KWALIFIKACJA ELE2 - CZERWIEC 2011

PYTANIE NR 28.
Który układ równań opisuje obwód przedstawiony na rysunku?
Ilustracja przedstawia schemat elektryczny obwodu z trzema rezystorami oznaczonymi jako R1, R2 i R3 oraz dwoma źródłami
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Poprawny układ równań wynika z praw Kirchhoffa.
I prawo: w węźle górnym suma prądów wpływających równa się wypływającym, więc pojawia się zależność typu I1 + I2 − I3 = 0.
II prawo: dla każdego oczka suma sił elektromotorycznych i spadków na rezystorach musi dać zero, z poprawnymi znakami zgodnymi z kierunkami prądów.

Pełne wyjaśnienie:

W takim zadaniu kluczowe jest, aby odczytać z rysunku kierunki prądów oraz to, które elementy należą do danego oczka (pętli) i które są wspólne dla obu oczek.

I prawo Kirchhoffa (KCL) stosuje się w węźle: suma algebraiczna prądów w węźle wynosi zero. Przy typowej konwencji znaków prądy wpływające do węzła przyjmuje się dodatnio, a wypływające ujemnie. Jeżeli na schemacie I1 i I2 są skierowane do węzła górnego, a I3 z węzła wypływa w dół, to równanie węzłowe ma postać zgodną z relacją: I1 + I2 − I3 = 0.

II prawo Kirchhoffa (KVL) zapisuje się osobno dla każdego oczka. Wybiera się kierunek obiegu oczka i sumuje przyrosty/spadki napięcia na elementach wzdłuż tej pętli tak, aby suma algebraiczna wynosiła zero. Rezystory wnoszą spadek napięcia zależny od prądu, a znak tego spadku zależy od tego, czy obchodzimy element zgodnie z kierunkiem prądu (wtedy spadek zapisuje się zwykle z minusem), czy przeciwnie.

W rozpatrywanym obwodzie są dwa oczka oraz gałąź wspólna z rezystorem R3, przez który płynie prąd I3. Dlatego w równaniach oczkowych R3 nie może "zniknąć" ani pojawić się w złym oczku – musi zostać ujęty zgodnie z tym, że leży na drodze zamkniętej pętli i powoduje spadek napięcia zależny od prądu w tej gałęzi.

Odpowiedzi niepoprawne zwykle odpowiadają typowym pomyłkom:

  • odwrócenie znaków w równaniu węzłowym (traktowanie prądu wypływającego jak wpływającego),
  • zły znak spadków napięcia na rezystorach wynikający z nieuwzględnienia kierunku prądu względem obiegu oczka,
  • pominięcie rezystora wspólnego (R3) w jednym z równań albo wpisanie go w miejscu, gdzie nie należy,
  • niekonsekwencja: inne znaki w dwóch równaniach dla elementów, które powinny być zapisywane według tej samej przyjętej konwencji.

Najlepsza strategia egzaminacyjna: najpierw zapisz KCL w jednym węźle (z kierunkami prądów z rysunku), a potem osobno KVL dla lewego i prawego oczka, pilnując spójnej konwencji znaków. Dopiero na końcu porównaj uzyskany zestaw z podanymi wariantami.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Prawa Kirchhoffa to dwie podstawowe zasady analizy obwodów: prawo prądów (w węźle suma prądów wpływających i wypływających bilansuje się) oraz prawo napięć (w oczku suma przyrostów i spadków napięć wynosi zero). Pozwalają układać równania do obliczania prądów i napięć.
Najpierw odczytaj z rysunku, które prądy są skierowane do węzła, a które od węzła. Potem przyjmij jedną konwencję znaków (np. wpływające dodatnio, wypływające ujemnie) i zapisz sumę algebraiczną równą zero. Najczęstszy błąd to odwrócenie znaków.
W II prawie Kirchhoffa sumujesz napięcia wzdłuż wybranego obiegu pętli. Rezystor daje spadek napięcia zależny od prądu, ale jego znak w równaniu wynika z tego, czy idziesz zgodnie z kierunkiem prądu (typowo zapisujesz spadek z minusem), czy przeciwnie (zmienia się znak).
Rezystor wspólny to element leżący w gałęzi należącej do obu oczek. W praktyce oznacza to, że wpływa na równania napięciowe obu pętli: w każdej pętli pojawia się spadek napięcia na R3 powiązany z prądem w tej gałęzi. Pominięcie elementu wspólnego to typowa przyczyna złej odpowiedzi.
Najczęściej myli się: (1) znaki w węźle (wpływa/wypływa), (2) znaki spadków na rezystorach w oczku, (3) przypisanie elementów do niewłaściwego oczka, (4) nieuwzględnienie gałęzi wspólnej. Pomaga narysowanie obiegu oczka strzałką i konsekwentne trzymanie jednej konwencji.
Zwykle nie. W tego typu pytaniu chodzi o wskazanie poprawnego układu równań, a nie o obliczenie liczb. Trzeba jednak umieć poprawnie ułożyć równania KCL i KVL na podstawie schematu, z właściwymi znakami i z uwzględnieniem elementu wspólnego oczek.
Oczko to zamknięta pętla w obwodzie. Element należy do danego oczka, jeśli leży na drodze zamkniętego obiegu tej pętli. W obwodach dwuoczkowych często występuje gałąź środkowa wspólna dla obu pętli (np. z rezystorem). To właśnie ten element najłatwiej błędnie pominąć.
Gałąź środkowa jest niezależną gałęzią obwodu, więc prąd w niej może różnić się od prądów w gałęziach górnych oczek. Oznaczenie I3 pozwala zapisać równanie węzłowe oraz spadek napięcia na rezystorze w tej gałęzi. To ułatwia poprawne modelowanie obwodu metodą Kirchhoffa.
W instalacjach gazowych obwody elektryczne występują m.in. w układach sterowania i sygnalizacji: zasilanie cewek zaworów, czujników, modułów automatyki oraz obwodów zabezpieczeń. Umiejętność zapisu równań pomaga w diagnozie usterek (np. spadków napięć) i doborze elementów w obwodach DC.
Najpierw sprawdź, czy jest równanie węzłowe zgodne z kierunkami prądów w węźle. Potem sprawdź, czy każde równanie oczkowe zawiera wszystkie elementy leżące na danej pętli (w tym element wspólny) i czy znaki spadków na rezystorach są konsekwentne. Niespójność zwykle widać właśnie w znakach.
info

To pytanie poprawnie rozwiązuje 38% zdających egzamin. bardzo trudne

Źródła:

  • Wikipedia: "Kirchhoff's circuit laws" (sekcje: Current law, Voltage law), https://en.wikipedia.org/wiki/Kirchhoff%27s_circuit_laws - accessed 2026-03-02
  • Khan Academy: "Kirchhoff's laws" (materiał edukacyjny o KCL i KVL), https://www.khanacademy.org/science/electrical-engineering/ee-circuit-analysis-topic/ee-dc-circuit-analysis/a/ee-kirchhoffs-laws - accessed 2026-03-02
  • Encyclopaedia Britannica: "Kirchhoff’s laws" (opis praw obwodowych), https://www.britannica.com/science/Kirchhoffs-laws - accessed 2026-03-02

Materiały:

  • Podstawy elektrotechniki: prawa Kirchhoffa i metody analizy obwodów prądu stałego
  • Zadania rachunkowe z metody węzłowej i oczkowej (różne kierunki prądów i obiegów)
  • Materiały szkolne dot. automatyki i sterowania w instalacjach (zasilanie czujników, elementów wykonawczych)

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego