Gustav Kirchhoff en Kirchhoff's wetten voor elektrische circuits

Gustav Robert Kirchhoff (12 maart 1824 - 17 oktober 1887) was een Duitse natuurkundige. Hij staat vooral bekend om zijn ontwikkeling De wetten van Kirchhoff, die de huidige en Spanning in elektrische circuits. Naast de wetten van Kirchhoff leverde Kirchhoff een aantal andere fundamentele bijdragen aan de natuurkunde, waaronder werk aan spectroscopie en blackbody straling.

Snelle feiten: Gustav Kirchhoff

Geboren in Königsberg, Pruisen (nu Kaliningrad, Rusland), Gustav Kirchhoff was de jongste van drie zonen. Zijn ouders waren Carl Friedrich Kirchhoff, een juridisch adviseur van de Pruisische staat, en Juliane Johanna Henriette von Wittke. De ouders van Kirchhoff moedigden hun kinderen aan om de Pruisische staat zo goed mogelijk te dienen. Kirchoff was een academisch sterke student, dus hij was van plan universiteitsprofessor te worden, wat in die tijd als een ambtenaarrol in Pruisen werd beschouwd. Kirchhoff ging met zijn broers naar de Kneiphofische High School en behaalde zijn diploma in 1842.

Na zijn middelbare schoolopleiding begon Kirchhoff te studeren aan de afdeling Wiskunde-Natuurkunde aan de Albertus Universiteit van Königsberg. Daar woonde Kirchhoff van 1843 tot 1846 een seminar wiskunde-natuurkunde bij, ontwikkeld door de wiskundigen Franz Neumann en Carl Jacobi.

Vooral Neumann had een diepgaande invloed op Kirchhoff en moedigde hem aan om wiskundige natuurkunde na te streven - een veld dat zich richt op het ontwikkelen van wiskundige methoden voor natuurkundige problemen. Tijdens zijn studie bij Neumann publiceerde Kirchhoff zijn eerste paper in 1845 op 21-jarige leeftijd. Dit artikel bevatte de twee wetten van Kirchhoff, die de berekening van stroom en spanning in elektrische circuits mogelijk maken.

De wetten van Kirchhoff voor stroom en spanning vormen de basis voor het analyseren van elektrische circuits, waardoor de stroom en spanning binnen het circuit kunnen worden gekwantificeerd. Kirchhoff heeft deze wetten afgeleid door de resultaten van De wet van Ohm, waarin staat dat de stroom tussen twee punten recht evenredig is met de spanning tussen die punten en omgekeerd evenredig is met de weerstand.

Kirchhoffs eerste wet zegt dat op een gegeven kruispunt in een circuit de stroom die het kruispunt binnengaat gelijk moet zijn aan de som van de stromen die het kruispunt verlaten. Kirchhoffs tweede wet zegt dat als er een gesloten lus is in een circuit, de som van de spanningsverschillen binnen de lus gelijk is aan nul.

Door zijn samenwerking met Bunsen ontwikkelde Kirchhoff drie Kirchhoffs wetten voor spectroscopie:

1. Gloeiende vaste stoffen, vloeistoffen of dichte gassen - die oplichten nadat ze zijn verhit - stoten a uit continu spectrum van licht: ze zenden licht uit op alle golflengten.
2. Een heet gas met lage dichtheid produceert een emissielijn spectrum: het gas zendt licht uit op specifieke, afzonderlijke golflengten, die kunnen worden gezien als heldere lijnen in een verder donker spectrum.
3. Een continu spectrum dat door een koeler gas met een lage dichtheid loopt, produceert een absorptielijn spectrum: het gas absorbeert licht op specifieke, afzonderlijke golflengten, die kunnen worden gezien als donkere lijnen in een verder continu spectrum.

Omdat atomen en moleculen hun eigen unieke spectra produceren, maken deze wetten de identificatie mogelijk van atomen en moleculen die in het onderzochte object worden gevonden.

