키르히호프의 법칙

[sangam]

키르히호프의 법칙

[ Kirchhoff's law ]

요약 독일의 물리학자 G.R. 키르히호프가 발견한 법칙으로, 전류에 관한 법칙과 열복사에 관한 법칙 두 가지가 있다.

목차

1. 키르히호프의 전기회로에 관한 법칙
2. 키르히호프의 복사에 대한 법칙

독일의 물리학자 G.R.키르히호프(Gustav R. Kirchhoff, 1824∼1887)가 발견한 법칙. 전류에 관한 법칙과 열복사옴의 법칙을 확장한 것으로 전기회로

키르히호프의 전기회로에 관한 법칙

1849년에 발표되었으며 전자기학 분야에서 정상전류에 대한 옴의 법칙을 일반화하였다. 임의의 복잡한 회로를 흐르는 전류를 구할 때 사용되며, 전류에 관한 제1법칙과 전압에 관한 제2법칙이 있다. 이 두 법칙을 수식으로 나타낸 연립방정식의 해로 전류를 구할 수 있다.

①제1법칙: 접합점법칙 또는 전류법칙이라고 한다. 회로 내의 어느 점을 취해도 그곳에 흘러들어오거나(+) 흘러나가는(-) 전류를 음양의 부호를 붙여 구별하면, 들어오고 나가는 전류의 총계는 0이 된다. 즉, 전류가 흐르는 길에서 들어오는 전류와 나가는 전류의 합이 같다. 제1법칙은 전하가 접합점에서 저절로 생기거나 없어지지 않는다는 전하보존법칙에 근거를 둔다. 

②제2법칙: 폐회로 법칙, 고리법칙 또는 전압법칙이라고 한다. 임의의 닫힌 회로(폐회로)에서 회로 내의 모든 전위차의 합은 0이다. 즉, 임의의 폐회로를 따라 한 바퀴 돌 때 그 회로의 기전력의 총합은 각 저항에 의한 전압 강하의 총합과 같다. 먼저 회로의 도는 방향(시계방향 또는 반시계방향)을 정하고 그 방향으로 돌아가는 기전력 E와 전압강하 IR의 부호를 정한다. 전류와 저항과의 곱의 총계(∑I_nR_n)는 그 속에 포함된 기전력의 총계(∑E_n)와 같다. 이 법칙은 직류와 교류 모두 적용할 수 있으며, 저항 외에 인덕턴스, 콘덴서를 포함하거나 저항을 임피던스로 바꿀 수 있다. 제2법칙은 에너지 보존법칙에 근거를 둔다.

키르히호프의 복사에 대한 법칙

키르히호프는 1857년 분젠(Robert Wilhelm von Bunsen, 1811~1899)과 스펙트럼 분석 연구를 시작하여 1859년에 'J. 프라운호퍼선에 대하여'라는 논문에서 나트륨 D선의 암선과 휘선이 같은 위치에 있음을 확인하고 이 스펙트럼선의 반전현상을 설명하였다.

특히 흑체복사 개념을 도입하여 열역학적인 열평형상태인 일정한 온도에서 같은 파장의 복사(전자기파)에 대한 물체의 흡수율과 방출률의 비는 물체의 성질에 관계없이 일정한 값을 가진다는 열복사의 법칙을 알아냈다. 여기서의 흡수율은 물질이 흡수하는 복사에너지의 양과 입사하는 양의 비이다. 따라서 어떠한 파장의 복사를 내는 능력이 클수록, 그것을 흡수하는 능력도 크다. 그리고 물질의 종류와는 무관하다. 이를 통해 고온에서 일정한 휘선스펙트럼을 지닌 빛을 내는 기체가 저온에서는 연속스펙트럼을 지닌 빛 속에서 같은 파장의 스펙트럼을 지닌 빛을 흡수하는 이유를 설명할 수 있다.

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