Kirchhoff Gustav Robert
 
Encyklopedia PWN
Kirchhoff
[kı̣rśhof]
Gustav Robert Wymowa, ur. 12 III 1824, Królewiec, zm. 17 X 1887, Berlin,
fizyk niemiecki.
Kalendarium
Urodził się 12 III 1824 w Królewcu. Był synem radcy prawnego. Już w młodości bardzo interesował się matematyką. Studiował na uniwersytecie w Królewcu, a po uzyskaniu dyplomu 1848 otrzymał stypendium na studia do Paryża, ale rewolucja 1848–49 pokrzyżowała te plany. W latach 1850–54 Kirchhoff był profesorem uniwersytetu we Wrocławiu, 1854 — w Heidelbergu, od 1875 — w Berlinie. Pracując we Wrocławiu poznał fizyka, znakomitego eksperymentatora, Roberta Wilhelma Bunsena, z którym nawiązał owocną współpracę. Był bardzo cenionym profesorem. Do 1875 prowadził prace eksperymentalne. W 1886 choroba zmusiła go do przejścia na emeryturę. Zmarł 17 X 1887 w Berlinie
Pierwsze prace
Pierwsze osiągnięcia Kirchhoffa są związane z elektrycznością, mają duże znaczenie teoretyczne i praktyczne. W 1847 sformułował dwa podstawowe prawa dotyczące przepływu prądów w rozgałęzionych obwodach elektrycznych, noszące jego nazwisko i nadal stosowane w elektrotechnice (Kirchhoffa prawa). Pierwsze prawo stanowi, że suma algebraiczna natężeń prądów w węźle obwodu elektrycznego jest równa zeru (tj. suma natężeń prądów wpływających do węzła jest równa sumie prądów wypływających z tego węzła). Drugie prawo mówi, że suma algebraiczna wszystkich napięć (źródłowych i odbiornikowych) występujących w oczku obwodu elektrycznego jest równa zeru. Pierwsze prawo Kirchhoffa wynika z zasady zachowania ładunku elektrycznego, a drugie — z potencjalności pola elektrostatycznego i prawa Ohma. Prawa Kirchhoffa są stosowane do wyznaczania napięć i natężeń prądów w rozgałęzionych obwodach elektrycznych przy znanych wartościach ich elementów. Kirchhoff podał w swoich prawach właściwe wzory na potencjał i prąd w obwodach elektrycznych.
W latach 1849–54 zajmował się różnorodnymi zagadnieniami przepływu cieczy oraz mechaniki, głównie teorią odkształceń, ruchu i równowagi ciał sprężystych. Wprowadził pojęcie współczynnika, zwanego modułem Kirchhoffa, charakteryzującego właściwości sprężyste materiałów, określającego zależność między naprężeniem stycznym, jakie powstaje w materiale pod wpływem obciążenia zewętrznego oraz związanym z nim odkształceniem sprężystym, jakim jest kąt odkształcenia postaciowego.
W 1857 podał ogólną teorię przewodnictwa elektrycznego. Jego teoretyczne wyliczenia wskazywały, że prędkość przepływu prądu jest równa prędkości światła. Kirchhoff nie docenił tego odkrycia — uznał, że jest to zbieżność przypadkowa. (Dopiero James Clerk Maxwell odkrył, że światło jest falą elektromagnetyczną.)
