Gustava Kiršhofa un Kiršhofa likumi par elektriskajām ķēdēm

Gustavs Roberts Kiršhofs (1824. gada 12. marts – 1887. gada 17. oktobris) bija vācu fiziķis. Viņš ir vislabāk pazīstams ar attīstību Kiršofa likumi, kas izsaka pašreizējais un spriegums elektriskajās ķēdēs. Papildus Kiršhofa likumiem Kiršhofs sniedza vairākus citus fundamentālus ieguldījumus fizikā, ieskaitot darbu pie spektroskopija un melnā ķermeņa starojums.

Ātri fakti: Gustavs Kiršhofs

Dzimis Kēnigsbergā, Prūsija (tagad Kaļiņingrada, Krievija), Gustavs Kiršhofs bija jaunākais no trim dēliem. Viņa vecāki bija Karls Frīdrihs Kiršhofs, tiesību padomnieks, kurš bija veltīts Prūsijas valstij, un Džūlija Johanna Henriette fon Vittke. Kiršofa vecāki mudināja savus bērnus pēc iespējas labāk kalpot Prūsijas valstij. Kiršofs bija akadēmiski spēcīgs students, tāpēc plānoja kļūt par universitātes profesoru, kas tajā laikā Prūsijā tika uzskatīts par ierēdņa lomu. Kiršhofs kopā ar brāļiem apmeklēja Kneiphofische vidusskolu un 1842. gadā saņēma diplomu.

Pēc vidusskolas beigšanas Kiršhofs sāka studēt Kēnigsbergas Albertus universitātes matemātikas-fizikas nodaļā. Tur Kiršhofs piedalījās matemātikas un fizikas seminārā no 1843. līdz 1846. gadam, ko izstrādāja matemātiķi Francs Neimans un Karls Džeikobi.

Jo īpaši Neumann bija dziļa ietekme uz Kirchhoff, un mudināja viņu turpināt matemātisko fiziku - jomu, kas koncentrējas uz matemātisko metožu izstrādi fizikas problēmām. Studējot pie Neumann, Kirchhoff publicēja savu pirmo darbu 1845. gadā 21 gadu vecumā. Šajā dokumentā bija ietverti divi Kiršhofa likumi, kas ļauj aprēķināt strāvu un spriegumu elektriskajās ķēdēs.

Kiršhofa likumi par strāvu un spriegumu ir elektrisko ķēžu analīzes pamatā, ļaujot kvantitatīvi noteikt strāvu un spriegumu ķēdē. Kiršhofs atvasināja šos likumus, vispārinot Ohm likums, kurā teikts, ka strāva starp diviem punktiem ir tieši proporcionāla spriegumam starp šiem punktiem un apgriezti proporcionāla pretestībai.

Kiršhofa pirmais likums saka, ka dotajā ķēdes krustojumā strāvai, kas nonāk krustojumā, jābūt vienādai ar to strāvu summu, kas iziet no krustojuma. Kiršhofa otrais likums saka: ja ķēdē ir slēgta cilpa, sprieguma starpību summa cilpā ir vienāda ar nulli.

Sadarbībā ar Bunsenu Kiršhofs izstrādāja trīs Kiršhofa likumus spektroskopijai:

1. Kvēlspuldzes, šķidrumi vai blīvas gāzes, kas iedegas pēc tam, kad tās ir uzkarsētas, izstaro a nepārtraukts gaismas spektrs: tie izstaro gaismu visos viļņu garumos.
2. Karsta, zema blīvuma gāze rada emisijas līnija spektrs: gāze izstaro gaismu noteiktos, diskrētos viļņu garumos, ko citādi tumšā spektrā var uzskatīt par spilgtām līnijām.
3. Nepārtraukts spektrs, kas šķērso dzesētāju, zema blīvuma gāzi, rada absorbcijas līnija spektrs: gāze absorbē gaisma noteiktos, diskrētos viļņu garumos, ko citādi nepārtrauktā spektrā var uzskatīt par tumšām līnijām.

Tā kā atomi un molekulas rada savus unikālos spektrus, šie likumi ļauj identificēt atomus un molekulas, kas atrodamas pētāmajā objektā.

