدير كل من اتجاهات التيارات واتجاه المسار المغلق بصورة عشوائية ، وبالتالي سوف يظهر وجود مسار مغلق واحد فقط مع عدم وجود عقد ، وبالتالي فإنه من خلال تطبيق قانون كيرشوف الثاني لحفظ الشحنة نجد ما يلي :

(12 – 3) = (10+ 8 I )

∴ 9 = 18 I ، وبالتالي فإن قيمة شدة التيار (I) = ـ9 / 18 = 0.5 أمبير .

مزايا وعيوب قوانين كيرشوف

-يمكن استخدام هذه القوانين لتحليل أي دائرة كهربائية .
-ساعدت على حساب التيار والجهد المجهولين للدوائر المعقدة بسهولة .

وعلى الرغم من الثورة التي أحدثتها هذه القوانين في مجال الفيزياء الكهربائية ؛ إلا أن العلماء قد أخذوا على قوانين كيرشوف عدم تضمين وجود مجال مغناطيسي متغير داخل الحلقات المغلقة ، وبالتالي فقد تصبح كافة حسابات شدة التيار والجهد المعتمدة على قوانين كيرشوف خاطئة تمامًا في حالة وجود مجال مغناطيسي بالدائرة الكهربائية .