Najważniejsze osiągnięcia — narodziny analizy widmowej
Bunsen i Kirchhoff stworzyli nową metodę analizy chemicznej — analizę widmową. Bunsen w swym laboratorium obserwował, że substancje (sole) ogrzewane w nieświecącym, bezbarwnym płomieniu specjalnego palnika (palnika Bunsena) przechodziły w stan pary i zabarwiały płomień. Przepuszczając światło płomienia przez pryzmat, obaj uczeni otrzymali widmo tego światła. Z łatwością dostrzegli pojawianie się ciemnych i jasnych linii w widmach substancji oraz to, że każdy z metali obecnych w badanych solach daje charakterystyczne linie widma. Kirchhoff badając ciemne prążki na tle ciągłego widma Słońca, zwane liniami Fraunhofera, i widmo sodu otrzymane w płomieniu, zauważył, że położenie linii jest takie samo — wyciągnął stąd wniosek o obecności sodu w atmosferze Słońca. Bunsen i Kirchhoff w 1859 opisali metodę wykrywania nawet małych ilości pierwiastków; podali też, że każdy pierwiastek ma charakterystyczny układ (rodzaj i położenie) linii widmowych. Tworzyło to podstawy analizy widmowej (obecnie używa się nazwy analiza spektralna). Artykuł, który opublikowali w 1859 nosił tytuł Analiza chemiczna metodą obserwacji widmowych.
Za pomocą analizy widmowej obaj uczeni odkryli 1860 cez i 1861 rubid. Wskazali też możliwość zbadania chemicznego składu Słońca i innych gwiazd. Bunsen i Kirchhoff 1859 ulepszyli spektroskop Fraunhofera, otrzymując pierwszy spektrometr. (Pierwszy prosty spektroskop — przyrząd do otrzymywania i bezpośredniej obserwacji widma promieniowania — skonstruował Joseph von Fraunhofer, który za jego pomocą skatalogował linie w widmie Słońca).
Kirchhoff pracował nad teorią promieniowania ciał. W 1859 sformułował prawo stwierdzające istnienie związku między emisją i absorpcją promieniowania cieplnego, znane jako Kirchhoffa prawo promieniowania. Stanowi ono, że stosunek zdolności emisji promieniowania ciała i zdolności absorpcji jest funkcją długości fali promieniowania i temperatury ciała. Prawo to umożliwiło wyjaśnienie powstawania widm pierwiastków. Uczony wprowadził też pojęcie ciała doskonale czarnego, tj. wyidealizowanego ciała, które całkowicie pochłania padające nań promieniowanie niezależnie od długości fali, czyli o zdolności absorpcyjnej równej jedności w całym zakresie długości fal. (Zagadnienie promieniowania ciała doskonale czarnego było badane przez wiele lat, a wyjaśnienie podał dopiero Max Planck w 1900, wprowadzając teorię kwantów i hipotezę kwantowego procesu emisji i absorpcji światła.)
Kirchhoff wykazał celowość stosowania matematycznych metod badania zjawisk fizycznych, czym stworzył podstawy fizyki matematycznej (Vorlesungen über mathematische Physik, t. 1–4 1874–94).
Podał zależność ciepła reakcji chemicznej od temperatury — prawo Kirchhoffa. Prawo to pozwala obliczyć ciepło reakcji izochorycznej lub izobarycznej w dowolnej temperaturze, jeśli jest znana jego wartość w innej temperaturze. W 1882 podał teoretyczne uzasadnienie zasady Huygensa (zasada wyjaśniająca mechanizm rozchodzenia się fal).
Ilustracje
Kirchhoff Gustav Robert, spektometr Kirchhoffa i Bunsena, 1859 fot. Archiwum Ilustracji WN PWN SA © Wydawnictwo Naukowe PWN
Kirchhoffa prawo: obwód elektryczny z dwoma węzłami (A,B), składający się z trzech oczek: I1 = I2 + I3; E = U1 – U2 = 0; E – U1 – U3 = 0; U2 – U3 = 0 (U1 = R1I1, U2 = R1I2, U3 = R3I3; za dodatni przyjęto zwrot napięć zgodny z kierunkiem ruchu wskazówek zegara)wyk. LogoScript/Archiwum Ilustracji WN PWN SA © Wydawnictwo Naukowe PWN
Przeglądaj encyklopedię
Przeglądaj tabele i zestawienia
Przeglądaj ilustracje i multimedia