tutkielma.pdf, 350 kB - Helsinki.fi

5.3 Kirchhoffin lait vaihtovirtapiirissäTasavirtapiirit noudattavat Kirchhoffin lakeja: Virtapiirin kuhunkin pisteeseen tulevienvirtojen summa on yhtä suuri kuin siitä lähtevien virtojen summa. Virtapiirin jokaisessaumpinaisessa silmukassa lähdejännitteiden summa on yhtä suuri kuin jännitehäviöidensumma.Vaihtovirtapiireissä Kirchhoffin lait yleistyvät hetkellisiksi laeiksi: ne pätevät kunakinajan hetkenä erikseen. Yleistymisprosessia voidaan tukea seuraavin kokein [8, s. 70]1. Kytketään vastus ja käämi rinnan tasajännitelähteeseen (kuva 5.3.1.a). Mitataanvirtamittareilla piirin kokonaisvirta I sekä vastuksen ja käämi lävitse kulkevat virrat I 1ja I 2 . Havaitaan, että kokonaisvirta on mittaustarkkuuden rajoissa yhtä suuri kuin osavirtojensumma, I = I 1 + I 2 .Tehdään samat mittaukset käyttämällä äskeisen tasajännitteen suuruista vaihtojännitettä(kuva 5.3.1.b.). Mitataan vaihtovirtamittareilla piirin kokonaisvirta I sekä vastuksenja käämi lävitse kulkevat virrat I 1 ja I 2 . Havaitaan, että mittarin näyttämä kokonaisvirtaon pienempi kuin osavirtojen summa, I < I 1 + I 2 . Näyttää siltä, että vaihtovirtapiiriei noudattaisi Kirchhoffin 1. lakia.Tasavirtapiirissä kokonaisvirta ja käämin lävitse kulkeva virta ovat suuremmat kuinvaihtovirtapiirissä. Vastuksen läpi kulkeva virta on molemmilla jännitteillä yhtä suuri.Tätä koejärjestelyä kokeiltiin vastuksella, jonka resistanssi oli 33 Ω, ja 600 kierroksenkäämillä, jonka resistanssi oli 2,5 Ω ja induktanssi 9 mH.Esimerkiksi, kun napajännitteenä oli 1,5 V:n tasajännite, mitatut virrat olivat I =600 mA, I 1 = 40 mA ja I 2 = 550 mA.Kun napajännitteenä oli 50 Hz:n ja 1,5 V:n vaihtojännite, mitatut virrat olivat I =100 mA, I 1 = 50 mA ja I 2 = 150 mA.AVV~I UI UAI 2 I 2AAI 1P~I 2 (t)TQSRAI 1RARI(t)I 1 (t)Kuva 5.3.1 a) Tasavirta b) Vaihtovirta c) Hetkellinen virta.2. Kytketään vastus ja käämi sarjaan tasajännitelähteen kanssa (kuva 5.3.2.a.). Mitataanpiirin napajännite sekä jännitehäviöt kummassakin komponentissa. Todetaan, ettämittarin näyttämä napajännite on yhtä suuri kuin jännitehäviöiden summa, U = U 1 + U 2 .Tehdään samat mittaukset käyttämällä äskeisen tasavirran suuruista vaihtovirtaa(kuva 5.3.2.b.). Nyt mittarin näyttämä napajännite on pienempi kuin jännitehäviöidensumma, U < U 1 + U 2 . Näyttää siltä, että vaihtovirtapiiri ei noudattaisi Kirchhoffin 2lakia.22