基尔霍夫方程
基尔霍夫定律

基尔霍夫定律
基尔霍夫定律的应用
对于复杂电路,应用基尔霍夫两个定律来解决是 比较方便的。求解问题时,应按下面步骤进行( 设电路有m条支路与n个节点): (1)假定各支路的电流方向; (2)根据基尔霍夫第一定律列出(n一1)个独立的 节点电流方程; (3)任意选定各个回路的绕行方向; (4)按照基尔霍夫第二定律列出l=m一(n一1)个独 立的回路电压方程; (5)对m个联立方程求解,根据所得电流值的正负, 确定各支路电流的实际方向。
R
I
b
a ε
b
基尔霍夫定律
C、任意一段含源电路的电势降 a Uab=I R1+ε 1+I R2-ε 2 或者有 R1 I ε
1ห้องสมุดไป่ตู้
R2 I ε
2
b
Uab Ii Ri i
这就是一段含源电路的欧姆定律, 式中ε 和IR的符号选取做以下规定,即对于任意取定 的循行方向,电流方向与其相同时,电阻上电势降落 为+IR;相反时,电势降落为-IR;ε 的方向与循行方 向相反时,电势降落为+ε ;相同时,电势降落为-ε 。
基尔霍夫定律
例1: U1=140V, U2=90V,R1=20 , R2=5, R3=6。求: 各支路 电流和UAB。 解: A节点: I1-I2-I3=0 回路1: I1 R1 +I3 R3 -U1 =0 回路2: I2R2 -I3 R3 +U2 =0 I1 - I2 - I3=0 I1 A R1 + 1 _ U1 I2 I3 R2 R3 2 + U2 _
基尔霍夫定律
I1 a 列出a点节点方程: I 1 - I 2 - I 3 = 0 列出b点节点方程: I3
基尔霍夫定律练习题

基尔霍夫定律练习题基尔霍夫定律练习题基尔霍夫定律是电路分析中的重要原理,它可以帮助我们解决复杂的电路问题。
在这篇文章中,我将为大家提供一些基尔霍夫定律的练习题,帮助大家更好地理解和应用这个定律。
练习题一:简单电路假设有一个简单的电路,由一个电源和两个电阻组成。
电源的电压为12伏特,电阻1的阻值为4欧姆,电阻2的阻值为6欧姆。
我们需要求解电路中的电流。
解答:根据基尔霍夫定律,我们可以得到以下方程:12 = I1 * 4 + I2 * 6其中,I1和I2分别代表电流通过电阻1和电阻2的大小。
通过解这个方程组,我们可以得到I1和I2的值。
练习题二:复杂电路现在考虑一个稍微复杂一些的电路,由一个电源和三个电阻组成。
电源的电压为24伏特,电阻1的阻值为8欧姆,电阻2的阻值为12欧姆,电阻3的阻值为16欧姆。
我们需要求解电路中的电流。
解答:同样根据基尔霍夫定律,我们可以得到以下方程:24 = I1 * 8 + I2 * 12 + I3 * 16其中,I1、I2和I3分别代表电流通过电阻1、电阻2和电阻3的大小。
通过解这个方程组,我们可以得到I1、I2和I3的值。
练习题三:并联电路考虑一个并联电路,由一个电源和两个并联的电阻组成。
电源的电压为20伏特,电阻1的阻值为10欧姆,电阻2的阻值为15欧姆。
我们需要求解电路中的电流。
解答:在并联电路中,电流会分流,通过每个电阻的电流之和等于总电流。
根据基尔霍夫定律,我们可以得到以下方程:I = I1 + I2其中,I代表总电流,I1和I2分别代表通过电阻1和电阻2的电流。
另外,根据欧姆定律,我们还可以得到以下方程:20 = I1 * 1020 = I2 * 15通过解这个方程组,我们可以得到I1和I2的值,从而求解出总电流I。
通过以上的练习题,我们可以看到基尔霍夫定律在解决电路问题中的重要性。
无论是简单的电路还是复杂的电路,基尔霍夫定律都能够帮助我们找到解决问题的方法。
基尔霍夫公式热力学

基尔霍夫公式热力学基尔霍夫公式是热力学中的一组公式,用于描述能量守恒和能量传递的原理。
