Gustav Kirchhoff i Kirchhoffovi zakoni za električna kola

Gustav Robert Kirchhoff (12. ožujka 1824. - 17. listopada 1887.) bio je njemački fizičar. Najpoznatiji je po razvoju Kirchhoffovi zakoni, koji kvantificiraju Trenutno i napon u električnim krugovima. Pored Kirchhoffovih zakona, Kirchhoff je dao i niz drugih temeljnih doprinosa fizici, uključujući rad na spektroskopija i zračenje crna tijela.

Brze činjenice: Gustav Kirchhoff

Rođen u Königsbergu, Prusija (sada Kalinjingrad, Rusija), Gustav Kirchhoff bio je najmlađi od tri sina. Njegovi roditelji bili su Carl Friedrich Kirchhoff, pravni savjetnik posvećen pruskoj državi, i Juliane Johanna Henriette von Wittke. Kirchhoffovi roditelji potaknuli su svoju djecu da služe pruskoj državi najbolje što su mogli. Kirchoff je bio akademski jak student, pa je planirao postati sveučilišni profesor, što se u to vrijeme smatralo ulogom državnog službenika u Prusiji. Kirchhoff je s braćom pohađao srednju školu Kneiphofische i stekao diplomu 1842. godine.

Nakon što je završio srednju školu, Kirchhoff je počeo studirati na odjelu za matematiku i fiziku na Sveučilištu Albertus u Königsbergu. Tamo je Kirchhoff pohađao seminar iz matematike i fizike od 1843. do 1846. koji su razvili matematičari Franz Neumann i Carl Jacobi.

Neumann je posebno imao snažan utjecaj na Kirchhoffa, i potaknuo ga je da se bavi matematičkom fizikom - polje koje je usredotočeno na razvoj matematičkih metoda za probleme fizike. Dok je studirao s Neumannom, Kirchhoff je svoj prvi rad objavio 1845. u dobi od 21 godine. Ovaj je rad sadržavao dva Kirchhoffova zakona koja omogućuju izračunavanje struje i napona u električnim krugovima.

Kirchhoffovi zakoni za struju i napon su u osnovi analize električnih krugova, omogućujući kvantifikaciju struje i napona unutar kruga. Kirchhoff je izvukao ove zakone generaliziranjem rezultata Ohmov zakon, koja kaže da je struja između dviju točaka izravno proporcionalna naponu između tih točaka i obrnuto proporcionalna otporu.

Kirchhoffov prvi zakon kaže da na određenom spojnom krugu struja koja ide u spoj mora biti jednaka zbroju struja koje napuštaju spoj. Kirchhoffov drugi zakon kaže da ako u krugu postoji zatvorena petlja, zbroj razlika napona unutar petlje jednak je nuli.

Kroz suradnju s Bunsenom, Kirchhoff je razvio tri Kirchhoffova zakona za spektroskopiju:

1. Žarulje sa žarnom niti, tekućina ili gusti plinovi - koji svijetle nakon zagrijavanja - ispuštaju a stalan spektar svjetlosti: oni emitiraju svjetlost na svim valnim duljinama.
2. Vrući plin niske gustoće proizvodi plin Emisija linija spektar: plin emitira svjetlost u određenim, diskretnim valnim duljinama, koje se u inače mračnom spektru mogu vidjeti kao svijetle linije.
3. Kontinuiranim spektrom koji prolazi kroz hladniji plin niske gustoće stvara se apsorpcija linija spektar: plin upija svjetlost u određenim, diskretnim valnim duljinama, koje se mogu vidjeti kao tamne linije u inače kontinuiranom spektru.

Budući da atomi i molekule proizvode svoje jedinstvene spektre, ovi zakoni omogućuju identifikaciju atoma i molekula u predmetu koji se proučava.

Kirchhoff je također obavljao važne radove na toplinskom zračenju i 1859. predložio Kirchhoffov zakon toplinskog zračenja. Ovaj zakon kaže da su emisija (sposobnost emitiranja energije kao zračenja) i apsorbancija (sposobnost apsorbiranja zračenja) objekt ili površina jednaki su bilo kojoj valnoj duljini i temperaturi, ako su objekt ili površina statički toplinski ravnoteža.

Tijekom proučavanja toplinskog zračenja, Kirchhoff je skovao i pojam "crno tijelo" kako bi opisao hipotetički objekt koji je apsorbirao sve dolazne svjetlosti i tako je emitirao svu tu svjetlost kada je održavana na konstantnoj temperaturi da bi se uspostavila toplinska ravnoteža. 1900. fizičar Max Planck bi pretpostavio da su ta crna tijela apsorbirala i emitirala energiju u određenim vrijednostima zvanim "kvanti„. Ovo otkriće poslužilo bi kao jedan od ključnih uvida u kvantnu mehaniku.

Kirchhoff je 1847. diplomirao na Sveučilištu Königsberg, a postao je neplaćeni predavač na Berlinskom sveučilištu u Njemačkoj 1848. godine. 1850. postao je izvanredni profesor na Sveučilištu Breslau, a 1854. profesor fizike na Sveučilištu u Heidelbergu. U Breslauu, Kirchhoff je upoznao njemačkog kemičara Roberta Bunsena, nakon čega je Bunsen plamenik je dobio ime, a upravo je Bunsen dogovorio Kirchhoff da dođe na sveučilište Heidelberg.

U 1860-im, Kirchhoff i Bunsen pokazali su da se svaki element može identificirati s jedinstvenim spektralni uzorak, utvrdivši da se spektroskopija može koristiti za eksperimentalnu analizu elemenata. Par bi otkrio elemente cezij i rubidijum dok su ispitivali elemente na suncu pomoću spektroskopije.

Uz svoj rad na spektroskopiji, Kirchhoff će proučavati i zračenje crnaca, skovajući izraz 1862. godine. Njegov rad smatra se temeljnim za razvoj kvantna mehanika. Godine 1875. Kirchhoff je postao stolica matematičke fizike u Berlinu. Kasnije se povukao 1886. godine.

Kirchhoff je umro 17. listopada 1887. u Berlinu u Njemačkoj u dobi od 63 godine. Ostaje upamćen po svojim doprinosima u području fizike, kao i po utjecajnoj učiteljskoj karijeri. Njegovi Kirchhoffovi zakoni za električne krugove sada se podučavaju u sklopu uvodnih tečajeva fizike o elektromagnetizmu.

• Hokej, Thomas A., urednik. Biografska enciklopedija astronoma. Springer, 2014.
• Inan, Aziz S. "Što je Gustav Robert Kirchhoff posrnuo prije 150 godina?" Zbornik radova IEEE o međunarodnim simpozijima o strujnim krugovima i sustavima iz 2010. godine, pp. 73–76.
• "Kirchhoffovi zakoni." Sveučilište Cornell, http://astrosun2.astro.cornell.edu/academics/courses/astro201/kirchhoff.htm.
• Kurrer, Karl-Eugen. Povijest teorije konstrukcija: od analize luka do računske mehanike. Ernst & Sohn, 2008.
• "Gustav Robert Kirchhoff." Molekularni izrazi: znanost, optika i ti, 2015, https://micro.magnet.fsu.edu/optics/timeline/people/kirchhoff.html.
• O'Connor, J. J. i Robertson, E. F. "Gustav Robert Kirchhoff." Sveučilište St. Andrews, Škotska, 2002.
• Palma, Christopher. "Kirchoffovi zakoni i spektroskopija." Državno sveučilište Pennsylvania, https://www.e-education.psu.edu/astro801/content/l3_p6.html.