Življenje in delo Gustava Kirchhoffa, fizika

ilbusca / Getty Images

Gustav Robert Kirchhoff (12. marec 1824–17. oktober 1887) je bil nemški fizik. Najbolj znan je po razvoju Kirchhoffovi zakoni , ki kvantificirajo trenutno in Napetost v električnih tokokrogih. Poleg Kirchhoffovih zakonov je Kirchhoff prispeval številne druge temeljne prispevke k fiziki, vključno z delom na spektroskopija in sevanje črnega telesa .

Hitra dejstva: Gustav Kirchhoff

Polno ime:Gustav Robert KirchhoffPoklic:fizikZnan po: Razvil Kirchhoffove zakone za električna vezjaRojen:12. marec 1824 v Königsbergu, PrusijaUmrl:17. oktober 1887 v Berlinu, NemčijaImena staršev:Carl Friedrich Kirchhoff, Juliane Johanna Henriette von WittkeImena zakoncev:Clara Richelot († 1834-1869), Benovefa Karolina Sopie Luise Brömmel († 1872)

Zgodnja leta in izobraževanje

Rojen v Königsbergu, Prusija (zdaj Kaliningrad, Rusija), je bil Gustav Kirchhoff najmlajši od treh sinov. Njegova starša sta bila Carl Friedrich Kirchhoff, pravni svetovalec, predan pruski državi, in Juliane Johanna Henriette von Wittke. Kirchhoffovi starši so spodbujali svoje otroke, naj služijo pruski državi po najboljših močeh. Kirchoff je bil akademsko močan študent, zato je nameraval postati univerzitetni profesor, kar je v tistem času v Prusiji veljalo za vlogo državnega uradnika. Kirchhoff je skupaj z bratoma obiskoval Kneiphofische High School in leta 1842 prejel diplomo.

Po končani srednji šoli je Kirchhoff začel študirati na oddelku za matematiko in fiziko na univerzi Albertus v Königsbergu. Tam se je Kirchhoff med letoma 1843 in 1846 udeležil seminarja matematike in fizike, ki sta ga razvila matematika Franz Neumann in Carl Jacobi.

Zlasti Neumann je močno vplival na Kirchhoffa in ga spodbudil, da se je ukvarjal z matematično fiziko – področjem, ki se osredotoča na razvoj matematičnih metod za probleme v fiziki. Med študijem pri Neumannu je Kirchhoff leta 1845 pri 21 letih objavil svoj prvi članek . Ta dokument je vseboval dva Kirchhoffova zakona, ki omogočata izračun toka in napetosti v električnih tokokrogih.

Kirchhoffovi zakoni

Kirchhoffovi zakoni za tok in napetost so osnova za analizo električnih tokokrogov, kar omogoča kvantifikacijo toka in napetosti v tokokrogu. Kirchhoff je te zakone izpeljal s posploševanjem rezultatov Ohmov zakon , ki pravi, da je tok med dvema točkama neposredno sorazmeren z napetostjo med tema točkama in obratno sorazmeren z uporom.

Kirchhoffov prvi zakon pravi, da mora na danem stičišču v vezju tok, ki teče v stičišče, biti enak vsoti tokov, ki zapuščajo stičišče. Drugi Kirchhoffov zakon pravi, da če je v vezju zaprta zanka, je vsota napetostnih razlik znotraj zanke enaka nič.

V sodelovanju z Bunsenom je Kirchhoff razvil tri Kirchhoffove zakone za spektroskopijo:

1. Žarnica z žarilno nitko trdne snovi, tekočine ali gosti plini – ki po segrevanju zasvetijo – oddajajo a neprekinjeno spekter svetlobe: oddajajo svetlobo na vseh valovnih dolžinah.
2. Vroči plin z nizko gostoto proizvaja emisijski vod spekter: plin oddaja svetlobo na določenih, diskretnih valovnih dolžinah, ki jih lahko vidimo kot svetle črte v sicer temnem spektru.
3. Neprekinjen spekter, ki prehaja skozi hladnejši plin z nizko gostoto, povzroči absorpcijska linija spekter: plin absorbira svetlobo na določenih, diskretnih valovnih dolžinah, ki jih lahko vidimo kot temne črte v sicer neprekinjenem spektru.