Kirhhofs arī veica svarīgu darbu siltuma starojuma jomā un 1859. gadā ierosināja Kirhhofa likumu par termisko starojumu. Šis likums nosaka, ka: -. - emisijas spēja (spēja izstarot enerģiju kā starojumu) un absorbcija (spēja absorbēt starojumu) - objekts vai virsma ir vienāda ar jebkuru viļņa garumu un temperatūru, ja objekts vai virsma ir statiskā termiskā stāvoklī līdzsvars.

Pētot termisko starojumu, Kiršhofs arī izgudroja terminu “melnais ķermenis”, lai aprakstītu hipotētisku objektu, kas absorbēja visu ienākošo gaismu un tādējādi izstaroja visu šo gaismu, kad tā tika uzturēta nemainīgā temperatūrā, lai izveidotu siltumu līdzsvars. 1900. gadā fiziķis Makss Planks izvirzītu hipotēzi, ka šie melnie ķermeņi absorbēja un izstaroja enerģiju noteiktās vērtībās, kuras sauc par “kvantas. ” Šis atklājums kalpos kā viens no galvenajiem ieskatiem kvantu mehānikā.

1847. gadā Kiršhofs absolvēja Kēnigsbergas universitāti un 1848. gadā kļuva par neapmaksātu pasniedzēju Berlīnes universitātē Vācijā. 1850. gadā viņš kļuva par Breslavas universitātes asociēto profesoru un 1854. gadā par fizikas profesoru Heidelbergas universitātē. Breslau Kirchhoff tikās ar vācu ķīmiķi Robertu Bunsenu, pēc kura Bunsena deglis tika nosaukts, un tieši Bunsens noorganizēja Kiršofa ierašanos Heidelbergas universitātē.

1860. gados Kiršhofs un Bunsens parādīja, ka katru elementu var identificēt ar unikālu spektrālais raksts, nosakot, ka elementu eksperimentālai analīzei var izmantot spektroskopiju. Pāris atklātu elementus cēzijs un rubīdijs izmeklējot elementus saulē, izmantojot spektroskopiju.

Papildus savam darbam spektroskopijā Kiršhofs pētīja arī melno ķermeņu starojumu, sastādot terminu 1862. gadā. Viņa darbs tiek uzskatīts par fundamentālu kvantu mehānika. 1875. gadā Kiršhofs kļuva par matemātiskās fizikas krēslu Berlīnē. Vēlāk viņš aizgāja pensijā 1886. gadā.

Kiršhofs nomira 1887. gada 17. oktobrī Berlīnē, Vācijā 63 gadu vecumā. Viņš tiek atcerēts par viņa ieguldījumu fizikas jomā, kā arī par ietekmīgo skolotāja karjeru. Viņa Kiršhofa likumi par elektriskajām ķēdēm tagad tiek mācīti fizikālos ievadkursos par elektromagnētismu.

• Hokejs, Tomass A., redaktors. Astronomu biogrāfiskā enciklopēdija. Springers, 2014.
• Inana, Aziza S. "Ko Gustavs Roberts Kiršhofs paklupa pirms 150 gadiem?" IEEE Starptautiskā simpozija par ķēdēm un sistēmām 2010. gada materiāli, lpp. 73–76.
• “Kiršhofa likumi.” Kornela universitāte, http://astrosun2.astro.cornell.edu/academics/courses/astro201/kirchhoff.htm.
• Kurrers, Kārlis-Eugens. Struktūru teorijas vēsture: no arku analīzes līdz skaitļošanas mehānikai. Ernsts un Sohns, 2008. gads.
• “Gustavs Roberts Kiršhofs.” Molekulārie izteicieni: zinātne, optika un jūs, 2015, https://micro.magnet.fsu.edu/optics/timeline/people/kirchhoff.html.
• O’Connor, Dž. J. un Robertsons, E. F. “Gustavs Roberts Kiršhofs.” Sv. Endrjū universitāte, Skotija, 2002.
• Palma, Kristofers. “Kiršofa likumi un spektroskopija.” Pensilvānijas štata universitāte, https://www.e-education.psu.edu/astro801/content/l3_p6.html.