Gustav Kirchhoff i prawa Kirchhoffa dotyczące obwodów elektrycznych

Gustav Robert Kirchhoff (12 marca 1824–17 października 1887) był niemieckim fizykiem. Jest najbardziej znany z rozwoju Prawa Kirchhoffa, które kwantyfikują obecny i Napięcie w obwodach elektrycznych. Oprócz praw Kirchhoffa, Kirchhoff wniósł szereg innych fundamentalnych wkładów w fizykę, w tym prace nad spektroskopia i promieniowanie ciała czarnego.

Najważniejsze fakty: Gustav Kirchhoff

Urodzony w Królewcu, Prusy (obecnie Kaliningrad, Rosja) Gustav Kirchhoff był najmłodszym z trzech synów. Jego rodzicami byli Carl Friedrich Kirchhoff, radca prawny poświęcony państwu pruskiemu i Juliane Johanna Henriette von Wittke. Rodzice Kirchhoffa zachęcali swoje dzieci, by służyły państwu pruskiemu najlepiej, jak potrafiły. Kirchoff był silnym akademickim studentem, więc planował zostać profesorem uniwersyteckim, który w tym czasie był uważany za rolę urzędnika państwowego w Prusach. Kirchhoff wraz z braćmi uczęszczał do szkoły średniej Kneiphofische i uzyskał dyplom w 1842 r.

Po ukończeniu szkoły średniej Kirchhoff rozpoczął naukę na wydziale matematyki i fizyki na Uniwersytecie Albertus w Królewcu. Tam Kirchhoff uczestniczył w seminarium matematyki i fizyki w latach 1843–1846 opracowanym przez matematyków Franza Neumanna i Carla Jacobiego.

W szczególności Neumann wywarł głęboki wpływ na Kirchhoffa i zachęcił go do kontynuowania fizyki matematycznej - dziedziny, która koncentruje się na rozwijaniu matematycznych metod rozwiązywania problemów w fizyce. Podczas studiów u Neumanna Kirchhoff opublikował swój pierwszy artykuł w 1845 roku w wieku 21 lat. Artykuł ten zawiera dwa prawa Kirchhoffa, które pozwalają na obliczenie prądu i napięcia w obwodach elektrycznych.

Prawa Kirchhoffa dotyczące prądu i napięcia są podstawą analizy obwodów elektrycznych, umożliwiając kwantyfikację prądu i napięcia w obwodzie. Kirchhoff wyprowadził te prawa, uogólniając wyniki Prawo Ohma, który stwierdza, że ​​prąd między dwoma punktami jest wprost proporcjonalny do napięcia między tymi punktami i odwrotnie proporcjonalny do rezystancji.

Pierwsze prawo Kirchhoffa mówi, że na danym złączu w obwodzie prąd płynący do złącza musi być równy sumie prądów opuszczających złącze. Drugie prawo Kirchhoffa mówi, że jeśli w obwodzie jest zamknięta pętla, suma różnic napięcia w pętli wynosi zero.

Dzięki współpracy z Bunsenem Kirchhoff opracował trzy prawa Kirchhoffa dotyczące spektroskopii:

1. Rozżarzone ciała stałe, ciecze lub gęste gazy - które zapalają się po ich podgrzaniu - wydzielają ciągły spektrum światła: emitują światło przy wszystkich długościach fal.
2. Gorący gaz o niskiej gęstości wytwarza linia emisyjna widmo: gaz emituje światło o określonych, dyskretnych długościach fal, które można postrzegać jako jasne linie w ciemnym spektrum.
3. Ciągłe widmo przechodzące przez chłodniejszy gaz o niskiej gęstości wytwarza linia absorpcyjna widmo: gaz wchłania światło o określonych, dyskretnych długościach fali, które można postrzegać jako ciemne linie w skądinąd ciągłym spektrum.

Ponieważ atomy i cząsteczki wytwarzają własne unikalne widma, prawa te pozwalają na identyfikację atomów i cząsteczek znalezionych w badanym obiekcie.

