החוקים של גוסטב קירכהוף וקירכהוף לחוגים חשמליים

גוסטב רוברט קירכהוף (12 במרץ 1824 - 17 באוקטובר 1887) היה פיזיקאי גרמני. הוא ידוע בעיקר בהתפתחות החוקים של קירכהוף, שמכמתים את נוכחי ו מתח במעגלים חשמליים. בנוסף לחוקים של קירכהוף, קירכהוף תרם מספר תרומות מהותיות אחרות לפיזיקה, כולל עבודה על ספקטרוסקופיה ו קרינת גוף שחור.

עובדות מהירות: גוסטב קירכהוף

יליד קניגסברג, פרוסיה (כיום קלינינגרד, רוסיה), גוסטב קירכהוף היה הצעיר מבין שלושה בנים. הוריו היו קרל פרידריך קירשוף, יועץ חוק המוקדש למדינה הפרוסית, וג'וליאן ג'והנה הנרייט פון ויטקה. הוריו של קירכהוף עודדו את ילדיהם לשרת את המדינה הפרוסית במיטב יכולתם. קירשוף היה סטודנט חזק אקדמי, ולכן תכנן להיות פרופסור באוניברסיטה, שנחשב באותה עת לתפקיד עובד מדינה בפרוסיה. קירכהוף למד בבית הספר התיכון Kneiphofische עם אחיו וקיבל את התואר בשנת 1842.

לאחר שסיים את בית הספר התיכון החל קירכהוף ללמוד במחלקה למתמטיקה-פיזיקה באוניברסיטת אלברטוס בקניגסברג. שם השתתף קירכהוף בסמינר מתמטיקה-פיזיקה משנת 1843 עד 1846 שפותח על ידי המתמטיקאים פרנץ נוימן וקרל יעקובי.

במיוחד לנוימן הייתה השפעה עמוקה על קירשהוף, ועודד אותו להמשיך בפיזיקה מתמטית - תחום המתמקד בפיתוח שיטות מתמטיות לבעיות בפיזיקה. בזמן שלמד אצל נוימן, פרסם קירכהוף את העיתון הראשון שלו בשנת 1845 בגיל 21. מאמר זה הכיל את שני החוקים של קירקהוף, המאפשרים חישוב הזרם והמתח במעגלים חשמליים.

חוקי זרם ומתח של קירשהוף עומדים בבסיס ניתוח המעגלים החשמליים ומאפשרים לכמת זרם ומתח במעגל. קירכהוף גזר חוקים אלה על ידי הכללת תוצאותיהם של חוק אוהם, הקובע כי הזרם בין שתי נקודות הוא ביחס ישר למתח בין אותן נקודות ויחס הפוך להתנגדות.

החוק הראשון של קירכהוף אומר שבצומת נתונה במעגל, הזרם שנכנס לצומת חייב להיות שווה לסכום הזרמים היוצאים מהצומת. החוק השני של קירשהוף אומר שאם יש לולאה סגורה במעגל, סכום הפרשי המתח בתוך הלולאה שווה לאפס.

באמצעות שיתוף הפעולה שלו עם בונסן, פיתח קירכהוף שלושה חוקים של קירקהוף לספקטרוסקופיה:

1. נוזלים ליבון, נוזלים או גזים צפופים - אשר נדלקים לאחר שהם מחוממים - פולטים א רציף ספקטרום האור: הם פולטים אור בכל אורכי הגל.
2. גז חם וצפיפות נמוכה מייצר קו פליטה ספקטרום: הגז פולט אור באורך גל ספציפי ודיסקרטי, שניתן לראות כקווים בהירים בספקטרום כהה אחרת.
3. ספקטרום רציף החוצה גז קריר יותר בצפיפות נמוכה מייצר קו קליטה ספקטרום: הגז סופג אור באורך גל ספציפי ודיסקרטי, שניתן לראות כקווים כהים בספקטרום רציף אחרת.

מכיוון שהאטומים והמולקולות מייצרים את הספקטרום הייחודי שלהם, חוקים אלה מאפשרים לזהות את האטומים והמולקולות שנמצאים באובייקט הנחקר.