Ker atomi in molekule proizvajajo svoje edinstvene spektre, ti zakoni omogočajo identifikacijo atomov in molekul, ki jih najdemo v predmetu, ki ga preučujemo.

Kirchhoff je opravil tudi pomembno delo na področju toplotnega sevanja in je leta 1859 predlagal Kirchhoffov zakon o toplotnem sevanju. Ta zakon pravi, da sta emisivnost (zmožnost oddajanja energije kot sevanje) in absorbanca (zmožnost absorpcije sevanja) predmeta ali površine enaki na kateri koli valovno dolžino in temperaturo, če je predmet ali površina v statičnem toplotnem ravnovesju.

Med preučevanjem toplotnega sevanja je Kirchhoff skoval tudi izraz črno telo, da bi opisal hipotetični predmet, ki je absorbiral vso vhodno svetlobo in tako oddal vso to svetlobo, ko je bil vzdrževan pri konstantni temperaturi, da se vzpostavi toplotno ravnovesje. Leta 1900 je bil fizik Max Planck bi domnevali, da so ta črna telesa absorbirala in oddajala energijo v določenih vrednostih, imenovanih kvanti . To odkritje bi služilo kot eno ključnih spoznanj za kvantno mehaniko.

Akademska kariera

Leta 1847 je Kirchhoff diplomiral na Univerzi v Königsbergu in leta 1848 postal neplačan predavatelj na Univerzi v Berlinu v Nemčiji. Leta 1850 je postal izredni profesor na Univerzi v Breslauu in leta 1854 profesor fizike na Univerzi v Heidelbergu. V Breslauu je Kirchhoff srečal nemškega kemika Roberta Bunsena, po katerem jeBunsenov gorilnikje bil imenovan, in Bunsen je bil tisti, ki je poskrbel, da je Kirchhoff prišel na univerzo v Heidelbergu.

V šestdesetih letih 19. stoletja sta Kirchhoff in Bunsen pokazala, da je vsak element mogoče identificirati z unikatom spektralni vzorec , ki ugotavlja, da bi lahko spektroskopijo uporabili za eksperimentalno analizo elementov. Par bi odkril elemente cezij in rubidij med raziskovanjem elementov v soncu s spektroskopijo.

Kirchhoff je poleg svojega dela na področju spektroskopije preučeval tudi sevanje črnega telesa, pri čemer je izraz skoval leta 1862. Njegovo delo velja za temeljno za razvoj kvantna mehanika . Leta 1875 je Kirchhoff postal predstojnik matematične fizike v Berlinu. Pozneje se je leta 1886 upokojil.

Kasnejše življenje in dediščina

Kirchhoff je umrl 17. oktobra 1887 v Berlinu v Nemčiji v starosti 63 let. Spominjajo se ga po njegovih prispevkih na področju fizike in njegovi vplivni učiteljski karieri. Njegovi Kirchhoffovi zakoni za električna vezja se zdaj poučujejo kot del uvodnih tečajev fizike o elektromagnetizmu.

Viri

• Hokej, Thomas A., urednik. Biografska enciklopedija astronomov . Springer, 2014.
• Inan, Aziz S. Na kaj je Gustav Robert Kirchhoff naletel pred 150 leti? Zbornik mednarodnih simpozijev IEEE o vezjih in sistemih 2010 , str. 73–76.
• Kirchhoffovi zakoni. Univerza Cornell, http://astrosun2.astro.cornell.edu/academics/courses/astro201/kirchhoff.htm.
• Kurrer, Karl-Eugen. Zgodovina teorije konstrukcij: od analize lokov do računalniške mehanike . Ernst & Son, 2008.
• Gustav Robert Kirchhoff. Molekularni izrazi: znanost, optika in vi , 2015, https://micro.magnet.fsu.edu/optics/timeline/people/kirchhoff.html.
• O’Connor, J. J., in Robertson, E. F. Gustav Robert Kirchhoff. Univerza St. Andrews, Škotska , 2002.
• Palma, Christopher. Kirchoffovi zakoni in spektroskopija. Državna univerza Pensilvanije , https://www.e-education.psu.edu/astro801/content/l3_p6.html.