Życie i twórczość Gustava Kirchhoffa, fizyka
ilbusca / Getty Images
Gustav Robert Kirchhoff (12 marca 1824 – 17 października 1887) był niemieckim fizykiem. Najbardziej znany jest z rozwoju Prawa Kirchhoffa , które określają ilościowo obecny oraz Napięcie w obwodach elektrycznych. Oprócz praw Kirchhoffa Kirchhoff wniósł szereg innych fundamentalnych wkładów do fizyki, w tym prace nad spektroskopia oraz promieniowanie ciała doskonale czarnego .
Szybkie fakty: Gustav Kirchhoff
- Rozżarzony ciała stałe, ciecze lub gęste gazy – które zapalają się po podgrzaniu – emitują a ciągły widmo światła: emitują światło na wszystkich długościach fal.
- Gorący gaz o niskiej gęstości wytwarza linia emisyjna widmo: gaz emituje światło o określonych, dyskretnych długościach fal, które można zobaczyć jako jasne linie w ciemnym widmie.
- Ciągłe widmo przechodzące przez chłodniejszy gaz o niskiej gęstości wytwarza linia absorpcji widmo: gaz absorbuje światło o określonych, dyskretnych długościach fal, które można zobaczyć jako ciemne linie w widmie ciągłym.
- Hokej, Thomas A., redaktor. Encyklopedia biograficzna astronomów . Springera, 2014.
- Inan, Aziz S. Na co Gustav Robert Kirchhoff natknął się 150 lat temu? Materiały z 2010 IEEE International Symposium on Circuits and Systems , s. 73–76.
- Prawa Kirchhoffa. Uniwersytet Cornell, http://astrosun2.astro.cornell.edu/academics/courses/astro201/kirchhoff.htm.
- Kurrer, Karl-Eugen. Historia teorii struktur: od analizy łuku do mechaniki obliczeniowej . Ernst i Syn, 2008.
- Gustava Roberta Kirchhoffa. Wyrażenia molekularne: nauka, optyka i ty , 2015, https://micro.magnet.fsu.edu/optics/timeline/people/kirchhoff.html.
- O’Connor, JJ i Robertson, EF Gustav Robert Kirchhoff. Uniwersytet St. Andrews, Szkocja , 2002.
- Palma, Krzysztofie. Prawa Kirchoffa i spektroskopia. Uniwersytet Stanowy Pensylwanii , https://www.e-education.psu.edu/astro801/content/l3_p6.html.
Wczesne lata i edukacja
Urodzony w Królewcu, Prusy (obecnie Kaliningrad, Rosja), Gustav Kirchhoff był najmłodszym z trzech synów. Jego rodzicami byli Carl Friedrich Kirchhoff, radca prawny oddany państwu pruskiemu, oraz Juliane Johanna Henriette von Wittke. Rodzice Kirchhoffa zachęcali swoje dzieci, by służyły państwu pruskiemu najlepiej, jak potrafią. Kirchoff był silnym akademicko studentem, więc planował zostać profesorem uniwersyteckim, co w tym czasie uważano za urzędnika państwowego w Prusach. Kirchhoff uczęszczał do Kneiphofische High School z braćmi i otrzymał dyplom w 1842 roku.
Po ukończeniu szkoły średniej Kirchhoff rozpoczął studia na Wydziale Matematyczno-Fizycznym Uniwersytetu Albertusa w Królewcu. Tam Kirchhoff uczestniczył w seminarium matematyczno-fizycznym w latach 1843-1846 opracowanym przez matematyków Franza Neumanna i Carla Jacobiego.
Szczególnie Neumann wywarł ogromny wpływ na Kirchhoffa i zachęcił go do uprawiania fizyki matematycznej – dziedziny, która koncentruje się na opracowywaniu metod matematycznych rozwiązywania problemów w fizyce. Studiując u Neumanna, Kirchhoff opublikował swoją pierwszą pracę w 1845 roku w wieku 21 lat . Artykuł ten zawierał dwa prawa Kirchhoffa, które pozwalają na obliczenie prądu i napięcia w obwodach elektrycznych.
Prawa Kirchhoffa
Prawa Kirchhoffa dotyczące prądu i napięcia leżą u podstaw analizy obwodów elektrycznych, pozwalając na ilościowe określenie 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 wychodzących ze złącza. Drugie prawo Kirchhoffa mówi, że jeśli w obwodzie jest zamknięta pętla, suma różnic napięcia w pętli jest równa zeru.
Dzięki współpracy z Bunsenem Kirchhoff opracował trzy prawa Kirchhoffa dotyczące spektroskopii:
Ponieważ atomy i molekuły wytwarzają własne unikalne widma, prawa te pozwalają na identyfikację atomów i molekuł znalezionych w badanym obiekcie.
Kirchhoff wykonał również ważną pracę w zakresie promieniowania cieplnego i zaproponował prawo Kirchhoffa promieniowania cieplnego w 1859 roku. Prawo to stanowi, że emisyjność (zdolność do emitowania energii jako promieniowania) i absorbancja (zdolność do pochłaniania promieniowania) obiektu lub powierzchni są równe w dowolnym długość fali i temperaturę, jeśli obiekt lub powierzchnia znajduje się w statycznej równowadze termicznej.
Badając promieniowanie cieplne, Kirchhoff ukuł również termin ciało doskonale czarne, aby opisać hipotetyczny obiekt, który pochłaniał całe przychodzące światło i w ten sposób emitował całe to światło, gdy był utrzymywany w stałej temperaturze w celu ustalenia równowagi termicznej. W 1900 roku fizyk Max Planck postawiłby hipotezę, że te czarne ciała pochłaniały i emitowały energię w określonych wartościach zwanych ilość . To odkrycie posłużyłoby jako jeden z kluczowych spostrzeżeń mechaniki kwantowej.
Kariera akademicka
W 1847 Kirchhoff ukończył Uniwersytet w Królewcu, aw 1848 został nieodpłatnym wykładowcą na Uniwersytecie Berlińskim w Niemczech. W 1850 został profesorem nadzwyczajnym na Uniwersytecie Wrocławskim, aw 1854 profesorem fizyki na Uniwersytecie w Heidelbergu. We Wrocławiu Kirchhoff poznał niemieckiego chemika Roberta Bunsena, po którymPalnik Bunsenazostał nazwany i to Bunsen zaaranżował przybycie Kirchhoffa 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 spektroskopię można wykorzystać do eksperymentalnej analizy pierwiastków. Para odkryje żywioły cez oraz rubid podczas badania pierwiastków na słońcu za pomocą spektroskopii.
Oprócz swojej pracy w spektroskopii Kirchhoff studiował również promieniowanie ciała doskonale czarnego, ukuł termin w 1862 roku. Jego praca jest uważana za fundamentalną dla rozwoju mechanika kwantowa . W 1875 Kirchhoff został kierownikiem katedry fizyki matematycznej w Berlinie. Później przeszedł na emeryturę w 1886 roku.
Późniejsze życie i dziedzictwo
Kirchhoff zmarł 17 października 1887 roku w Berlinie w Niemczech w wieku 63 lat. Jest pamiętany ze swojego wkładu w dziedzinie fizyki, a także jego wpływowej kariery nauczycielskiej. Jego prawa Kirchhoffa dotyczące obwodów elektrycznych są obecnie nauczane w ramach wstępnych kursów fizyki dotyczących elektromagnetyzmu.