กฎของเคิร์ชฮอฟฟ์ (Kirchhoff’s Laws) เป็นกฎพื้นฐานที่ใช้ในการวิเคราะห์วงจรไฟฟ้า โดยมีสองกฎหลักที่อธิบายการกระจายของกระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าในวงจร ได้แก่ กฎกระแสของเคิร์ชฮอฟฟ์ (Kirchhoff’s Current Law – KCL) และ กฎแรงดันของเคิร์ชฮอฟฟ์ (Kirchhoff’s Voltage Law – KVL)
1. กฎกระแสของเคิร์ชฮอฟฟ์ (Kirchhoff’s Current Law – KCL)
KCL กล่าวว่าผลรวมของกระแสไฟฟ้าที่ไหลเข้าสู่จุดร่วม (Node) หรือจุดเชื่อมต่อในวงจรไฟฟ้าจะเท่ากับผลรวมของกระแสไฟฟ้าที่ไหลออกจากจุดนั้นเสมอ หรืออาจกล่าวได้ว่า กระแสไฟฟ้าสุทธิที่ไหลเข้าสู่จุดร่วมในวงจรไฟฟ้าจะเป็นศูนย์∑Iin=∑Iout\sum I_{in} = \sum I_{out}∑Iin=∑Iout
หรือ∑I=0\sum I = 0∑I=0
- I แทนกระแสไฟฟ้าที่ไหลเข้าสู่หรือออกจากจุดร่วม
- การไหลเข้าถือเป็นบวก (+) และการไหลออกถือเป็นลบ (-)
ตัวอย่างการใช้ KCL:
- ในวงจรที่มีจุดร่วมที่เชื่อมต่อกับสายไฟสามเส้นที่มีกระแสไฟฟ้า I1, I2 และ I3 โดยที่ I1 ไหลเข้า และ I2, I3 ไหลออกจากจุดร่วม เราสามารถเขียนสมการตาม KCL ได้ดังนี้: I1=I2+I3I_1 = I_2 + I_3I1=I2+I3
2. กฎแรงดันของเคิร์ชฮอฟฟ์ (Kirchhoff’s Voltage Law – KVL)
KVL กล่าวว่าผลรวมของแรงดันไฟฟ้ารอบวงจรปิดหรือรอบลูปใด ๆ ในวงจรไฟฟ้าจะต้องเท่ากับศูนย์เสมอ หรือกล่าวได้ว่า แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นจะถูกชดเชยด้วยแรงดันไฟฟ้าที่ลดลงในลูปไฟฟ้า∑V=0\sum V = 0∑V=0
- V แทนค่าแรงดันไฟฟ้าของแต่ละองค์ประกอบในลูป
- แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นถือเป็นบวก (+) และแรงดันไฟฟ้าที่ลดลงถือเป็นลบ (-)
ตัวอย่างการใช้ KVL:
- ในวงจรที่มีแหล่งจ่ายไฟฟ้า (V1) และตัวต้านทานสองตัวที่มีแรงดันตกคร่อม R1 และ R2 เป็น V_R1 และ V_R2 ตามลำดับ สมการจาก KVL จะเป็น: V1−VR1−VR2=0V_1 – V_{R1} – V_{R2} = 0V1−VR1−VR2=0 หรือ V1=VR1+VR2V_1 = V_{R1} + V_{R2}V1=VR1+VR2
การใช้งานกฎของเคิร์ชฮอฟฟ์
- KCL: ใช้ในการวิเคราะห์การกระจายกระแสไฟฟ้าในวงจรเพื่อหาค่ากระแสที่ไหลในแต่ละสาขาของวงจร
- KVL: ใช้ในการหาค่าความต่างศักย์หรือแรงดันไฟฟ้าในแต่ละส่วนของวงจร เพื่อให้ทราบว่าแรงดันไฟฟ้าแบ่งตัวอย่างไรในแต่ละส่วน
กฎของเคิร์ชฮอฟฟ์ เป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์ในการวิเคราะห์วงจรไฟฟ้าทั้งแบบง่ายและซับซ้อน เช่น การวิเคราะห์วงจรอนุกรมและขนาน รวมถึงการคำนวณแรงดันและกระแสในเครือข่ายไฟฟ้าในหลายกรณี