它是物理学家基尔霍夫于19世纪提出的,并被广泛应用于电路分析和热力学系统的计算。
基尔霍夫公式可以帮助我们理解能量在系统中的转换和传递过程,从而解决一些复杂的物理问题。
基尔霍夫公式包括两个基本定律:基尔霍夫第一定律(能量守恒定律)和基尔霍夫第二定律(能量传递定律)。
基尔霍夫第一定律表明,在一个封闭系统中,能量既不能被创造也不能被消灭,只能从一种形式转化为另一种形式。
这意味着系统中的能量总量是恒定的,不会发生改变。
基尔霍夫第二定律则描述了能量在系统中的传递过程。
根据这个定律,能量在系统中传递的方式可以用电流、热量等形式来表示。
基尔霍夫第二定律可以分为两个方面:节点定律和回路定律。
节点定律也称为基尔霍夫第一定律,它指出了在节点处能量流动的守恒性。
节点是电路中的连接点,通过节点的电流总和等于从该节点流出的电流总和。
这个定律可以用来分析电路中的电流分布和电压关系。
回路定律也称为基尔霍夫第二定律,它指出了在闭合回路中能量流动的守恒性。
闭合回路是指电路中形成一个完整回路的路径,电流会沿着这个回路循环流动。
根据回路定律,沿着回路的电压总和等于电源电压总和。
这个定律可以用来计算电路中各个元件的电压和电流关系。
基尔霍夫公式的应用非常广泛。
在电路分析中,可以利用基尔霍夫公式来计算电路中各个元件的电压和电流,从而解决电路设计和故障排除等问题。
在热力学系统中,基尔霍夫公式可以用来分析能量的传递和转化过程,从而研究系统的热平衡和能量利用效率。
基尔霍夫公式是热力学中非常重要的一组公式,它能够帮助我们理解能量守恒和能量传递的原理。
通过应用基尔霍夫公式,我们可以解决一些复杂的物理问题,提高系统的能量利用效率,推动科学技术的发展。
因此,熟练掌握和应用基尔霍夫公式对于学习和研究热力学和电路分析等领域都具有重要意义。
基尔霍夫公式

(4)
3. 基尔霍夫衍射积分公式的证明 . ⑴ 应用基尔霍夫边界条件 为了简化亥姆霍兹-基尔霍夫公式,使其成为更便于计算衍射问题的形式,可按图 x 的方式选 取闭合面 S = Σ + Σ1 + Σ 2 ,其中
图3
Σ1 -位于 ( ξ ,η ) 平面上一个无穷大的不透明屏;
Σ -不透明屏上一个开孔(衍射孔径) ;
r
P
∂E 来表示(图 1) 。下面介 ∂n
r
n
ε
P1
Sε
S
V
图1
图2
3. 应用格林定理 . 格林定理表示为:
∫∫∫ ( G∇ E − E∇ G )dv = ∫∫ G ∂n − E ∂n dσ
2 2 v S
∂E
∂G
(5)
式中 E 为包围 P 点的任意封闭面 S 上的电场, 格林函数 G =
(17)
上式中, Ω 是 Σ 2 对 P 点所张的立体角, d ω 是立体角元。由于
GR = exp ( jkR ) 在 Σ 2 上一致有界,只要满足下述的索末菲辐射条件:
∂E lim R + jkE = 0 R →∞ ∂n
(18)
对 Σ 2 的积分就会随着 R → ∞ 而消失。
exp ( jkR ) R
∂G ( P ) 1 e jkR 1 = cos ( n , R ) jk − ≈ − jkG ∂n R R 因为:R → ∞, con ( n , R ) = −1
(16)
于是,对 Σ 2 的积分化简为:
1 4π ∂E ∂E + E ( jkG ) dσ = ∫∫ R + ( jkE ) ( GR ) dω G ∫∫ ∂n ∂n Σ1 Ω
基尔霍夫衍射公式推导

基尔霍夫衍射公式推导基尔霍夫衍射公式推导引言:基尔霍夫衍射公式是现代光学学科的重要组成部分之一,而作为学术领域中的高深理论,公式的具体推导过程也十分的繁琐,需要阅读者具有一定的专业知识和数学功底。
本文旨在为读者介绍基尔霍夫衍射公式的具体推导过程,帮助读者更好地掌握该重要理论。
