Gustav Robert Kirchhoff war ein deutscher Physiker, der grundlegende Beiträge zum Verständnis von elektrischen Schaltkreisen, Spektroskopie und der Emission von Schwarzkörperstrahlung durch erhitzte Objekte leistete.
Er prägte 1862 den Begriff Schwarzkörperstrahlung. Mehrere verschiedene Sätze von Konzepten sind nach ihm als „Kirchhoffsche Gesetze" benannt und befassen sich mit so unterschiedlichen Themen wie Schwarzkörperstrahlung und Spektroskopie, elektrischen Schaltkreisen und Thermochemie. Der Bunsen-Kirchhoff-Preis für Spektroskopie ist nach ihm und seinem Kollegen Robert Bunsen benannt.
Leben und Werk
Gustav Kirchhoff wurde am 12. März 1824 in Königsberg, Preußen, geboren, als Sohn des Anwalts Friedrich Kirchhoff und Johanna Henriette Wittke. Seine Familie gehörte der Evangelischen Kirche der Union in Preußen an. Er graduierte 1847 an der Albertus-Universität Königsberg, wo er das mathematisch-physikalische Seminar besuchte, das von Carl Gustav Jacob Jacobi, Franz Ernst Neumann und Friedrich Julius Richelot geleitet wurde. Im selben Jahr zog er nach Berlin, wo er blieb, bis er eine Professur in Breslau erhielt. Später heiratete er 1857 Clara Richelot, die Tochter seines Mathematikprofessors Richelot. Das Ehepaar hatte fünf Kinder. Clara starb 1869. Er heiratete 1872 Luise Brömmel.
Kirchhoff formulierte 1845 seine Schaltgesetze, die heute in der Elektrotechnik allgegenwärtig sind, während er noch Student war. Er vollendete diese Arbeit als Seminarübung; sie wurde später seine Doktordissertation. 1854 wurde er zur Universität Heidelberg berufen, wo er mit Robert Bunsen an spektroskopischen Arbeiten zusammenarbeitete. 1857 berechnete er, dass ein elektrisches Signal in einem widerstandslosen Draht mit Lichtgeschwindigkeit entlang des Drahtes reist. Er stellte sein Strahlungsgesetz 1859 auf und lieferte einen Beweis 1861. Zusammen erfanden Kirchhoff und Bunsen das Spektroskop, das Kirchhoff zur Pionierarbeit bei der Identifizierung von Elementen in der Sonne nutzte und 1859 zeigte, dass die Sonne Natrium enthält. Er und Bunsen entdeckten 1861 Cäsium und Rubidium. In Heidelberg leitete er ein mathematisch-physikalisches Seminar, das auf Neumanns Vorbild basierte, zusammen mit dem Mathematiker Leo Koenigsberger. Zu denjenigen, die dieses Seminar besuchten, gehörten Arthur Schuster und Sofia Kovalevskaya.
Er leistete große Beiträge zum Bereich der Spektroskopie, indem er drei Gesetze formalisierte, die die spektrale Zusammensetzung von Licht beschreiben, das von glühenden Objekten emittiert wird, und dabei wesentlich auf den Entdeckungen von David Alter und Anders Jonas Ångström aufbaute. 1862 erhielt er die Rumford-Medaille für seine Forschungen zu den festen Linien des Sonnenspektrums und zur Umkehrung der hellen Linien in den Spektren künstlichen Lichts. 1875 übernahm Kirchhoff den ersten Lehrstuhl für theoretische Physik in Berlin.
Er trug auch zur Optik bei und löste sorgfältig die Wellengleichung, um Huygens' Prinzip eine solide Grundlage zu geben und es dabei zu korrigieren.
1884 wurde er korrespondierendes Mitglied der Königlich Niederländischen Akademie der Künste und Wissenschaften.
Kirchhoff starb 1887 und wurde auf dem St. Matthäus Kirchhof in Schöneberg, Berlin, begraben, nur wenige Meter von den Gräbern der Brüder Grimm entfernt. Leopold Kronecker ist auf demselben Friedhof begraben.
Kirchhoffsche Schaltgesetze
Das erste Kirchhoffsche Gesetz besagt, dass die algebraische Summe der Ströme in einem Netzwerk von Leitern, die sich an einem Punkt oder Knoten treffen, gleich Null ist. Das zweite Gesetz besagt, dass in einem geschlossenen Kreislauf die gerichteten Summen der Spannungen in einem geschlossenen System gleich Null ist.
Kirchhoffs drei Gesetze der Spektroskopie
- Ein fester Körper, eine Flüssigkeit oder ein dichtes Gas, das zur Lichtemission angeregt wird, strahlt bei allen Wellenlängen ab und erzeugt damit ein kontinuierliches Spektrum.
- Ein Gas niedriger Dichte, das zur Lichtemission angeregt wird, tut dies bei spezifischen Wellenlängen und erzeugt damit ein Emissionsspektrum. Siehe auch: Emissionsspektrum
- Wenn Licht, das ein kontinuierliches Spektrum bildet, durch ein kühles Gas niedriger Dichte hindurchgeht, ist das Ergebnis ein Absorptionsspektrum.
Kirchhoff kannte die Existenz von Energieniveaus in Atomen nicht. Die Existenz von diskreten Spektrallinien wurde später durch das Bohrsche Atommodell erklärt, das zur Entwicklung der Quantenmechanik führte.
Kirchhoffs Gesetz der Thermochemie
Kirchhoff zeigte 1858, dass in der Thermochemie die Variation der Reaktionswärme einer chemischen Reaktion durch die Differenz der Wärmekapazität zwischen Produkten und Edukten gegeben ist:
Die Integration dieser Gleichung ermöglicht die Berechnung der Reaktionswärme bei einer Temperatur aus Messungen bei einer anderen Temperatur.
