Gustav Kirchhoff ja Kirchhoffi seadused elektriahelate kohta

Gustav Robert Kirchhoff (12. märts 1824 – 17. oktoober 1887) oli saksa füüsik. Teda tuntakse kõige paremini arenemise pärast Kirchhoffi seadused, mis kvantifitseerib praegune ja Pinge elektriskeemides. Lisaks Kirchhoffi seadustele tegi Kirchhoff ka mitmeid muid põhilisi panuseid füüsikasse, sealhulgas tööd spektroskoopia ja musta keha kiirgus.

Kiired faktid: Gustav Kirchhoff

Sündinud Königsbergis, Preisimaa (nüüd Kaliningrad, Venemaa) oli Gustav Kirchhoff kolmest pojast noorim. Tema vanemad olid Preisi riigile pühendunud õigusnõunik Carl Friedrich Kirchhoff ja Juliane Johanna Henriette von Wittke. Kirchhoffi vanemad julgustasid oma lapsi Preisimaa riiki teenima nii hästi kui nad suutsid. Kirchoff oli akadeemiliselt tugev tudeng, seetõttu plaanis ta saada ülikooli professoriks, mida sel ajal peeti Preisimaal riigiteenistuja rolli. Kirchhoff käis koos vendadega Kneiphofische keskkoolis ja sai diplomi 1842.

Pärast keskkooli lõpetamist asus Kirchhoff õppima Königsbergi Albertuse ülikooli matemaatika-füüsika osakonda. Seal osales Kirchhoff aastatel 1843–1846 matemaatika-füüsika seminaril, mille olid välja töötanud matemaatikud Franz Neumann ja Carl Jacobi.

Eriti Neumann avaldas sügavat mõju Kirchhoffile ja julgustas teda tegelema matemaatilise füüsikaga - valdkonnaga, mis keskendub matemaatikameetodite väljatöötamisele füüsikaprobleemide lahendamiseks. Neumanni juures õppides avaldas Kirchhoff oma esimese paberi 1845. aastal 21-aastaselt. See artikkel sisaldas kahte Kirchhoffi seadust, mis võimaldavad arvutada vooluahelates voolu ja pinget.

Kirchhoffi voolu ja pinget käsitlevad seadused on elektriahelate analüüsimise aluseks, võimaldades kvantifitseerida vooluahelat ja pinget ahelas. Kirchhoff tuletas need seadused, tulemusi üldistades Ohmi seadus, mis väidab, et kahe punkti vaheline vool on otseselt võrdeline nende punktide vahelise pingega ja pöördvõrdeline takistusega.

Kirchhoffi esimene seadus ütleb, et antud ahela ristmikul peab ristmikku suunduv vool olema võrdne ristmikust lahkuvate voolude summaga. Kirchhoffi teine ​​seadus ütleb, et kui ahelas on suletud ahel, võrdub ahelas olevate pinge erinevuste summa nulliga.

Koostöös Bunseniga töötas Kirchhoff välja spektroskoopia jaoks kolm Kirchhoffi seadust:

1. Hõõguvad tahked ained, vedelikud või tihedad gaasid - mis süttivad pärast kuumutamist - eraldavad a pidev valguse spekter: nad kiirgavad valgust kõikidel lainepikkustel.
2. Kuum, madala tihedusega gaas tekitab emissiooniliin spekter: gaas kiirgab valgust kindlatel, diskreetsetel lainepikkustel, mida muidu tumedas spektris võib vaadelda heledate joontena.
3. Pidev spekter, mis läbib jahedamat madala tihedusega gaasi, annab imendumisjoon spekter: gaas imab Valgus kindlatel, diskreetsetel lainepikkustel, mida muidu pidevas spektris võib näha tumedate joontena.

Kuna aatomid ja molekulid annavad oma ainulaadsed spektrid, võimaldavad need seadused tuvastada uuritavas objektis leiduvaid aatomeid ja molekule.