Kirchhoff wykonał także ważną pracę w zakresie promieniowania cieplnego i zaproponował prawo promieniowania Kirchhoffa w 1859 roku. Prawo to stwierdza, że ​​emisyjność (zdolność do emitowania energii jako promieniowania) i absorbancja (zdolność do pochłaniania promieniowania) z obiekt lub powierzchnia są równe przy dowolnej długości fali i temperaturze, jeżeli obiekt lub powierzchnia mają statyczną temperaturę równowaga.

Badając promieniowanie cieplne, Kirchhoff ukuł także termin „czarne ciało”, aby opisać hipotetyczny obiekt, który pochłonął wszystkie światło przychodzące, a zatem emitowało całe to światło, gdy było utrzymywane w stałej temperaturze w celu ustalenia temperatury równowaga. W 1900 roku fizyk Max Planck wysunąłby hipotezę, że te czarne ciała absorbowały i emitowały energię w pewnych wartościach zwanych „kwanty. ” To odkrycie posłuży jako jeden z kluczowych wniosków w mechanice kwantowej.

W 1847 r. Kirchhoff ukończył Uniwersytet Królewski, aw 1848 r. Został nieodpłatnym wykładowcą na Uniwersytecie Berlińskim w Niemczech. W 1850 r. Został profesorem nadzwyczajnym na Uniwersytecie Breslau, aw 1854 r. Profesorem fizyki na Uniwersytecie w Heidelbergu. W Breslau Kirchhoff spotkał się z niemieckim chemikiem Robertem Bunsenem, po którym Palnik Bunsena został nazwany i to Bunsen zaaranżował Kirchhoffa, aby przyjechał na Uniwersytet w Heidelbergu.

W latach 60. XIX wieku Kirchhoff i Bunsen wykazali, że każdy element można zidentyfikować za pomocą unikalnego wzór widmowy, ustalając, że spektroskopia może być wykorzystana do eksperymentalnej analizy elementów. Para odkryłaby elementy cez i rubid podczas badania elementów na słońcu za pomocą spektroskopii.

Oprócz pracy w spektroskopii Kirchhoff studiował również promieniowanie ciała czarnego, tworząc ten termin w 1862 r. Jego prace są uważane za fundamentalne dla rozwoju mechanika kwantowa. W 1875 r. Kirchhoff został katedrą fizyki matematycznej w Berlinie. Później przeszedł na emeryturę w 1886 roku.

Kirchhoff zmarł 17 października 1887 r. W Berlinie w wieku 63 lat. Jest pamiętany za swój wkład w dziedzinę fizyki, a także za wpływową karierę nauczycielską. Prawa Kirchhoffa dotyczące obwodów elektrycznych są obecnie nauczane w ramach wstępnych kursów fizyki na temat elektromagnetyzmu.

• Hokej, Thomas A., redaktor. Encyklopedia biograficzna astronomów. Springer, 2014.
• Inan, Aziz S. „Co Gustav Robert Kirchhoff natknął się na 150 lat temu?” Materiały z międzynarodowego sympozjum IEEE 2010 na temat obwodów i układów, pp. 73–76.
• „Prawa Kirchhoffa”. Uniwersytet Cornella, http://astrosun2.astro.cornell.edu/academics/courses/astro201/kirchhoff.htm.
• Kurrer, Karl-Eugen. Historia teorii konstrukcji: od analizy łuku do mechaniki obliczeniowej. Ernst i Sohn, 2008.
• „Gustav Robert Kirchhoff.” Wyrażenia molekularne: nauka, optyka i ty, 2015, https://micro.magnet.fsu.edu/optics/timeline/people/kirchhoff.html.
• O’Connor, J. J. i Robertson, E. FA. „Gustav Robert Kirchhoff.” University of St. Andrews, Szkocja, 2002.
• Palma, Christopher. „Prawa Kirchoffa i spektroskopia”. Uniwersytet Stanowy Pensylwanii, https://www.e-education.psu.edu/astro801/content/l3_p6.html.