키르히호프 법칙

전기회로 법칙.

키르히호프의 전기회로 법칙. 전압이나 전류를 구하기 위한 전기회로에 작용하는 법칙이다. 전하량 보존 및 에너지 보존에 기초해서 유도된다. 독일의 물리학자 구스타프 키르히호프 가 19 세기에 정립하였다고 한다. 경우에 따라 전기회로의 방정식을 세우는 데 필수적인 법칙이라 하여 '키르히호프의 규칙'이라고 한다. 전기, 전자 공학에서 키르히호프의 법칙은 고전역학에서 뉴턴의 운동 법칙이 차지하는 위상과 비슷한 위치에 있는 기본적인 법칙이다. 전기전자공학에 재학중인 학생들은 반드시 알아야 되는 법칙이다. 이 법칙을 이용하여 많은 식을 유도할 수 있고 전기, 전자 이론에 외워야 할 식의 수를 줄여준다. 키르히호프의 법칙을 사용하면 op-amp로 미분, 적분을 제작하는지도 구할 수 있고, RLC회로에서 이계 선형 상미분방정식을 유도할수 있다.

키르히호프 제1법칙(KCL)

키르히호프의 전류 법칙이라고 한다. 회로에서의 전하량 보존 법칙.

항은 들어오는 전류이면 (+), 나가는 전류이면 (-) 부호로 정해진다. 반대로 정해도 상관은 없다. 들어오는 전류와 나가는 전류의 크기는 항상 동일하다, 해당 지점에서 전하가 쌓이지 않는다. 흔히 오해를 많이 하는데 이름 때문에 전류가 나뉘는 분기점에서 성립한다고 생각을 하는데, 전하량 보존 법칙을 생각하면 그냥 단일 도선 어떤 지점에서 든지 들어온 전류가 나가는 전류가 같은데, 전류는 항상 한방향으로 만 흐르기 때문이다. 이는 정상 전류의 조건과 관계가 있다. 정상 전류 란 시간에 따라 전류가 변하지 않고, 한지점에서 전하가 쌓이면 안 된다. 전하량은 언제나 보존되기 때문에 한 지점에서 들어오는 전류 와 나가는 전류에 차이가 생기면 그 차이만큼 전하가 쌓인다. 이는 다시 말해 전기회로의 어느 지점에서는 전류의 출입에 균형이 맞아야 한다. 이게 키르히호프의 전류법칙이다.

키르히호프 제2법칙(KVL)

키르히호프의 전압법칙 이다. 다른 말로 고리규칙이라고 한다. 회로의 에너지 보존 법칙. 전기회로 내 모든 지점은 전기 퍼텐셜을 지정할 수 있다. 어떤 닫힌 경로를 따라 이동할 때 전기 퍼텐셜의 변화는 제자리로 돌아오고, 이것이 위 식에 써진 내용과 같다. 이것이 키르히호프의 전압 법칙이다. 한 전자의 입장에서 볼 때, 전자는 전원을 거치며 에너지를 받고, 회로 소자를 지나면서 일을 한다. 이 때 에너지의 출입은 전자의 전하량과 전위의 변화의 곱으로 나타남. 전자가 제자리로 돌아 올때 같은 퍼텐셜 준위로 돌아오므로, 들어온 에너지와 나간 에너지는 동일해야 함. 이는 전원이 일한 만큼 에너지가 회로 소자로 전달된다.