קירכהוף ביצע גם עבודות חשובות בקרינה תרמית, והציע את חוק הקרינה התרמית של קירכהוף בשנת 1859. חוק זה קובע כי הנפלטות (יכולת פליטת אנרגיה כקרינה) והספיגה (יכולת ספיגת קרינה) של אובייקט או משטח שווים בכל אורך גל וטמפרטורה, אם החפץ או המשטח נמצאים בתרמית סטטית שיווי משקל.

בעת לימוד קרינה תרמית, קירשוף טבע את המונח "גוף שחור" כדי לתאר אובייקט היפותטי שקלט את כל אור נכנס וכך פלט את כל האור הזה כשהוא נשמר בטמפרטורה קבועה כדי ליצור תרמית שיווי משקל. בשנת 1900, הפיזיקאי מקס פלאנק יש להניח שהגופים השחורים האלה קלטו ופלטו אנרגיה בערכים מסוימים שנקראו "מנה. " גילוי זה ישמש כאחת התובנות העיקריות למכניקת הקוונטים.

בשנת 1847 סיים קירכהוף את לימודיו באוניברסיטת קניגסברג, והפך למרצה ללא שכר באוניברסיטת ברלין בגרמניה בשנת 1848. בשנת 1850 התמנה לפרופסור חבר באוניברסיטת ברסלאו ובשנת 1854 פרופסור לפיזיקה באוניברסיטת היידלברג. בברסלאו פגש קירכהוף את הכימאי הגרמני רוברט בונסן, שאחריו מבער בונזן נקרא, ובונסן הוא זה שסידר את קירכוף להגיע לאוניברסיטת היידלברג.

בשנות ה -60 של המאה העשרים הראו קירכהוף ובונסן שניתן לזהות כל אלמנט ייחודי דפוס ספקטרלי, קביעה כי ניתן להשתמש בספקטרוסקופיה לניתוח הניסויים באופן יסודי. הזוג יגלה את האלמנטים צזיום ו רובידיום תוך כדי חקר האלמנטים בשמש בעזרת ספקטרוסקופיה.

בנוסף לעבודותיו בספקטרוסקופיה, קירשוף חקר גם קרינת גוף שחור, בטבע המונח בשנת 1862. עבודתו נחשבת לבסיסית להתפתחותה של מכניקה קוואנטית. בשנת 1875, Kirchhoff הפך לכיסא של הפיזיקה המתמטית בברלין. בהמשך פרש בשנת 1886.

קירכהוף נפטר ב- 17 באוקטובר 1887 בברלין, גרמניה בגיל 63. הוא זכור בזכות תרומותיו לתחום הפיזיקה כמו גם בקריירת ההוראה המשפיעת שלו. חוקי קירחוף שלו למעגלים חשמליים נלמדים כעת כחלק מקורסי פיסיקה מבוא בנושא אלקטרומגנטיות.

• הוקי, תומאס א ', עורך. האנציקלופדיה הביוגרפית של האסטרונומים. שפרינגר, 2014.
• אינן, עזיז ש. "מה מעד גוסטב רוברט קירכוף לאחר 150 שנה לפני כן?" המשך שנת 2010 בסימפוזיון IEEE בנושא מעגלים ומערכות, pp. 73–76.
• "החוקים של קירכהוף." אוניברסיטת קורנל, http://astrosun2.astro.cornell.edu/academics/courses/astro201/kirchhoff.htm.
• קורר, קארל-אוגן. תולדות תורת המבנים: מניתוח קשת למכניקה חישובית. ארנסט וסון, 2008.
• "גוסטב רוברט קירכהוף." ביטויים מולקולריים: מדע, אופטיקה ואתה, 2015, https://micro.magnet.fsu.edu/optics/timeline/people/kirchhoff.html.
• או'קונור, ג'. ג'יי ורוברטסון, א. פ. "גוסטב רוברט קירכהוף." אוניברסיטת סנט אנדרוז, סקוטלנד, 2002.
• פלמה, כריסטופר. "החוקים והספקטרוסקופיה של קירשוף." אוניברסיטת מדינת פנסילבניה, https://www.e-education.psu.edu/astro801/content/l3_p6.html.