Законите на Густав Кирхоф и законите на Кирххоф за електрически вериги

Густав Робърт Кирхоф (12 март 1824 г. - 17 октомври 1887 г.) е немски физик. Той е най-известен с това, че се развива Законите на Кирхоф, които количествено определят текущ и волтаж в електрически вериги. В допълнение към законите на Кирххоф, Кирхоф направи редица други основни приноси във физиката, включително работа върху спектроскопия и излъчване на черно тяло.

Бързи факти: Густав Кирхоф

Роден в Кьонигсберг, Прусия (сега Калининград, Русия), Густав Кирххоф беше най-малкият от трима синове. Родителите му бяха Карл Фридрих Кирххоф, юрисконсулт, посветен на пруската държава, и Джулиан Йохана Хенриет фон Витке. Родителите на Кирхоф насърчиха децата си да служат на пруската държава възможно най-добре. Кирхоф беше академично силен студент, затова планираше да стане университетски професор, което се смяташе за роля на държавен служител в Прусия по онова време. Кирхоф посещава гимназията в Кнайфофише заедно с братята си и получава дипломата си през 1842 година.

След като завършва гимназия, Кирхоф започва да учи в катедра „Математика-физика” в университета „Албертус” в Кьонигсберг. Там Кирхоф присъства на семинар по математика и физика от 1843 до 1846 г., разработен от математиците Франц Нойман и Карл Якоби.

По-специално Нойман има дълбоко въздействие върху Кирхоф и го насърчава да следва математическата физика - област, която се фокусира върху разработването на математически методи за проблеми във физиката. Докато учи с Нойман, Кирххоф публикува първата си книга през 1845 г. на 21 години. Тази статия съдържа двата закона на Кирхоф, които позволяват изчисляване на тока и напрежението в електрическите вериги.

Законите на Кирхоф за ток и напрежение са в основата на анализа на електрическите вериги, което позволява количественото определяне на тока и напрежението в схемата. Кирхоф извежда тези закони, като обобщава резултатите от Ом закон, в която се посочва, че токът между две точки е пряко пропорционален на напрежението между тези точки и обратно пропорционален на съпротивлението.

Първият закон на Кирхоф казва, че при дадено кръстовище във верига, токът, влизащ в кръстовището, трябва да е равен на сумата от токовете, напускащи кръстовището. Вторият закон на Кирхоф казва, че ако във верига има затворен контур, сумата от разликите в напрежението в контура е равна на нула.

Чрез сътрудничеството си с Bunsen, Kirchhoff разработва три закона на Kirchhoff за спектроскопия:

1. Нажежаеми твърди течности, течности или плътни газове - които светят след нагряването - отделят a непрекъснат спектър на светлината: те излъчват светлина на всички дължини на вълната.
2. Горещ газ с ниска плътност произвежда Онлайн емисия спектър: газът излъчва светлина с конкретни, дискретни дължини на вълната, които могат да се видят като ярки линии в иначе тъмен спектър.
3. При непрекъснат спектър, преминаващ през по-хладен газ с ниска плътност, се получава абсорбция линия спектър: газът абсорбира светлина с конкретни, дискретни дължини на вълната, които могат да се разглеждат като тъмни линии в иначе непрекъснат спектър.

Тъй като атомите и молекулите произвеждат свои собствени уникални спектри, тези закони позволяват идентифициране на атоми и молекули, намиращи се в обекта, който се изучава.

Кирхоф също изпълнява важна работа в областта на топлинното излъчване и предлага закона на Кирххоф за топлинното излъчване през 1859 г. Този закон гласи, че излъчващата способност (способността да излъчва енергия като радиация) и абсорбцията (способността да абсорбира радиацията) на обект или повърхност са равни на всяка дължина на вълната и температура, ако обектът или повърхността са на статична топлина равновесие.

Докато изучава топлинното излъчване, Кирххоф също въвежда термина „черно тяло“, за да опише хипотетичен обект, който поглъща всички постъпваща светлина и по този начин излъчва цялата тази светлина, когато тя се поддържа при постоянна температура за установяване на топлина равновесие. През 1900 г. физикът Макс Планк би предположила, че тези черни тела поглъщат и излъчват енергия в определени стойности, наречени „кванти. " Това откритие ще послужи като една от ключовите прозрения за квантовата механика.

През 1847 г. Кирхоф завършва университета в Кьонигсберг и става неплатен преподавател в Берлинския университет в Германия през 1848 година. През 1850 г. става доцент в университета в Бреслау, а през 1854 г. - професор по физика в Хайделбергския университет. В Бреслау Кирхоф се срещна с германския химик Робърт Бунсен, след когото Bunsen горелка беше наречен и именно Бунсен уреди Кирххоф да дойде в Хайделбергския университет.

През 1860-те Кирхоф и Бунсен показват, че всеки елемент може да бъде идентифициран с уникален спектрален модел, установявайки, че спектроскопията може да се използва за експериментален анализ на елементите. Двойката ще открие елементите цезий и рубидий докато изследваме елементите на слънцето, използвайки спектроскопия.

В допълнение към работата си в спектроскопията, Кирххоф ще изучава и радиацията на черните тела, въвеждайки термина през 1862 година. Работата му се счита за основна за развитието на квантова механика. През 1875 г. Кирхоф става председател на математическата физика в Берлин. По-късно се пенсионира през 1886г.

Кирхоф умира на 17 октомври 1887 г. в Берлин, Германия на 63-годишна възраст. Той се помни с приноса си в областта на физиката, както и с влиятелната си преподавателска кариера. Законите на Кирхоф за електрическите вериги вече се преподават като част от въвеждащите курсове по физика по електромагнетизъм.

• Хокей, Томас А., редактор. Биографичната енциклопедия на астрономите. Спрингер, 2014г.
• Инан, Азиз С. „Какво е спънал Густав Робърт Кирххоф преди 150 години?“ Сборник от Международния симпозиум IEEE за вериги и системи от 2010 г., стр. 73–76.
• „Законите на Кирхоф“ Университета Корнел, http://astrosun2.astro.cornell.edu/academics/courses/astro201/kirchhoff.htm.
• Kurrer, Karl-Eugen. Историята на теорията на конструкциите: от анализ на арките до изчислителна механика. Ernst & Sohn, 2008.
• "Густав Робърт Кирхоф." Молекулярни изрази: наука, оптика и ти, 2015, https://micro.magnet.fsu.edu/optics/timeline/people/kirchhoff.html.
• О'Конър, Дж. Дж. И Робъртсън, Е. F. "Густав Робърт Кирхоф." Университета на Сейнт Андрюс, Шотландия, 2002.
• Палма, Кристофър. „Законите и спектроскопията на Кирхоф.“ Държавният университет в Пенсилвания, https://www.e-education.psu.edu/astro801/content/l3_p6.html.