Kirchhoffin piirilait
Kirchhoffin piirilait kertovat sähkövarauksen ja energian säilymisestä virtapiireissä.
Molemmat piirilait voidaan johtaa Maxwellin yhtälöistä, mutta Kirchhoff edelsi ajallisesti Maxwellia ja laajensi Ohmin töitä.
Kirchhoffin virtalaki
i1 + i4 = i2 + i3
Tämä laki tunnetaan myös nimillä: Kirchhoffin ensimmäinen laki, Kirchhoffin pistesääntö, Kirchhofin liitossääntö ja Kirchhoffin ensimmäinen sääntö.
Sähkövarauksen säilymisestä seuraa, että:
- Missä tahansa virtapiirin kohdassa jonka varaustiheys
ei muutu ajan suhteen, siihen pisteeseen saapuvien sähkövirtojen summa on yhtä suuri kuin siitä poistuvien sähkövirtojen summa.
Varaustiheyden ajallinen muutos merkitsisi nettovarauksen lisääntymistä tai vähenemistä, mitä yleensä ei voi tapahtua mitenkään merkittävässä määrin johtuen sähköstaattisten voimien suuruudesta. Varauksen kertymä aiheuttaisi poistovoimia jotka alentavat varaustiheyttä.
Varauksen kertymistä voi tapahtua kondensaattorissa, jossa varaus on tavallisesti jaetu laajalti kahden hieman toisistaan erossa pidetyn (eristeellä tai tyhjöllä) yhdensuuntaisen levyn väliin. Tässä tapauksessa yhteen levyyn saapuvien virtojen summa ei ole nolla, vaan varauksen kertymänopeuden mitta. Piirianalyysissä kondensaattoreita kohdellaan kuitenkin yksittäisinä komponentteina ja silloin ei tarvita siirtymävirtojen korjaustermejä kun kokonaisvaraus on aina nolla.
Jos ollaan oikein tarkkoja käytännön tekniikassa, kaikki johtimet muodostavat parasiittisiä (joskin _pieniä_) kondensaattoreita ympäristönsä kanssa. Tämä _saattaa_ aiheuttaa merkittäviä efektejä esim. piirikorteilla, kun noiden parasiittisten kondensaattoreiden kautta jokin iso signaali kytkeytyy suoraan herkkään vastaanottimeen.
Kirchhoffin jännitelaki
v1 + v2 + v3 + v4 = 0
Tämä laki tunnetaan myös nimillä: Kirchhoffin toinen laki, Kirchoffin silmukkasääntö ja Kirchhoffin toinen sääntö.
Energian häviämättömyyden periaatteesta seuraa:
- Järjestyksessä laskettu sähköpotentiaalierojen summa virtapiirin ympäri pitää olla nolla.
(Muutoin olisi mahdollista tehdä ikiliikkuja, jossa virtaa syntyy virtapiirissä.)
Tällä laillia on pieniä säätötarpeita kun virtapiiri on muuttuvassa magneettikentässä, jolloin virtapiirin sähkökenttä ei enää olekaan säilymälakien mielessä suljettu. (Eli yksinkertaiseen johtimeen saattaa indusoitua jännitettä, jos se on muuttuvassa magneettikentässä.)