Kirchhoff tegi ka olulist tööd soojuskiirguse alal ja tegi 1859. aastal ettepaneku Kirchhoffi soojuskiirguse seaduse kohta. Selles seaduses on öeldud, et kiirguse kiirgus (võime kiirgusena energiat eraldada) ja neeldumine (võime kiirgust neelata) objekt või pind on mis tahes lainepikkuse ja temperatuuri korral võrdsed, kui objekt või pind on staatilisel soojusel tasakaal.

Soojuskiirguse uurimisel lõi Kirchhoff ka mõiste "must keha", et kirjeldada hüpoteetilist objekti, mis neelas kõik sissetulevat valgust ja eraldas seega kogu selle valguse, kui seda hoiti termilisel tasemel konstantsel temperatuuril tasakaal. 1900. aastal füüsik Max Planck hüpoteesiks, et need mustad kehad neelasid ja eraldasid energiat teatud väärtustes, mida nimetatakse “kvant. ” See avastus oleks kvantmehaanika üks peamisi teadmisi.

1847. aastal lõpetas Kirchhoff Königsbergi ülikooli ja sai 1848. aastal palgata õppejõuks Berliini ülikoolis Saksamaal. 1850 sai temast Breslau ülikooli dotsent ja 1854 Heidelbergi ülikooli füüsikaprofessor. Breslau kohtus Kirchhoff Saksa keemiku Robert Bunseniga, kelle järel Bunseni põleti nimetati ja see oli Bunsen, kes korraldas Kirchhoffi tuleku Heidelbergi ülikooli.

1860. aastatel näitasid Kirchhoff ja Bunsen, et iga elementi saab identifitseerida ainulaadsega spektraalmuster, tuues välja, et spektroskoopiat saab kasutada elementide eksperimentaalseks analüüsimiseks. Paar avastaks elemendid tseesium ja rubiidium uurides samal ajal päikese käes olevaid elemente spektroskoopia abil.

Lisaks oma tööle spektroskoopias uuriks Kirchhoff ka musta keha kiirgust, tuues selle termini kasutusele 1862. aastal. Tema tööd peetakse põhiliseks kvantmehaanika. Aastal 1875 sai Kirchhoff Berliini matemaatilise füüsika õppetooliks. Hiljem läks ta pensionile 1886. aastal.

Kirchhoff suri 17. oktoobril 1887 Saksamaal Berliinis 63-aastaselt. Teda mäletatakse nii oma panuse eest füüsika valdkonnas kui ka mõjuka õpetajate karjääri jaoks. Tema Kirchhoffi seadusi elektriahelate kohta õpetatakse nüüd sissejuhatava füüsika kursustel elektromagnetismi kohta.

• Hoki, toimetaja Thomas A. Astronoomide biograafiline entsüklopeedia. Springer, 2014.
• Inan, Aziz S "Mida komistas Gustav Robert Kirchhoff 150 aastat tagasi?" IEEE rahvusvahelise vooluahelate ja süsteemide sümpoosioni 2010. aasta materjalid, lk. 73–76.
• “Kirchhoffi seadused.” Cornelli ülikool, http://astrosun2.astro.cornell.edu/academics/courses/astro201/kirchhoff.htm.
• Kurrer, Karl-Eugen. Struktuuriteooria ajalugu: alates kaareanalüüsist kuni arvutusliku mehaanikani. Ernst & Sohn, 2008.
• “Gustav Robert Kirchhoff.” Molekulaarsed avaldised: teadus, optika ja sina, 2015, https://micro.magnet.fsu.edu/optics/timeline/people/kirchhoff.html.
• O’Connor, J. J. ja Robertson, E. F. “Gustav Robert Kirchhoff.” St. Andrewsi ülikool, Šotimaa, 2002.
• Palma, Christopher. "Kirchoffi seadused ja spektroskoopia." Pennsylvania osariigi ülikool, https://www.e-education.psu.edu/astro801/content/l3_p6.html.