Gustav Kirchhoff a Kirchhoffove zákony pre elektrické obvody

Gustav Robert Kirchhoff (12. marca 1824 - 17. októbra 1887) bol nemecký fyzik. On je najlepšie známy pre rozvoj Kirchhoffove zákony, ktoré kvantifikujú prúd a Napätie v elektrických obvodoch. Okrem Kirchhoffových zákonov Kirchhoff prispel k fyzike aj ďalšími zásadnými príspevkami, vrátane práce na nich spektroskopie a žiarenie čiernych telies.

Rýchle fakty: Gustav Kirchhoff

Narodil sa v Königsbergu, Prusko (teraz Kaliningrad, Rusko) bol Gustav Kirchhoff najmladší z troch synov. Jeho rodičmi boli Carl Friedrich Kirchhoff, právny poradca venovaný pruskému štátu a Juliane Johanna Henriette von Wittke. Kirchhoffov rodičia povzbudzovali svoje deti, aby slúžili pruskému štátu čo najlepšie, ako dokázali. Kirchoff bol akademicky silný študent, a tak sa plánoval stať univerzitným profesorom, ktorý bol v tom čase v Prusku považovaný za štátnu službu. Kirchhoff navštevoval Kneiphofische High School so svojimi bratmi a diplom získal v roku 1842.

Po ukončení strednej školy začal Kirchhoff študovať na katedre matematiky a fyziky na Albertus University v Königsbergu. Tam sa Kirchhoff v rokoch 1843 - 1846 zúčastnil seminára o matematike a fyzike, ktorý vypracovali matematici Franz Neumann a Carl Jacobi.

Najmä Neumann mal na Kirchhoffa zásadný vplyv a povzbudil ho, aby sa venoval matematickej fyzike - oblasti, ktorá sa zameriava na vývoj matematických metód pre problémy vo fyzike. Počas štúdia s Neumannom publikoval Kirchhoff svoj prvý dokument v roku 1845 vo veku 21 rokov. Tento dokument obsahoval dva Kirchhoffove zákony, ktoré umožňujú výpočet prúdu a napätia v elektrických obvodoch.

Kirchhoffove zákony týkajúce sa prúdu a napätia sú základom analýzy elektrických obvodov, čo umožňuje kvantifikáciu prúdu a napätia v obvode. Kirchhoff odvodil tieto zákony zovšeobecnením výsledkov Ohmov zákon, ktorý uvádza, že prúd medzi dvoma bodmi je priamo úmerný napätiu medzi týmito bodmi a nepriamo úmerný odporu.

Kirchhoffov prvý zákon hovorí, že na danom križovatke v okruhu sa musí prúd, ktorý prechádza do križovatky, rovnať súčtu prúdov opúšťajúcich križovatku. Kirchhoffov druhý zákon hovorí, že ak je v obvode uzavretá slučka, súčet rozdielov napätia v slučke sa rovná nule.

Vďaka svojej spolupráci s Bunsenom Kirchhoff vyvinul tri Kirchhoffove zákony pre spektroskopiu:

1. Žeravé látky, kvapaliny alebo husté plyny - ktoré sa po zahriatí rozsvietia - emitujú a nepretržitý spektrum svetla: vyžarujú svetlo na všetkých vlnových dĺžkach.
2. Horúci plyn s nízkou hustotou vytvára emisné línia Spektrum: plyn vyžaruje svetlo pri špecifických diskrétnych vlnových dĺžkach, ktoré možno vidieť ako svetlé čiary v inak tmavom spektre.
3. Kontinuálne spektrum prechádzajúce chladiacim plynom s nízkou hustotou vytvára absorpčné línia spektrum: plyn absorbuje svetlo pri špecifických diskrétnych vlnových dĺžkach, ktoré možno vidieť v tmavých čiarach v inak súvislom spektre.

Pretože atómy a molekuly vytvárajú svoje vlastné jedinečné spektrá, tieto zákony umožňujú identifikáciu atómov a molekúl nájdených v študovanom objekte.

