基爾霍夫定律
基爾霍夫定律是德國物理學(xué)家古斯塔夫·基爾霍夫于1859年提出的，它用于描述物體的發(fā)射率與吸收比之間的關(guān)系。在熱力學(xué)平衡的條件下，各種不同物體對相同波長的單色輻射出射度與單色吸收比之比值都相等，并等于該溫度下黑體對同一波長的單色輻射出射度。
發(fā)現(xiàn)背景 編輯本段
基爾霍夫定律是求解復(fù)雜電路的電學(xué)基本定律。從19世紀(jì)40年代，由于電氣技術(shù)發(fā)展的十分迅速，電路變得愈來愈復(fù)雜。某些電路呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)形狀，并且網(wǎng)絡(luò)中還存在一些由3條或3條以上支路形成的交點(節(jié)點)。這種復(fù)雜電路不是串、并聯(lián)電路的公式所能解決的，剛從德國哥尼斯堡大學(xué)畢業(yè)，年僅21歲的基爾霍夫在他的第1篇論文中提出了適用于這種網(wǎng)絡(luò)狀電路計算的兩個定律，即著名的基爾霍夫定律。該定律能夠迅速地求解任何復(fù)雜電路，從而成功地解決了這個阻礙電氣技術(shù)發(fā)展的難題。基爾霍夫定律建立在電荷守恒定律、歐姆定律及電壓環(huán)路定理的基礎(chǔ)之上，在穩(wěn)恒電流條件下嚴(yán)格成立。當(dāng)基爾霍夫第一、第二方程組聯(lián)合使用時，可正確迅速地計算出電路中各支路的電流值。由于似穩(wěn)電流(低頻交流電)具有的電磁波長遠(yuǎn)大于電路的尺度，所以它在電路中每一瞬間的電流與電壓均能在足夠好的程度上滿足基爾霍夫定律。因此，基爾霍夫定律的應(yīng)用范圍亦可擴展到交流電路之中。
定義信息 編輯本段
定義：在給定溫度下，對于給定波長，所有物體的比輻射率與吸收率的比值相同，且等于該溫度和波長下理想黑體的比輻射率。
所屬學(xué)科：大氣科學(xué)(一級學(xué)科)；大氣物理學(xué)(二級學(xué)科)
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基爾霍夫定律是德國物理學(xué)家基爾霍夫提出的。基爾霍夫定律是電路理論中最基本也是最重要的定律之一。它概括了電路中電流和電壓分別遵循的基本規(guī)律。它包括基爾霍夫電流定律（KCL）和基爾霍夫電壓定律（KVL）。
基爾霍夫定律Kirchhoff laws是電路中電壓和電流所遵循的基本規(guī)律，是分析和計算較為復(fù)雜電路的基礎(chǔ)，1845年由德國物理學(xué)家G.R.基爾霍夫（Gustav Robert Kirchhoff，1824～1887）提出。它既可以用于直流電路的分析，也可以用于交流電路的分析，還可以用于含有電子元件的非線性電路的分析。運用基爾霍夫定律進行電路分析時，僅與電路的連接方式有關(guān)，而與構(gòu)成該電路的元器件具有什么樣的性質(zhì)無關(guān)。基爾霍夫定律包括電流定律和電壓定律。
基本概念 編輯本段
1、支路：
（1）每個元件就是一條支路，如圖ab、bd；
（2）串聯(lián)的元件我們視它為一條支路，如圖aec；（3）流入等于流出的電流的支路。
2、節(jié)點：
（1）支路與支路的連接點；（2）兩條以上的支路的連接點，如圖a，b，c，d；（3）廣義節(jié)點（任意閉合面）。
3、回路：
（1）閉合的支路，如abda，bcdb；（2）閉合節(jié)點的集合。
4、網(wǎng)孔：
（1）其內(nèi)部不包含任何支路的回路如abcea；（2）網(wǎng)孔一定是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔如abcda
主要內(nèi)容 編輯本段
基爾霍夫第一定律
第一定律又稱基爾霍夫電流定律，簡記為KCL，是電流的連續(xù)性在集總參數(shù)電路上的體現(xiàn)，其物理背景是電荷守恒公理。基爾霍夫電流定律是確定電路中任意節(jié)點處各支路電流之間關(guān)系的定律，因此又稱為節(jié)點電流定律，它的內(nèi)容為：在任一瞬時，流向某一結(jié)點的電流之和恒等于由該結(jié)點流出的電流之和，即：
在直流的情況下，則有：
通常把上兩式稱為節(jié)點電流方程，或稱為KCL方程。
它的另一種表示為
在列寫節(jié)點電流方程時，各電流變量前的正、負(fù)號取決于各電流的參考方向?qū)υ摴?jié)點的關(guān)系（是“流入”還是“流出”）；而各電流值的正、負(fù)則反映了該電流的實際方向與參考方向的關(guān)系（是相同還是相反）。
通常規(guī)定，對參考方向背離（流出）節(jié)點的電流取正號，而對參考方向指向（流入）節(jié)點的電流取負(fù)號。
圖KCL的應(yīng)用所示為某電路中的節(jié)點，連接在節(jié)點的支路共有五條，在所選定的參考方向下有：
KCL定律不僅適用于電路中的節(jié)點，還可以推廣應(yīng)用于電路中的任一假設(shè)的封閉面。即在任一瞬間，通過電路中任一假設(shè)封閉面的電流代數(shù)和為零。
圖KCL的推廣所示為某電路中的一部分，選擇封閉面如圖中虛線所示，在所選定的參考方向下有：
基爾霍夫第二定律
