Prądowe prawo Kirchhoffa - czym jest i gdzie się je stosuje

By bezpiecznie korzystać z energii elektrycznej w łazience, kuchni lub przy pracy w ogrodzie, czy na budowie, konieczne jest zabezpieczenie się przed porażeniem prądem. Na bazie wieloletnich doświadczeń zaobserwowano, iż w normalnych warunkach bezpiecznym prądem przepływającym po ciele człowieka jest 30mA (w nie sprzyjających warunkach i ta wartość może być nieprzyjemna przy kontakcie). Jak jednak zabezpieczyć się przed nie przekroczeniem tej wartości? Należy zmierzyć ile prądu wpływa do układu a ile z niego powraca i porównać tę wartości. Jest to wykorzystanie prądowego (pierwszego) prawa Kirchhoffa.

Jak brzmi prądowe prawo Kirchhoffa, mówiąc bardzo potocznie:
To co wejdzie musi wyjść w takiej samej ilości jak weszło.

Czyli gdy do pomieszczenia wejdą cztery osoby a wyjdą trzy, a pomieszczenie jest puste, powstaje pytanie którą drogą wyszła czwarta.

Mówiąc minimalnie bardziej ściśle:
Gdy do punktu dopłyną 3000 elektronów to tyle samo musi wypłynąć.

A = 2πr - powierzchnia przekroju kabla.

q - ładunek elektronu.

n - suma wszystkich elektronów które przechodzą przez powierzchnie w pewnym czasie, np. w przeciągu 2s może przejść ich 2miliony,

Q - sumaryczny ładunek który przeszedł przez powierzchnie A, Q = q*n

Definicja natężenia prądu jest więc:

J = Q/t

Czyli wartość ładunku przepływającego w jednostce czasu (q*n/t).

prądowe prawo Kirchhoffa można przedstawić jak na poniższym rysunku:

Tak więc gdy połączymy ze sobą przewody, np. trzy, wówczas suma natężeń prądów wpływających i wypływających równa jest 0 .

I tu dochodzimy do sedna: jak to zastawać w praktyce?

By porównać prąd wpływający do prądu powracającego z pomieszczenia używa się wyłączników różnicowoprądowych. Stosuje się je szczególnie w miejscach o większej ilości wody gdzie istnieje duże prawdopodobieństwo porażenia prądem (łazienki, kuchnie, place budów, działki, ogrody itp.). Przy ich stosowaniu trzeba pamiętać o tym, iż nie zabezpieczają one przed przepływem za dużego prądu. Nie zabezpieczą one więc w sytuacji umieszczenia przewodnika w gniazdku, ale zabezpieczą w przypadku gdy stojąc na mokrej podłodze popłynie przez Ciebie prąd "wychodzący" poza obwód. W takim przypadku natężenie prądu powracającego będzie mniejsze od natężenia prądu wpływającego o wartość natężenia prądu przepływającego przez twoje ciało, co wykryje wyłącznik różnicowoprądowy i wyłączy zasilanie.

Przykładowe zadanie:
Załóżmy, że posiadamy dwa oporniki połączone szeregowo (jeden za drugim). Na jednym z nich umieścimy miernik napięcia (na rysunku V w okręgu to miernik napięcia). Podłączymy układ do zasilania (element z dwiema kreskami, krótszą i dłuższą z plusem).

Załóżmy, że R1=100Ω (czyta się Om, Rezystancja), a R2=50Ω. Zmierzone napięcie to 25V (Woltów). Z prawa Ohma wynika, że U=I*R. Tak więc prąd I2=U/R2=25V/50Ω=0,5A (Ampera). Między opornikiem R1 i r2 nie występuję żadne rozgałęzienie, więc I1 = I2.