Kirchhoff tiež vykonával dôležitú prácu v oblasti tepelného žiarenia a navrhol Kirchhoffov zákon tepelného žiarenia v roku 1859. Tento zákon uvádza, že emisivita (schopnosť emitovať energiu ako žiarenie) a absorbancia (schopnosť absorbovať žiarenie) predmet alebo povrch sú rovnaké pri akejkoľvek vlnovej dĺžke a teplote, ak je objekt alebo povrch staticky tepelný rovnováha.

Počas štúdia tepelného žiarenia Kirchhoff razil aj termín „čierne telo“, aby opísal hypotetický objekt, ktorý absorboval všetky prichádzajúce svetlo, a tak vyžarovalo celé toto svetlo, keď sa udržiavalo na konštantnej teplote, aby sa vytvorilo teplo rovnováha. V roku 1900 fyzik Max Planck by predpokladal, že tieto čierne telá absorbujú a emitujú energiu v určitých hodnotách nazývaných „kvantá. " Tento objav by slúžil ako jeden z kľúčových poznatkov kvantovej mechaniky.

V roku 1847 Kirchhoff vyštudoval Königsbergovu univerzitu a v roku 1848 sa stal neplateným prednášajúcim na berlínskej univerzite v Nemecku. V roku 1850 sa stal docentom na univerzite v Breslau av roku 1854 profesorom fyziky na univerzite v Heidelbergu. V meste Breslau sa Kirchhoff stretol s nemeckým chemikom Robertom Bunsenom, po ktorom Bunsenov horák bol menovaný a bol to Bunsen, kto zariadil, aby Kirchhoff prišiel na Heidelbergskú univerzitu.

V 60. rokoch 20. storočia Kirchhoff a Bunsen ukázali, že každý prvok je možné identifikovať jedinečným spektrálny vzor, ktorým sa stanovuje, že na experimentálnu analýzu prvkov by sa mohla použiť spektroskopia. Pár objavil tieto prvky cézium a rubídia pri skúmaní prvkov na slnku pomocou spektroskopie.

Okrem jeho práce v spektroskopii, Kirchhoff študoval aj žiarenie čiernych telies, ktoré razilo tento termín v roku 1862. Jeho práca sa považuje za zásadnú pre rozvoj kvantová mechanika. V roku 1875 sa Kirchhoff stal predsedom matematickej fyziky v Berlíne. Neskôr odišiel v roku 1886.

Kirchhoff zomrel 17. októbra 1887 v nemeckom Berlíne vo veku 63 rokov. Pamätá sa na jeho príspevky v oblasti fyziky, ako aj na vplyvnú pedagogickú kariéru. Jeho Kirchhoffove zákony o elektrických obvodoch sa teraz učia ako súčasť úvodných kurzov fyziky o elektromagnetizme.

• Hokej, Thomas A., redaktor. Biografická encyklopédia astronómov. Springer, 2014.
• Inan, Aziz S. "Čo Gustav Robert Kirchhoff narazil na 150 rokov veku?" Zborník z medzinárodného sympózia IEEE 2010 o obvodoch a systémoch, str. 73–76.
• "Kirchhoffove zákony." Cornell University, http://astrosun2.astro.cornell.edu/academics/courses/astro201/kirchhoff.htm.
• Kurrer, Karl-Eugen. Dejiny teórie štruktúr: od analýzy oblúka po výpočtovú mechaniku. Ernst & Sohn, 2008.
• "Gustav Robert Kirchhoff." Molekulárne výrazy: veda, optika a vy, 2015, https://micro.magnet.fsu.edu/optics/timeline/people/kirchhoff.html.
• O'Connor, J. J. a Robertson, E. F. "Gustav Robert Kirchhoff." Andrews, Škótsko, 2002.
• Palma, Christopher. "Kirchoffove zákony a spektroskopia." Štátna univerzita v Pensylvánii, https://www.e-education.psu.edu/astro801/content/l3_p6.html.