Legile lui Gustav Kirchhoff și Kirchhoff pentru circuite electrice

Gustav Robert Kirchhoff (12 martie 1824 - 17 octombrie 1887) a fost un fizician german. Este cel mai cunoscut pentru dezvoltarea Legile lui Kirchhoff, care cuantifică actual și Voltaj în circuitele electrice. Pe lângă legile lui Kirchhoff, Kirchhoff a adus o serie de alte contribuții fundamentale la fizică, inclusiv lucrări la spectroscopie și radiații negre.

Fapte rapide: Gustav Kirchhoff

Născut în Königsberg, Prusia (acum Kaliningrad, Rusia), Gustav Kirchhoff era cel mai tânăr dintre cei trei fii. Părinții săi au fost Carl Friedrich Kirchhoff, consilier juridic consacrat statului prusac, și Juliane Johanna Henriette von Wittke. Părinții lui Kirchhoff și-au încurajat copiii să slujească statul prusac cât mai bine. Kirchoff era un student puternic din punct de vedere academic, așa că plănuia să devină profesor universitar, ceea ce era considerat în acel moment un rol de funcționar public în Prusia. Kirchhoff a urmat liceul Kneiphofische alături de frații săi și a primit diploma în 1842.

După absolvirea liceului, Kirchhoff a început studiile în departamentul de Matematică-Fizică la Universitatea Albertus din Königsberg. Acolo, Kirchhoff a participat la un seminar de matematică-fizică din 1843 până în 1846 dezvoltat de matematicienii Franz Neumann și Carl Jacobi.

Neumann a avut, în special, un impact profund asupra lui Kirchhoff și l-a încurajat să continue fizica matematică - un domeniu care se concentrează pe dezvoltarea metodelor matematice pentru probleme în fizică. În timp ce studia cu Neumann, Kirchhoff a publicat prima sa lucrare în 1845, la 21 de ani. Această lucrare conținea cele două legi ale lui Kirchhoff, care permit calculul curentului și tensiunii în circuitele electrice.

Legile lui Kirchhoff pentru curent și tensiune sunt la baza analizei circuitelor electrice, permițând cuantificarea curentului și a tensiunii în circuit. Kirchhoff a derivat aceste legi generalizând rezultatele Legea lui Ohm, care afirmă că curentul dintre două puncte este direct proporțional cu tensiunea dintre aceste puncte și invers proporțional cu rezistența.

Prima lege a lui Kirchhoff spune că la o joncțiune dată într-un circuit, curentul care intră în joncțiune trebuie să egaleze suma curenților care părăsesc joncțiunea. A doua lege a lui Kirchhoff spune că dacă există o buclă închisă într-un circuit, suma diferențelor de tensiune din buclă este egală cu zero.

Prin colaborarea sa cu Bunsen, Kirchhoff a elaborat trei legi ale lui Kirchhoff pentru spectroscopie:

1. Solidele incandescente, lichidele sau gazele dense - care se aprind după ce sunt încălzite - emit a continuu spectru de lumină: emit lumină la toate lungimile de undă.
2. Un gaz fierbinte, cu densitate redusă produce un an emisie-line spectru: gazul emite lumină la anumite lungimi de undă discrete, care pot fi văzute ca linii strălucitoare într-un spectru altfel întunecat.
3. Un spectru continuu care trece printr-un gaz mai răcoros și cu densitate mică produce un absorbție-line spectru: gazul absoarbe lumină la lungimi de undă specifice, discrete, care pot fi văzute ca linii întunecate într-un spectru altfel continuu.

Deoarece atomii și moleculele își produc propriile spectre unice, aceste legi permit identificarea atomilor și moleculelor găsite în obiectul studiat.

Kirchhoff a efectuat, de asemenea, lucrări importante în radiațiile termice și a propus legea lui Kirchhoff privind radiațiile termice în 1859. Această lege afirmă că emisivitatea (capacitatea de a emite energie ca radiație) și absorbția (capacitatea de a absorbi radiațiile) un obiect sau o suprafață sunt egale la orice lungime de undă și temperatură, dacă obiectul sau suprafața este la o temperatură termică echilibru.

În timp ce studia radiația termică, Kirchhoff a inventat și termenul „corp negru” pentru a descrie un obiect ipotetic care a absorbit tot lumina de intrare și astfel a emis toată acea lumină atunci când a fost menținută la o temperatură constantă pentru a stabili termic echilibru. În 1900, fizicianul Max Planck ar ipoteza că aceste corpuri negre absorbeau și emiteau energie în anumite valori numite „Quanta.“ Această descoperire ar servi drept una dintre ideile cheie ale mecanicii cuantice.

În 1847, Kirchhoff a absolvit Universitatea Königsberg și a devenit lector neplătit la Universitatea Berlin din Germania în 1848. În 1850, devine profesor asociat la Universitatea Breslau, iar în 1854 profesor de fizică la Universitatea Heidelberg. La Breslau, Kirchhoff l-a întâlnit pe chimistul german Robert Bunsen, după care arzător Bunsen a fost numit și Bunsen a aranjat ca Kirchhoff să vină la Universitatea Heidelberg.

În anii 1860, Kirchhoff și Bunsen au arătat că fiecare element ar putea fi identificat cu un unic modelul spectral, stabilind că spectroscopia ar putea fi utilizată pentru a analiza experimental elementele. Perechea ar descoperi elementele cesiu și rubidiu în timp ce investighează elementele la soare folosind spectroscopie.

În plus față de activitatea sa în spectroscopie, Kirchhoff va studia și radiațiile persoanelor negre, acoperind termenul în 1862. Opera sa este considerată fundamentală pentru dezvoltarea mecanica cuantică. În 1875, Kirchhoff a devenit catedra de fizică matematică la Berlin. Ulterior s-a retras în 1886.

Kirchhoff a murit la 17 octombrie 1887 la Berlin, Germania, la vârsta de 63 de ani. El este amintit pentru contribuțiile sale în domeniul fizicii, precum și pentru influența sa de carieră didactică. Legile lui Kirchhoff pentru circuite electrice sunt acum predate ca parte a cursurilor de fizică introductivă despre electromagnetism.

• Hockey, Thomas A., editor. Enciclopedia biografică a astronomilor. Springer, 2014.
• Inan, Aziz S. "Ce a împiedicat Gustav Robert Kirchhoff după 150 de ani?" Proceedings of 2010 IEEE International Symposium on Circuits and Systems, pp. 73–76.
• „Legile lui Kirchhoff”. Universitatea Cornell, http://astrosun2.astro.cornell.edu/academics/courses/astro201/kirchhoff.htm.
• Kurrer, Karl-Eugen. Istoria teoriei structurilor: de la analiza arcului la mecanica calculațională. Ernst & Sohn, 2008.
• - Gustav Robert Kirchhoff. Expresii moleculare: știință, optică și voi, 2015, https://micro.magnet.fsu.edu/optics/timeline/people/kirchhoff.html.
• O´Connor, J. J., și Robertson, E. F. - Gustav Robert Kirchhoff. Universitatea St. Andrews, Scoția, 2002.
• Palma, Christopher. „Legile și spectroscopia lui Kirchoff.” Universitatea de Stat din Pennsylvania, https://www.e-education.psu.edu/astro801/content/l3_p6.html.