Густав Кирцххофф и Кирцххоффови закони за електрична кола

Густав Роберт Кирцххофф (12. марта 1824. - 17. октобра 1887.) био је немачки физичар. Најпознатији је по развоју Кирцххофф-ови закони, који квантификују Тренутни и Напон у електричним круговима. Поред Кирцххоффових закона, Кирцххофф је дао и низ других фундаменталних доприноса за физику, укључујући рад на спектроскопија и зрачење црних тела.

Брзе чињенице: Густав Кирцххофф

Рођен у Кенигсбергу, Пруссиа (сада Калињинград, Русија), Густав Кирцххофф био је најмлађи од три сина. Његови родитељи били су Царл Фриедрицх Кирцххофф, правни савјетник посвећен пруској држави и Јулиане Јоханна Хенриетте вон Виттке. Кирцххоффови родитељи су охрабрили своју децу да служе пруској држави најбоље што су могли. Кирцхофф је био академски јак студент, тако да је планирао да постане универзитетски професор, што се у то време сматрало улогом државног службеника у Прусији. Кирцххофф је са браћом похађао средњу школу Кнеипхофисцхе и стекао диплому 1842. године.

Након што је завршио средњу школу, Кирцххофф је почео да студира на одељењу Математика-Физика на Универзитету Албертус из Кенигсберга. Тамо је Кирцххофф похађао семинар из математике и физике од 1843. до 1846. године, који су развили математичари Франз Неуманн и Царл Јацоби.

Неуманн је посебно имао снажан утицај на Кирцххоффа, и подстакао га да настави математичку физику - поље које се фокусира на развијање математичких метода за проблеме физике. Док је студирао са Неуманном, Кирцххофф је свој први рад објавио 1845. године у 21. години. Овај рад је садржао два Кирцххоффова закона који омогућавају израчунавање струје и напона у електричним круговима.

Кирцххофф-ови закони за струју и напон су у основи анализе електричних кола, омогућавајући квантификацију струје и напона у кругу. Кирцххофф је извукао ове законе уопштавањем резултата Охмов закон, која каже да је струја између две тачке директно пропорционална напону између тих тачака и обрнуто пропорционална са отпором.

Кирцххоффов први закон каже да на датом спојном кругу струја која иде у спој мора бити једнака збиру струја које напуштају спој. Кирцххоффов други закон каже да ако у кругу постоји затворена петља, збир напонских разлика унутар петље једнак је нули.

Кроз сарадњу са Бунсеном, Кирцххофф је развио три Кирцххофф-ова закона за спектроскопију:

1. Чврсти течности, течност или густи гасови - који светлују након загревања - емитују а непрекидно спектар светлости: они емитују светлост на свим таласним дужинама.
2. Врући гас ниске густине производи емисијска линија спектар: гас емитује светлост у одређеним, дискретним таласним дужинама, које се могу видети као светле линије у иначе тамном спектру.
3. Непрекидни спектар који пролази кроз хладнији гас ниске густине ствара ан апсорпциона линија спектар: гас упија светлост у одређеним, дискретним таласним дужинама, које се у другим континуираним спектром могу видети као тамне линије.

Будући да атоми и молекули производе своје јединствене спектре, ови закони омогућавају идентификацију атома и молекула који се налазе у предмету који се проучава.

Кирцххофф је такође обављао важне радове на термичком зрачењу и 1859. године предложио Кирцххофф-ов закон топлотног зрачења. Овај закон каже да су емисијска снага (способност да се емитује енергија као зрачење) и апсорбанција (способност апсорпције зрачења) објект или површина су једнаки на било којој таласној дужини и температури, ако су предмет или површина статички топлотни равнотежа.

Током проучавања топлотног зрачења, Кирцххофф је сковао и термин „црно тело“ како би описао хипотетички објект који је апсорбовао све долазне светлости и тако је емитирао сву ту светлост када је одржавана на константној температури да би се успоставила топлотна равнотежа. 1900. физичар Мак Планцк претпоставила би да су та црна тела апсорбовала и емитирала енергију у одређеним вредностима званим „квант. " Ово откриће послужило би као један од кључних увида у квантну механику.

1847. Кирцххофф је дипломирао на Универзитету у Конигсбергу и постао је неплаћени предавач на Берлинском универзитету у Немачкој 1848. године. 1850. постао је ванредни професор на Универзитету Бреслау, а 1854. професор физике на Хеиделбершком универзитету. У Бреслау-у, Кирцххофф је упознао немачког хемичара Роберта Бунсена, након чега је Бунсен горионик је добио име и управо је Бунсен договорио да Кирцххофф дође на Хеиделберг Универзитет.

У 1860-им, Кирцххофф и Бунсен показали су да сваки елемент може бити идентификован са јединственим спектрални узорак, утврђујући да се спектроскопија може користити за експерименталну анализу елемената. Пар би открио елементе цезијум и рубидиум док истражујемо елементе на сунцу помоћу спектроскопије.

Поред свог рада на спектроскопији, Кирцххофф ће проучавати и зрачење црнаца, сковајући израз 1862. године. Његов рад се сматра основним за развој квантна механика. Године 1875. Кирцххофф је постао катедра за математичку физику у Берлину. Касније се повукао 1886. године.

Кирцххофф је умро 17. октобра 1887. у Берлину, Немачка, у 63. години. Памћен је по својим доприносима у области физике, као и по својој утицајној учитељској каријери. Његови Кирцххофф-ови закони о електричним круговима сада се подучавају као део уводних курсева физике о електромагнетизму.

• Хокеј, Тхомас А., уредник. Биографска енциклопедија астронома. Спрингер, 2014.
• Инан, Азиз С. "Шта је Густав Роберт Кирцххофф налетео на 150 година пре?" Зборник радова ИЕЕЕ о међународним симпозијумима о везама и системима из 2010. године, пп. 73–76.
• „Кирцххофф-ови закони.“ Универзитет Цорнелл, http://astrosun2.astro.cornell.edu/academics/courses/astro201/kirchhoff.htm.
• Куррер, Карл-Еуген. Историја теорије конструкција: од анализе арх до рачунарске механике. Ернст и Сохн, 2008.
• "Густав Роберт Кирцххофф." Молекуларне изразе: наука, оптика и ти, 2015, https://micro.magnet.fsu.edu/optics/timeline/people/kirchhoff.html.
• О'Цоннор, Ј. Ј. и Робертсон, Е. Ф. "Густав Роберт Кирцххофф." Универзитет Ст. Андревс, Шкотска, 2002.
• Палма, Цхристопхер. "Кирцхофф-ови закони и спектроскопија." Државни универзитет у Пенсилванији, https://www.e-education.psu.edu/astro801/content/l3_p6.html.