第二定律又稱基爾霍夫電壓定律，簡記為KVL，是電場為位場時電位的單值性在集總參數(shù)電路上的體現(xiàn)，其物理背景是能量守恒公理。基爾霍夫電壓定律是確定電路中任意回路內(nèi)各電壓之間關(guān)系的定律，因此又稱為回路電壓定律，它的內(nèi)容為：在任一瞬間，沿電路中的任一回路繞行一周，在該回路上電動勢之和恒等于各電阻上的電壓降之和，即：
在直流的情況下，則有：
通常把上兩式稱為回路電壓方程，簡稱為KVL方程。
KVL定律是描述電路中組成任一回路上各支路（或各元件）電壓之間的約束關(guān)系，沿選定的回路方向繞行所經(jīng)過的電路電位的升高之和等于電路電位的下降之和。
回路的“繞行方向”是任意選定的，一般以虛線表示。在列寫回路電壓方程時通常規(guī)定，對于電壓或電流的參考方向與回路“繞行方向”相同時，取正號，參考方向與回路“繞行方向”相反時取負(fù)號。
圖KVL的應(yīng)用所示為某電路中的一個回路ABCDA，各支路的電壓在所選擇的參考方向下為u1、u2、u3、u4，因此，在選定的回路“繞行方向”下有：u1+u2=u3+u4。
KVL定律不僅適用于電路中的具體回路，還可以推廣應(yīng)用于電路中的任一假想的回路。即在任一瞬間，沿回路繞行方向，電路中假想的回路中各段電壓的代數(shù)和為零。
圖KVL的推廣所示為某電路中的一部分，路徑a、f、c、b并未構(gòu)成回路，選定圖中所示的回路“繞行方向”，對假象的回路afcba列寫KVL方程有：u4+uab=u5，則：uab=u5-u4。
由此可見：電路中a、b兩點的電壓uab，等于以a為原點、以b為終點，沿任一路徑繞行方向上各段電壓的代數(shù)和。其中，a、b可以是某一元件或一條支路的兩端，也可以是電路中的任意兩點。
KCL的復(fù)頻域形式
從電路理論中已經(jīng)知道，對于電路中的任一個節(jié)點A或割集C，其時域形式的KCL方程
，k=1,2,3,……n，式中，n為連接在節(jié)點A上的支路數(shù)或割集C中所包含的支路數(shù)。對上式進行拉普拉斯變換得
式中，
為支路電流ik(t)的像函數(shù)。上式即為KCL的復(fù)頻域形式。它說明集中于電路中任一節(jié)點A的所有支路電流像函數(shù)的代數(shù)和等于零；或者電路的任一割集C中所有支路電流像函數(shù)的代數(shù)和等于零。
KVL的復(fù)頻域形式
對于電路中任一個回路，其時域形式的KVL方程為
，k=1,2,3,……n。式中，n為回路中所含支路的個數(shù)。對上式進行拉普拉斯變換即得
，式中，
為支路電壓uk(t)的像函數(shù)。上式即為KVL的復(fù)頻域形式。它說明任一回路中所有支路電壓像函數(shù)的代數(shù)和等于零。
，式中，
為支路電壓uk(t)的像函數(shù)。上式即為KVL的復(fù)頻域形式。它說明任一回路中所有支路電壓像函數(shù)的代數(shù)和等于零。
適用范圍
它除了可以用于直流電路的分析，和用于似穩(wěn)電路的分析，還可以用于含有電子元件的非線性電路的分析。運用基爾霍夫定律進行電路分析時，僅與電路的連接方式有關(guān)，而與構(gòu)成該電路的元器件具有什么樣的性質(zhì)無關(guān)。
但用于交流電路的分析是，即對通過含時電流的電路進行分析時，由于通過閉合回路的磁通量是時間的函數(shù)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，會有電動勢E出現(xiàn)于閉合回路。所以，電場沿著閉合回路的線積分不等于零。此時回路方程應(yīng)寫作：
Σvk =E=-ΔΦ/Δt(磁場正方向與回路正方向相同時)
這是因為電流會將能量傳遞給磁場；反之亦然，磁場亦會將能量傳遞給電流。
對于含有電感器的電路，必需將基爾霍夫電壓定律加以修正。由于含時電流的作用，電路的每一個電感器都會產(chǎn)生對應(yīng)的電動勢Ek。必需將這電動勢納入基爾霍夫電壓定律，才能求得正確答案。
記錄書籍 編輯本段
定律推導(dǎo) 編輯本段
其中推導(dǎo)過程中推出的重要方程是電流的連續(xù)性方程
即SJ*dS=-dq/dt（第一個S是閉合曲面的積分號，J是電流密度矢量，*是矢量的點乘，dS是被積閉合曲面的面積元，dq/dt是閉合曲面內(nèi)電量隨時間的變化率）
意思是說電流場的電流線是有頭有尾的，凡是電流線發(fā)出的地方，該處的正電荷的電量隨時間減少，電流線匯聚的地方，該處的正電荷的電量隨時間增加
對穩(wěn)恒電流，電流密度不隨時間變化，必有SJ*dS=-dq/dt=0，這就是穩(wěn)恒電流的閉合性，同時也是基爾霍夫定律的推導(dǎo)基礎(chǔ)。
相關(guān)應(yīng)用
基爾霍夫電流定律（KCL）描述了電路中各支路的電流之間的關(guān)系，基爾霍夫電壓定律（KVL）描述了電路中各支路電壓之間的關(guān)系，它們都與電路元件的性質(zhì)無關(guān)，而只取決于電路的連接方式。
所以我們把這種約束關(guān)系稱為連接方式約束或拓?fù)浼s束，而把根據(jù)它們寫出來的方程分別稱為KCL約束方程和KVL約束方程。
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