一、基尔霍夫衍射公式的定义基尔霍夫衍射公式是描述光在遇到三维于多维不规则物体时的衍射特性的一种数学模型。
其一般形式为:U(P) = (1 / (2π)) ∫∫ U(Q) (k² - k´²) exp[-i(k - k´) · r] dq其中,U(P) 为入射光波到达光屏时,光波在位置 P 上的复振幅;U(Q) 为光源面元 Q 在某个方向上发出的光波复振幅;k 和 k´分别为反射或者折射光波的波矢量;r 表示观察点 P 到源点 Q 的矢量差。
二、基尔霍夫衍射公式的推导1. 洛仑兹方程推导在光电物理学中,洛仑兹方程是描述光在一个光学介质中传播的一般方程。
在推导基尔霍夫衍射公式时,洛仑兹方程的三维形式可以写成:∇²E + k²E = 0其中 E 表示光场复振幅,k 为光波波数。
这个方程是表征波动性的基本方程,可以用来研究平面波、球面波、柱面波等不同形式的波。
2. 泊松方程推导由于洛仑兹方程中的E 是一个向量场,因此可以对其进行分量化处理。
一般地,将 E 表示为 E = (E_x, E_y, E_z),从而得到泊松方程的三维形式:∇²E_x + k²E_x = 0∇²E_y + k²E_y = 0∇²E_z + k²E_z = 0其中,k² = n²k²₀,k₀是真空中的波矢量,n 是介质的折射率。
这个方程是推导基尔霍夫衍射公式的基础。
3. 基尔霍夫-菲涅耳原理推导基尔霍夫-菲涅耳原理是描述波动的干涉与衍射现象的重要定理之一。
基尔霍夫积分定理

基尔霍夫积分定理基尔霍夫积分定理(或称为基尔霍夫电压定理或基尔霍夫电流定理)是电路分析中的一个重要定理。
它是由德国物理学家基尔霍夫于19世纪提出的,用于描述电流和电压在电路中的分配关系。
基尔霍夫积分定理在电气工程领域具有广泛的应用,是电路分析的基础原理之一。
基尔霍夫积分定理基于两个基本原理:电荷守恒和能量守恒。
它表明,在任意电路中,电流总和等于零,即进入某一节点的电流等于离开该节点的电流之和;同样,电压总和也等于零,即沿闭合回路的电压升降之和等于零。
基尔霍夫积分定理可以分为两种形式:基尔霍夫电压定理和基尔霍夫电流定理。
基尔霍夫电压定理(KVL)是指在闭合回路中,电压的代数和等于零。
换句话说,电压上升等于电压下降。
这个定理表明,闭合回路中的电压分配是相互平衡的。
根据基尔霍夫电压定理,我们可以根据电路的拓扑结构和元件特性来计算回路中各个电压的数值关系。
这个定理的应用非常广泛,可以用于计算电源电压、电阻电压、电容电压、电感电压等。
基尔霍夫电流定理(KCL)是指在电路中的任意节点,电流的代数和等于零。
换句话说,进入节点的电流等于离开节点的电流之和。
这个定理表明,电流在节点处的分配是相互平衡的。
根据基尔霍夫电流定理,我们可以通过求解一系列的线性代数方程组,得到电路中各个节点的电流分布。
这个定理可以用于计算电流源电流、分支电流、电阻器电流、电容器电流、电感器电流等。
基尔霍夫积分定理可以被视为电路中一组线性代数方程。
通过将电路分解为基本的元件(如电阻、电容、电感)并应用适当的数学公式,可以得到与电路有关的各个参数的方程。
这些方程可以进一步提供关于电路中电流和电压的信息。
基尔霍夫积分定理的应用非常广泛,不仅用于简化电路分析,还可用于设计复杂电路和系统。
它也为电路模拟和仿真提供了理论基础。
虽然这个定理在解决复杂电路问题时很有用,但在处理非线性元件或非平衡电路时可能遇到一些限制。
因此,在具体应用中,我们需要根据实际情况综合考虑其他因素。
菲涅尔基尔霍夫衍射积分公式
菲涅尔基尔霍夫衍射积分公式菲涅尔-基尔霍夫衍射积分公式是一种用于计算光线从一个点源辐射出去经过一个光透射物体后在另一个平面上的干涉图案的方程式。
该公式由法国物理学家菲涅尔和德国物理学家基尔霍夫分别独立推导得出,可用于分析多种光学现象,如光学成像、光学干涉等。
