Whatever Flows In Must Flow Out — the Junction Rule

Elektrizität und Magnetismus Einsteiger Kostenlos VR · AR
Whatever Flows In Must Flow Out — the Junction Rule – Elektrizität und Magnetismus
Whatever Flows In Must Flow Out — the Junction Rule – Elektrizität und Magnetismus

Fünf Drähte treffen sich an einer Messing-Polklemme c auf einer Laborschaltplatte. Vier von ihnen führen Ströme, die Sie mit Schiebereglern einstellen — 4 A fließen von links hinein, 5 A von rechts, 2 A von links oben, und 8 A fließen nach hinten heraus —, und ein LED-Amperemeter auf jedem Draht zeigt seinen Messwert. Der Strom im fünften Draht ist die Unbekannte: Wählen Sie die Richtung, die Sie vermuten, und sein Amperemeter dreht sich so, dass der aufgedruckte Pfeil Ihre Annahme zeigt. Drücken Sie auf Abspielen, um vier Sekunden gleichmäßigen Fließens zu sehen, in denen jede leuchtende Perle für 1 C Ladung steht, während zwei Zähler die Ladung addieren, die einen gestrichelten Ring um den Knoten überquert.

So benutzt du diese Simulation

Worauf du achten solltest

Die Physik dahinter

Ein Knoten kann keine Ladung speichern. Ladung bleibt erhalten, also ist in jedem Zeitabschnitt die in c ankommende Ladung gleich der abfließenden, und nach Division durch die Zeit ergibt sich die Knotenregel von Kirchhoff: ΣI_in = ΣI_out. Zählt man einen hineinfließenden Strom positiv und einen herausfließenden negativ, lautet dieselbe Regel ΣI = 0. Nimmt man an, dass die Unbekannte I in c hineinfließt: 4 + 5 + 2 + I = 8, also I = −3 A. Nimmt man an, dass sie herausfließt: 4 + 5 + 2 = 8 + I, also I = +3 A. Beide Annahmen führen zum selben physikalischen Ergebnis — 3 A fließen aus c heraus —, denn ein negatives Ergebnis bedeutet nur, dass der Strom entgegen der angenommenen Richtung fließt. In 4 s fließen (4 + 5 + 2) A × 4 s = 44 C durch den Ring hinein und (8 + 3) A × 4 s = 44 C hinaus; nichts staut sich an. Gemeint ist die technische Stromrichtung: Elektronen driften in die Gegenrichtung, daher muss ein Pfeil, der die Bewegung der Elektronen angibt, vor dem Anwenden der Regel umgekehrt werden.

Kirchhoff's current lawjunction ruleconservation of chargeΣI_in = ΣI_outΣI = 0conventional currentammeter3D