Kirchhoffovy zákony
Pravidla pro složitější obvody

Zatímco Ohmův zákon stačí na jednoduchý obvod (zdroj a jeden spotřebič), Kirchhoffovy zákony nastupují v momentě, kdy se obvod začne větvit a komplikovat. Slouží k výpočtům proudů a napětí v rozsáhlejších elektrických sítích.
Než se do nich pustíme, je nutné znát tři základní pojmy, neboli topologii obvodu.
Pojem Definice v elektrotechnice Význam pro výpočty
Uzel Místo, kde se vodivě spojují 3 a více vodičů. Místo dělení nebo spojování proudů.
Větev Úsek obvodu mezi dvěma uzly. V jedné větvi teče vždy všude stejný proud.
Smyčka Uzavřená dráha v obvodu tvořená několika větvemi. Cesta z jednoho bodu zpět do stejného bodu.

1. Kirchhoffův zákon (Zákon o proudech / uzlech)

Definice: Součet proudů vstupujících do uzlu se rovná součtu proudů z uzlu vystupujících.Vzorec: Σ I = 0 (Algebraický součet všech proudů v uzlu je roven nule).

• Fyzikální princip: Zákon zachování elektrického náboje. Elektrony se nemohou v uzlu hromadit ani z ničeho vznikat.
  
• Přirovnání (Rozbočka na vodu): Představte si rozbočku (T-kus) na vodovodním potrubí. Když do rozbočky přiteče hlavní trubkou 10 litrů vody za sekundu, musí dvěma menšími trubkami odtéct dohromady přesně 10 litrů (např. 6 a 4 litry). Voda v trubce nezmizí. Stejně se chovají elektrony v drátech.
  

2. Kirchhoffův zákon (Zákon o napětích / smyčkách)

Definice: V jakékoliv uzavřené smyčce obvodu se součet napětí na zdrojích rovná součtu úbytků napětí na spotřebičích.Vzorec: Σ U = 0 (Algebraický součet napětí ve smyčce je roven nule).

• Fyzikální princip: Zákon zachování energie.
  
• Přirovnání (Horská túra): Představte si výlet. Napětí zdroje (baterie) funguje jako lanovka, která vás vyveze o 500 výškových metrů nahoru (získáte energii). Úbytky napětí na rezistorech jsou jednotlivá klesání během vaší cesty pěšky dolů. Pokud se na konci výletu vrátíte zpět ke spodní stanici lanovky (uzavřená smyčka), vaše celková změna nadmořské výšky je přesně 0. Kolik jste nastoupali, tolik musíte sestoupat.
  

Úskalí a pravidla pro praxi

Při použití Kirchhoffových zákonů je absolutně klíčová znaménková konvence (správné určování plus a minus).

1. U 1. zákona: Proudy tekoucí do uzlu označíme jako kladné (+), proudy tekoucí z uzlu jako záporné (-).
   
2. U 2. zákona: Zvolíme si směr oběhu smyčky (např. po směru hodinových ručiček). Pokud směr proudu ve větvi souhlasí se směrem oběhu, bereme úbytek napětí jako kladný (+). Pokud jdeme "proti proudu", je záporný (-).
   
3. Střídavý proud: Zákony platí i pro střídavé obvody, ale nelze jednoduše sčítat čísla (amplitudy). Musí se počítat s takzvanými fázory (vektory), protože proudy a napětí mohou být vůči sobě fázově posunuté (zpožděné).

Přehledové srovnání základních zákonů

Zákon Řeší primárně Základní vzorec Kde se aplikuje
Ohmův zákon Vztah U, I, R U = R × I Na jednu konkrétní součástku / větev
1. Kirchhoffův Elektrické proudy Σ I = 0 V konkrétním uzlu obvodu
2. Kirchhoffův Elektrická napětí Σ U = 0 V uzavřené smyčce obvodu