Przepływ ładunku i pierwsze prawo Kirchhoffa: prąd nie znika w węźle

Potrzebne wiadomości: Ładunek elektryczny, czas i dodawanie wielkości ze znakiem.

Amper oznacza kulomb na sekundę

Średnie natężenie definiujemy jako I_{\mathrm{sr}}=\Delta Q/\Delta t. Jeden amper to jeden kulomb na sekundę. Dla prądu stałego Q=It; gdy I się zmienia, ładunek obliczamy jako pole ze znakiem pod wykresem I(t). Zwrot prądu jest umownie zgodny z ruchem ładunków dodatnich, więc w metalach przeciwny do dryfu elektronów.

Bilans w połączeniu przewodów

W stanie ustalonym w węźle nie gromadzi się ładunek: \sum I_{\mathrm{dop}}=\sum I_{\mathrm{odp}}. To pierwsze prawo Kirchhoffa. Można równie dobrze nadać prądom wpływającym znak plus, wypływającym minus i przyrównać ich sumę do zera.

Jeśli wpływa 0,70 A, a jedną gałęzią wypływa 0,25 A, drugą wypływa 0,45 A. Nie 0,35 A: podział prądu wynika z właściwości gałęzi, a nie z samej ich liczby. Przy założonym zwrocie otrzymany wynik ujemny oznacza zwrot przeciwny do wybranego.

A jeśli ładunek jednak się gromadzi?

Ogólnie bilans brzmi dQ_{\mathrm{wezel}}/dt=\sum I_{\mathrm{dop}}-\sum I_{\mathrm{odp}}. Gdy prawa strona nie jest zerowa, ładunek połączenia zmienia się. W typowym szkolnym zadaniu traktujemy przewody i węzły jako idealne oraz pomijamy taki chwilowy przyrost. Nie wyciągamy jednak z tego wniosku, że ładunek nie może gromadzić się na okładce ładowanego kondensatora.

Warto najpierw narysować strzałki prądów, dopiero potem wstawić liczby. Oszczędza to zgadywania znaków i pozwala sprawdzić wynik przez policzenie ładunków w jednej sekundzie.

Zadania do tego tematu

• Ładunek przepływający przy prądzie narastającym liniowo
• Ujemny wynik dla prądu w czwartej gałęzi węzła

Dalsza lektura

Materiał referencyjny