Gustav Kirchhoff in Kirchhoffovi zakoni za električna vezja

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

Hitra dejstva: Gustav Kirchhoff

Rojen v Königsbergu, Prusija (zdaj Kaliningrad, Rusija), Gustav Kirchhoff je bil najmlajši od treh sinov. Njegova starša sta bila Carl Friedrich Kirchhoff, pravni svetovalec, posvečen pruski državi, in Juliane Johanna Henriette von Wittke. Kirchhoffovi starši so svoje otroke spodbudili, naj prusko služijo državi, kolikor so le lahko. Kirchoff je bil akademski močan študent, zato je načrtoval, da bo postal univerzitetni profesor, kar je v Prusiji takrat veljalo za vlogo državnega uslužbenca. Kirchhoff je skupaj z bratoma obiskoval srednjo šolo Kneiphofische in leta 1842 prejel diplomo.

Po končani srednji šoli je Kirchhoff začel študirati na matematično-fizikalnem oddelku na univerzi Albertus v Königsbergu. Tam se je Kirchhoff udeležil matematično-fizikalnega seminarja od 1843 do 1846, ki sta ga razvila matematika Franz Neumann in Carl Jacobi.

Zlasti Neumann je močno vplival na Kirchhoffa in ga spodbudil k nadaljevanju matematične fizike - področja, ki se osredotoča na razvoj matematičnih metod za težave v fiziki. Med študijem pri Neumannu je Kirchhoff objavil svoj prvi prispevek leta 1845 pri 21 letih. Ta članek vsebuje dva Kirchhoffova zakona, ki omogočata izračun toka in napetosti v električnih vezjih.

Kirchhoffovi zakoni za tok in napetost so osnova za analizo električnih vezij, kar omogoča količinsko določitev toka in napetosti v vezju. Kirchhoff je te zakone izpeljal s splošnimi rezultati Ohm 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 biti v danem stičišču v tokokrogu tok, ki gre v stičišče, enak vsoti tokov, ki zapustijo stičišče. Kirchhoffov drugi zakon pravi, da če je v vezju zaprta zanka, je vsota napetostnih razlik znotraj zanke enaka nič.

S sodelovanjem z Bunsenom je Kirchhoff razvil tri Kirchhoffove zakone za spektroskopijo:

1. Žarišča, tekočine ali gosti plini - ki se segrejejo po segrevanju - oddajajo a neprekinjeno spekter svetlobe: oddajajo svetlobo na vseh valovnih dolžinah.
2. Vroči plin z nizko gostoto proizvaja emisijski vod spekter: plin oddaja svetlobo v določenih, diskretnih valovnih dolžinah, ki jih lahko vidimo kot svetle črte v sicer temnem spektru.
3. Nenehni spekter, ki pelje skozi hladnejši plin z nizko gostoto, ustvari absorpcijska linija spekter: plin absorbira svetloba 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 v predmetu, ki se preučuje.

Kirchhoff je opravljal tudi pomembno delo na področju toplotnega sevanja in leta 1859 predlagal Kirchhoffov zakon toplotnega sevanja. Ta zakon pravi, da je emisijska sposobnost (sposobnost oddajanja energije kot sevanja) in absorbcija (sposobnost absorpcije sevanja) predmet ali površina sta enaka pri kateri koli valovni dolžini in temperaturi, če je predmet ali površina statična ravnovesje.

Med študijem toplotnega sevanja je Kirchhoff skoval tudi izraz "črno telo", da je opisal hipotetični objekt, ki je absorbiral vse dohodne svetlobe in je tako oddajala vso to svetlobo, ko je bila vzdrževana pri konstantni temperaturi, da je vzpostavila toploto ravnovesje. Leta 1900 fizik Max Planck bi hipotetizirali, da so ta črna telesa absorbirala in oddajala energijo v določenih vrednostih, imenovanih "kvanta. " To odkritje bi služilo kot eno ključnih spoznanj kvantne mehanike.

Leta 1847 je Kirchhoff diplomiral na univerzi Königsberg in postal leta 1848 neplačani predavatelj na berlinski univerzi v Nemčiji. Leta 1850 je postal izredni profesor na univerzi Breslau in leta 1854 profesor fizike na univerzi Heidelberg. V Breslauu je Kirchhoff spoznal nemškega kemika Roberta Bunsena, za njim pa je dr Gorilnik Bunsen je bil imenovan in Bunsen je poskrbel, da je Kirchhoff prišel na univerzo v Heidelbergu.

V 1860-ih sta Kirchhoff in Bunsen pokazala, da je vsak element mogoče identificirati z edinstvenim spektralni vzorec, z ugotovitvijo, da se lahko spektroskopija uporablja za eksperimentalno analizo elementov. Par bi odkril elemente cezija in rubidij pri preiskovanju elementov na soncu s pomočjo spektroskopije.

Poleg svojega dela na spektroskopiji je Kirchhoff študiral tudi sevanje črnega telesa, saj je izraz leta 1862 skoval. Njegovo delo velja za temeljno za razvoj kvantna mehanika. Leta 1875 je Kirchhoff postal predsednik matematične fizike v Berlinu. Pozneje se je leta 1886 upokojil.

Kirchhoff je umrl 17. oktobra 1887 v Berlinu v Nemčiji v starosti 63 let. Spominja se ga po svojih prispevkih na področju fizike in tudi po vplivni učni karieri. Njegovi Kirchhoffovi zakoni za električna vezja se zdaj učijo v okviru uvodnih tečajev fizike o elektromagnetizmu.

• Hokej, Thomas A., urednik. Biografska enciklopedija astronomov. Springer, 2014.
• Inan, Aziz S. "Kaj se je Gustav Robert Kirchhoff spotaknil pred 150 leti?" Zbornik mednarodnih simpozijev IEEE o vezjih in sistemih iz leta 2010, pp. 73–76.
• "Kirchhoffovi zakoni." Univerza Cornell, http://astrosun2.astro.cornell.edu/academics/courses/astro201/kirchhoff.htm.
• Kurrer, Karl-Eugen. Zgodovina teorije struktur: od ločne analize do računske mehanike. Ernst & Sohn, 2008.
• "Gustav Robert Kirchhoff." Molekularni izrazi: znanost, optika in ti, 2015, https://micro.magnet.fsu.edu/optics/timeline/people/kirchhoff.html.
• O'Connor, J. J., in Robertson, E. F. "Gustav Robert Kirchhoff." University of St. Andrews, Škotska, 2002.
• Palma, Christopher. "Kirchoffovi zakoni in spektroskopija." Državna univerza Pennsylvania, https://www.e-education.psu.edu/astro801/content/l3_p6.html.