在菲涅尔-基尔霍夫衍射积分公式中,我们需要考虑当光线从点源射出后,经过一个光透射物体后,经过另一个平面时所产生的干涉图案。
该公式需要依赖于衍射方程式以及弥散函数,因为只有这样才能计算出光线经过物体后所产生的干涉效果。
为了解释这个公式的工作原理,下面将分别介绍衍射方程和弥散函数。
衍射方程是一个基础的物理方程式,它用于计算光在辐射方向上的衍射效应。
衍射方程式描述了在一个光学系统中,入射光的相位和振幅是如何随着传播距离而变化的,因而可以预测光通过任意透镜或者光透射物体后所产生的干涉效果。
弥散函数是描述光线透过物体后在其后方平面的分布情况的函数,它包括了光在空间中的传播方程、场的分布以及相应的波前函数。
弥散函数的计算需考虑光线的传输方式,传输介质的光学特性以及光线传输路径等多方面因素。
综合衍射方程和弥散函数,菲涅尔-基尔霍夫衍射积分公式得出如下:U(P)=\frac{-ik}{2\pi}\iint_{\Sigma}\frac{U(S)}{r}e^{ikr}d\Sigma其中U(P)是光在点P处的电场强度,U(S)是光在点S处的电场强度,r为距离因数,k为波数,Σ为物体的表面,注意区分r、k、Σ均带有向量的形式。
该公式可以广泛应用于光学中的各种问题,并能够比较准确地预测光线在物体中的传输情况。
菲涅尔-基尔霍夫衍射积分公式给出了在一定条件下光在物体中传输的规律,这使得光学研究工作变得更加精确和高效。
该公式适用于各种类型的光学学科,如天文学、显微学、遥感等,并且在现代科技的发展中发挥着越来越重要的作用。
§4-5 基尔霍夫方程组
复杂电路:不能化解为等效的电阻串、 并联电路的组合,含有较复杂的分支 和节点的电路。 R4 R2 I2 I 4 C
2 , Ri 2
3 , Ri 3
B
R3
I1
I3
I5
R1 , R A 4 , Ri 4 1 i1
D
基尔霍夫
求解复杂电路的基本规律:基尔霍夫定律
1 2 a(T2 T1 ) b(T2 T1 ) 2
3)温差电偶温度计
对回路2,回路方程
3 4 I5 Ri 4 I 4 R4 I3 ( R3 Ri 3 ) 0
应用基尔霍夫定律时的注意事项:
(1)如果电路中有n个节点,那么只有(n-1)个相互 独立的节点电流方程。 (2)新选定的回路中,至少应有一段电路是已选 回路中未曾出现过的。 (3)独立方程的个数应等于未知数的个数。 (4)每一电路上电流的方向可以任意假定,解出 的结果若为负,则说明电流的方向与假定的 相反。
应用第二定律,
得回路方程组
回路1
I1
R1
G
回路2
R3
I3
IG
A
I2
C
I4
R2
D
R4
I
回路3
回路1: 回路2:
I1R1 I G RG I 2 R2 0 I 3 R3 I 4 R4 I G RG 0
回路3: I 2 R2 I 4 R4 0
解上面六个方程组成的方程组,可以得到各电流,其中
2.当R2 R3 R1R4 0时,I G 0,电流I G的实际方向 与正方向相反(向上) ;
§4.7
基尔霍夫电流定律(Kirchoff’s Current law) KCL
基尔霍夫电流定律(Kirchoff’s Current law)
KCL
描述结点处电流间的约束关系。
1.定律内容:
在任一时刻,对任一结点,流入结点的电流之和恒等于流出该结点的电流之和。
即
如图所示:
对结点a:(留意首先要标明参考方向)在结点a有三个电流与它关联,依据KCL可写出:
对结点b:
对结点c:
由结点a的KCL方程:
我们可以得到基尔霍夫电流定律的另一种描述:
对任一结点,结点电流代数和等于零,即。
留意:存在“+-”号问题,若规定流入结点电流为+,则流出为-;若规定流出为+,则流入为-。
