Gustav Kirchhoff og Kirchhoffs love for elektriske kredsløb

Gustav Robert Kirchhoff (12. marts 1824 - 17. oktober 1887) var en tysk fysiker. Han er bedst kendt for at udvikle sig Kirchhoffs love, der kvantificerer nuværende og spænding i elektriske kredsløb. Ud over Kirchhoffs love leverede Kirchhoff en række andre grundlæggende bidrag til fysik, herunder arbejde med spektroskopi og blackbody stråling.

Hurtige fakta: Gustav Kirchhoff

Født i Königsberg, Preussen (nu Kaliningrad, Rusland), Gustav Kirchhoff var den yngste af tre sønner. Hans forældre var Carl Friedrich Kirchhoff, en advokat, der var helliget den preussiske stat, og Juliane Johanna Henriette von Wittke. Kirchhoffs forældre opfordrede deres børn til at tjene den preussiske stat så godt de kunne. Kirchoff var en akademisk stærk studerende, så han planlagde at blive universitetsprofessor, som blev betragtet som en embedsmandsrolle i Preussen på det tidspunkt. Kirchhoff gik sammen med sine brødre på Kneiphofische High School og modtog sit eksamensbevis i 1842.

Efter uddannelsen begyndte Kirchhoff at studere i matematik-fysik-afdelingen på Albertus Universitet i Königsberg. Der deltog Kirchhoff i et matematik-fysik seminar fra 1843 til 1846 udviklet af matematikerne Franz Neumann og Carl Jacobi.

Neumann havde især en dybtgående indflydelse på Kirchhoff og opmuntrede ham til at forfølge matematisk fysik - et felt, der fokuserer på at udvikle matematiske metoder til fysikproblemer. Mens han studerede hos Neumann, offentliggjorde Kirchhoff sin første artikel i 1845 i en alder af 21. Dette papir indeholdt de to Kirchhoffs love, der giver mulighed for beregning af strømmen og spændingen i elektriske kredsløb.

Kirchhoffs love for strøm og spænding er grundlaget for analyse af elektriske kredsløb, hvilket muliggør kvantificering af strøm og spænding i kredsløbet. Kirchhoff udledte disse love ved at generalisere resultaterne af Ohms lov, som siger, at strømmen mellem to punkter er direkte proportional med spændingen mellem disse punkter og omvendt proportional med modstanden.

Kirchhoffs første lov siger, at ved et givet kryds i et kredsløb skal strømmen, der går ind i krydset, svare til summen af ​​strømme, der forlader krydset. Kirchhoffs anden lov siger, at hvis der er en lukket sløjfe i et kredsløb, er summen af ​​spændingsforskelle inden i sløjfen lig med nul.

Via sit samarbejde med Bunsen udviklede Kirchhoff tre Kirchhoffs love for spektroskopi:

1. Glødelamper, væsker eller tætte gasser - der lyser op efter at de er opvarmet - udsender a sammenhængende spektrum af lys: de udsender lys ved alle bølgelængder.
2. En varm gas med lav densitet producerer en emission-line spektrum: gassen udsender lys ved specifikke, diskrete bølgelængder, der kan ses som lyse linjer i et ellers mørkt spektrum.
3. Et kontinuerligt spektrum, der gennemgår en køligere lavdensitetsgas, producerer en absorption-line spektrum: gassen absorberer lys ved specifikke, diskrete bølgelængder, der kan ses som mørke linjer i et ellers kontinuerligt spektrum.

Fordi atomer og molekyler producerer deres egne unikke spektre, tillader disse love identifikation af atomer og molekyler, der findes i det objekt, der studeres.

Kirchhoff udførte også vigtigt arbejde inden for termisk stråling og foreslog Kirchhoffs lov om termisk stråling i 1859. Denne lov hedder, at emissiviteten (evnen til at udsende energi som stråling) og absorbansen (evnen til at absorbere stråling) af en genstand eller overflade er ens ved enhver bølgelængde og temperatur, hvis genstanden eller overfladen er ved statisk termisk ligevægt.

Mens han studerede termisk stråling, opfandt Kirchhoff også udtrykket "sort krop" for at beskrive et hypotetisk objekt, der absorberede alt indgående lys og udsendte således alt dette lys, når det blev opretholdt ved en konstant temperatur for at etablere termisk ligevægt. I 1900 fysikeren Max Planck ville antage, at disse sorte kroppe optog og udsendte energi i visse værdier kaldet "kvanter.” Denne opdagelse ville tjene som en af ​​de vigtigste indsigter for kvantemekanik.

I 1847 uddannede Kirchhoff sig fra Königsberg Universitet og blev ubetalt underviser ved Berlin Universitet i Tyskland i 1848. I 1850 blev han lektor ved Breslau Universitet og i 1854 professor i fysik ved Heidelberg Universitet. I Breslau mødte Kirchhoff den tyske kemiker Robert Bunsen, hvorefter bunsen brænder blev navngivet, og det var Bunsen, der sørgede for, at Kirchhoff kom til Heidelberg Universitet.

I 1860'erne viste Kirchhoff og Bunsen, at hvert element kunne identificeres med et unikt spektralt mønster, fastlæggelse af, at spektroskopi kunne bruges til eksperimentelt at analysere elementerne. Parret ville opdage elementerne cæsium og rubidium mens man undersøger elementerne i solen ved hjælp af spektroskopi.

Foruden sit arbejde i spektroskopi ville Kirchhoff også undersøge stråling af sortkroppe, der betegnede begrebet i 1862. Hans arbejde betragtes som grundlæggende for udviklingen af kvantemekanik. I 1875 blev Kirchhoff formand for matematisk fysik i Berlin. Han trak sig senere tilbage i 1886.

Kirchhoff døde den 17. oktober 1887 i Berlin, Tyskland i en alder af 63. Han huskes for sine bidrag til fysikområdet såvel som sin indflydelsesrige undervisningskarriere. Hans Kirchhoffs love for elektriske kredsløb undervises nu som en del af introduktionsfysik-kurser om elektromagnetisme.

• Hockey, Thomas A., redaktør. Biografisk encyklopædi af astronomer. Springer, 2014.
• Inan, Aziz S. ”Hvad faldt Gustav Robert Kirchhoff over 150 år siden?” Proceedings of IEEE International Symposium 2010 om kredsløb og systemer, pp. 73–76.
• "Kirchhoffs love." Cornell University, http://astrosun2.astro.cornell.edu/academics/courses/astro201/kirchhoff.htm.
• Kurrer, Karl-Eugen. Historien om teorien om strukturer: fra Arch Analyse til Computational Mechanics. Ernst & Sohn, 2008.
• “Gustav Robert Kirchhoff.” Molekylære udtryk: Videnskab, optik og dig, 2015, https://micro.magnet.fsu.edu/optics/timeline/people/kirchhoff.html.
• O’Connor, J. J., og Robertson, E. F. “Gustav Robert Kirchhoff.” University of St. Andrews, Skotland, 2002.
• Palma, Christopher. "Kirchoffs love og spektroskopi." Pennsylvania State University, https://www.e-education.psu.edu/astro801/content/l3_p6.html.