Kirchhoff verrichtte ook belangrijk werk in thermische straling en stelde in 1859 de wet van thermische straling van Kirchhoff voor. Deze wet stelt dat de emissiviteit (vermogen om energie uit te stralen als straling) en absorptie (vermogen om straling te absorberen) van een object of oppervlak is gelijk bij elke golflengte en temperatuur, als het object of oppervlak statisch thermisch is evenwicht.

Bij het bestuderen van thermische straling bedacht Kirchhoff ook de term 'zwart lichaam' om een ​​hypothetisch object te beschrijven dat alles absorbeerde inkomend licht en zond dus al dat licht uit wanneer het op een constante temperatuur werd gehouden om thermisch te worden evenwicht. In 1900 kwam de natuurkundige Max Planck zou veronderstellen dat deze zwarte lichamen energie absorbeerden en emitterden in bepaalde waarden die "quanta. ' Deze ontdekking zou een van de belangrijkste inzichten zijn voor de kwantummechanica.

In 1847 studeerde Kirchhoff af aan de universiteit van Königsberg en werd in 1848 een onbetaalde docent aan de universiteit van Berlijn in Duitsland. In 1850 werd hij universitair hoofddocent aan de Breslau University en in 1854 hoogleraar natuurkunde aan de Heidelberg University. In Breslau ontmoette Kirchhoff de Duitse chemicus Robert Bunsen, waarna de bunsenbrander werd genoemd en het was Bunsen die ervoor zorgde dat Kirchhoff naar de universiteit van Heidelberg kwam.

In de jaren 1860 toonden Kirchhoff en Bunsen aan dat elk element kon worden geïdentificeerd met een uniek spectraal patroonom vast te stellen dat spectroscopie kan worden gebruikt om de elementen experimenteel te analyseren. Het paar zou de elementen ontdekken cesium en rubidium terwijl ze de elementen in de zon onderzoeken met behulp van spectroscopie.

Naast zijn werk in spectroscopie, zou Kirchhoff ook blackbody-straling bestuderen, wat de term in 1862 bedacht. Zijn werk wordt beschouwd als fundamenteel voor de ontwikkeling van kwantummechanica. In 1875 werd Kirchhoff voorzitter van de wiskundige natuurkunde in Berlijn. Hij ging later met pensioen in 1886.

Kirchhoff stierf op 17 oktober 1887 in Berlijn, Duitsland op 63-jarige leeftijd. Hij wordt herinnerd voor zijn bijdragen op het gebied van de natuurkunde en voor zijn invloedrijke onderwijscarrière. Zijn wetten van Kirchhoff voor elektrische circuits worden nu onderwezen als onderdeel van inleidende natuurkundecursussen over elektromagnetisme.

• Hockey, Thomas A., redacteur. De biografische encyclopedie van astronomen. Springer, 2014.
• Inan, Aziz S. "Wat struikelde Gustav Robert Kirchhoff 150 jaar geleden?" Proceedings of 2010 IEEE International Symposium on Circuits and Systems, pp. 73–76.
• "De wetten van Kirchhoff." Cornell universiteit, http://astrosun2.astro.cornell.edu/academics/courses/astro201/kirchhoff.htm.
• Kurrer, Karl-Eugen. De geschiedenis van de theorie van structuren: van booganalyse tot computationele mechanica. Ernst & Sohn, 2008.
• 'Gustav Robert Kirchhoff.' Moleculaire uitdrukkingen: wetenschap, optica en jij, 2015, https://micro.magnet.fsu.edu/optics/timeline/people/kirchhoff.html.
• O'Connor, J. J., en Robertson, E. F. 'Gustav Robert Kirchhoff.' Universiteit van St. Andrews, Schotland, 2002.
• Palma, Christopher. "Kirchoffs wetten en spectroscopie." De Pennsylvania State University, https://www.e-education.psu.edu/astro801/content/l3_p6.html.