KCL实质上反映了支路电流间的关系,揭示了在任一结点上电荷的守恒,即电荷在结点上既没有消逝,也没有积累。
2.广义KCL
KCL不仅适用于单个结点,也可推广应用于一个闭合面(又称广义结点)。
对图中的虚线所示闭合面,共有3条支路与其相连,对应的支路电流分别为,我们看其是否符合KCL定律。
依据前面的分析我们得到了3个单个结点a,b,c的KCL方程,分别为:
结点a:
结点b:
结点c:
由上述3个方程,我们可以得出:
可见,对于图中虚线所示的闭合面,假如把它看作一个结点(广义结点),它也满意KCL定律,和它相连的3条支路的支路电流的代数和为0。
描述:任一时刻,通过任意一个封闭面的电流的代数和等于零。
即:这个封闭面可以看成是一个广义大结点,有。
基尔霍夫定律
基尔霍夫定律基尔霍夫定律指的是两条定律,第一条是电流定律,第二条是电压定律。
下面,我们分别讲。
基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律,英文是Kirchhoff's Current Law,简写为KCL。
基尔霍夫电流定律指出:流入电路中某节点的电流之和等于流出电流之和(Total current entering a junction is equal to total current leaving it)。
用数学符号表达就是:基尔霍夫电流定律其中,Σ符号是求和符号,表示对一系列的数求和,就是把它们一个一个加起来。
举个例子,对于下面这个节点,有两个流入电流,三个流出电流对于上面节点,流入电流之和等于流出电流之和:为了方便记忆,我们将KCL总结为:基尔霍夫电流定律也被称为基尔霍夫第一定律(Kirchhoff's First Law)、节点法则(Kirchhoff's Junction Rule),点法则,因为它是研究电路中某个节点的电流的。
我们可以用张艺谋的电影一个都不能少来助记这条定律。
基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律,英文是Kirchhoff's Voltage Law,简写为KVL。
基尔霍夫电压定律指出:闭合回路中电压升之和等于电压降之和(In any closed loop network,the total EMF is equal to the sum of Potential Difference drops.)。
如果我们规定电压升为正,电压降为负,基尔霍夫电压定律也可以表达为:闭合电路中电压的代数和为零(Algebraic sum of voltages around a loop equals to zero.)。
用数学符号表达就是:为了方便记忆,我们可以将KVL总结为:基尔霍夫电压定律也被称为基尔霍夫第二定律(Kirchhoff's First Law)、回路法则(Kirchhoff's Loop Rule),网格法则。
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− a + b Ω |∇u|2 Δu = f (x, u) in Ω,
u=0
on ∂Ω,
(1.1)
where Ω is a smooth bounded domain in Rn, a, b > 0, and f (x, t) is locally Lipschitz continuous in t ∈ R, uniformly in x ∈ Ω, and subcritical:
(1.9)
u=0
on ∂Ω,
whose eigenvalues are the critical values of the functional
I (u) = u 4, u ∈ S := u ∈ H = H01(Ω): u4 = 1 .
Ω
(1.10)
458
Z. Zhang, K. Perera / J. Math. Anal. Appl. 317 (2006) 456–463
∃λ > λ2: F (x, t)
aλ t 2, 2
|t| small,
(ii) (1.5) and (1.12) hold and μ < μ1, (iii) (1.5) holds, μ > μ2 is not an eigenvalue of (1.9), and
F (x, t) aλ1 t2, |t| small, 2
We assume that
tf (x, t) 0
(1.4)
and consider three cases:
(i) 4-sublinear case: p < 4, (ii) asymptotically 4-linear case:
lim
|t |→∞
f
(x, t) bt 3
=
μ
uniformly in x,
Abstract
We obtain sign changing solutions of a class of nonlocal quasilinear elliptic boundary value problems using variational methods and invariant sets of descent flow. © 2005 Elsevier Inc. All rights reserved.
(1.5)
(iii) 4-superlinear case:
∃ν > 4: νF (x, t) tf (x, t), |t| large,
(1.6)
where F (x, t) =
t 0
f
(x
,
s
)
d
s
,
which
implies
F (x, t) C |t|ν − 1 .
(1.7)
By (1.2) and (1.5) (respectively (1.7)),
b Department of Mathematical Sciences, Florida Institute of Technology, Melbourne, FL 32901, USA Received 11 September 2004
Available online 8 September 2005 Submitted by P. Smith
J. Math. Anal. Appl. 317 (2006) 456–463
/locate/jmaa
Sign changing solutions of Kirchhoff type problems via invariant sets of descent flow
Keywords: Nonlocal problems; Kirchhoff’s equation; Variational methods; Invariant sets of descent flow
1. Introduction
In this paper we obtain sign changing solutions of the problem
We will see in the next section that I satisfies the Palais–Smale condition (PS) and that the first eigenvalue μ1 > 0 obtained by minimizing I has an eigenfunction ψ > 0. We define a second eigenvalue μ1 by
Zhitao Zhang a,1, Kanishka Perera b,∗,2
a Academy of Mathematics and Systems Science, Institute of Mathematics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, PR China
μ2
:=
inf
γ ∈Γ
max
u∈γ ([0,1])
I
(u),
(1.11)
where Γ is the class of paths γ ∈ C([0, 1], S) joining ±ψ such that γ ∪ (−γ ) is non-self-
intersecting. We are now ready to state our main result. Denote by 0 < λ1 < λ2 · · · the Dirichlet eigen-
Proof. Since uj is bounded, for a subsequence, uj converges to some u weakly in H and strongly in L4(Ω). Denoting by
Pj v = v −
u3j v uj
(2.1)
Ω
the projection of v ∈ H onto the tangent space to S at uj , we have
>
0
in
Ω
and
the
interior
normal
derivative
∂ψ ∂ν
>
0
on ∂Ω by the strong maximum principle.
Z. Zhang, K. Perera / J. Math. Anal. Appl. 317 (2006) 456–463
459
Recall that a function u ∈ H is called a weak solution of (1.1) if
utt − a + b |∇u|2 Δu = g(x, t)
(1.3)
Ω
proposed by Kirchhoff [11] as an extension of the classical D’Alembert’s wave equation for free vibrations of elastic strings. Kirchhoff’s model takes into account the changes in length of the string produced by transverse vibrations. Some early classical studies of Kirchhoff equations were Bernstein [5] and Pohožaev [14]. However, Eq. (1.3) received much attention only after Lions [12] proposed an abstract framework to the problem. Some interesting results can be found, for example, in [4,6,10]. More recently Alves et al. [2] and Ma and Rivera [13] obtained positive solutions of such problems by variational methods. Similar nonlocal problems also model several physical and biological systems where u describes a process which depends on the average of itself, for example the population density, see [1,3,7,8,17].
(iv) (1.6) and (1.13) hold.
(1.12) (1.13)
2. Variational setting
Lemma 2.1. I satisfies (PS), i.e., every sequence (uj ) in H such that I (uj ) is bounded and I (uj ) → 0, called a (PS) sequence, has a convergent subsequence.
μ1
:=
inf
u∈S
I
(u)
(2.3)
is achieved and hence positive. If ψ is a minimizer, then so is |ψ|, so we may assume that ψ 0.
Snontrivial
solution
of
(1.9),
ψ
Z. Zhang, K. Perera / J. Math. Anal. Appl. 317 (2006) 456–463